91衛圖助手在建筑結構震害預測工作中的應用★

張 乙 王 俊 陳寒萬平 高 霖

(重慶文理學院土木工程學院，重慶 402160)

1 概述

就結構震害預測而言，目前進行震害預測的途徑多以現場調查勘察為主，需要較高的時間和經濟成本，同時一些重要信息難以獲得。而利用91衛圖助手可以更經濟高效地收集到研究所需的數據。本文使用91衛圖助手調研重慶永川城區建筑結構基本信息，然后使用考慮地形地勢影響的群體震害預測方法對其進行震害預測，得到建筑結構群體震害預測結果。

2 91衛圖助手軟件簡介

91衛圖助手作為Google Earth影像下載的引領者，至今已在測繪、地質[1]、土壤[2]、水利[3]等領域中廣泛使用。它可以直接下載無水印標識、無偏移，且無需重投影的影像數據，帶有歷史影像和高程下載功能，支持全國100多個城市建筑輪廓數據下載，操作方便，可較為全面地完成區域震害研究所需數據的采集工作。

3 永川區建筑結構基本信息獲取

3.1 永川城區簡介

永川區城區有7個街道，16個鎮，占地面積約1 576 km2。地質構造屬揚子準地臺重慶地臺向斜的一部分，為新華夏系次級沉降帶，川東南弧形褶皺帶華瑩山帶狀褶皺永川帚狀褶皺束；境內云霧山、巴岳山、黃瓜山、陰山、箕山5條低山山脈呈東北—西南走向，呈川字排列。永川區城區三維地形圖見圖1。

3.2 建筑信息提取步驟

1)進入91衛圖助手軟件頁面內，在“按行政區域下載”的欄目中手動輸入或選擇自己需要的城市地區信息，視圖將自動切換至相關區域。2)根據位置信息，在二維視圖中縮放視圖搜索定位到某一小區或某一建筑，以重慶文理學院紅河A區為例，其位于永川區紅河大道319號，地處于興龍大道與學府大道之間。3)定位建筑群體后，可精準定位于某一建筑單體，如圖2所示。根據圖2可以看出重慶文理學院知津樓形狀大致為“幾”字形分布，屬平面不規則結構。4)運用軟件“實用工具”下拉列表中的“測量面積”工具，手動框選所測建筑物的輪廓，可以初步統計建筑物的占地面積。還可以運用工具對圖中建筑的長、寬進行測量等。5)將地圖切換至企業版專屬圖層后，選擇矢量建筑輪廓(無偏移)視圖，可直觀地在二維平面上觀察知津樓的整體形狀，也可以運用實用工具中的測量工具對二維圖進行測量。6)用軟件截取的三維視圖與知津樓無人機航拍進行對比，見圖3。

對比圖2，圖3可以發現運用91衛圖助手采集到的建筑信息與實際信息相一致。利用91衛圖助手，對永川區城區建筑物數據進行收集整理后，根據城市建筑群動態矩陣方法對永川區城區建筑結構進行震害預測。

4 城市建筑群動態矩陣方法

通過比較和分析，最終確定了影響建筑結構震害的7個主要因素，即設防烈度、場地環境、場地類別、結構類型、層數、建造年代和使用現狀，并定義為震害因子，用字母d表示。

由于建筑物的破壞程度與震害因子之間一般不存在線性關系，所以假定建筑物破壞程度的震害指數Dij是各個震害因子影響系數的乘積，如式(1)所示：

(1)

其中，Da為所選地區或區域的平均震害指數；T為對應第i個震害因子的取值分類的類別數；d0為統計系數，取1.0；dij為符合第j項分類的第i個震害因子；mij為冪指數，當第i個震害因子的實際情況符合第j種分類時取1，其余取0；ω為加權系數，∑ω=1.0，一般為各個分類所占的比例；N為指定某一區域內某類結構房屋的總棟數。

在有限數據情況下，選取影響結構抗震性能的主要因素按式(1)計算，對于缺失的因素可以選取一般情況的缺省值進行計算。對于特定結構，j值即為定值。

在地震災害中，建筑結構受地形因素的影響較大。通常，平原地區的建筑結構以直接震害造成的結構破壞為主；而山區丘陵地區，結構不僅會受到地震直接震害，還會受到地形因素導致次生災害，比直接震害要嚴重許多。同時，地形的不同會導致地震波在場地中的傳播及衰減規律不同，即地形效應。在建筑結構震害預測工作中引入地形地勢系數以考慮地形地勢(即平原、淺丘、深丘、山區四類地形，平坦和陡峭兩類地勢)對建筑結構的影響。

《建筑抗震設計規范2016》建議不利地段水平地震影響系數最大值應乘以1.1～1.6范圍內的增大系數。考慮地形地勢影響的建筑結構震害預測結果修正的步驟如下：1)使用式(1)計算得到建筑物震害指數；2)將第1)步驟中得到的震害指數根據建筑物所處的地形地勢乘以地形系數，得到修正后的震害指數；3)將修正后的震害指數查表，確定建筑物的地震震害等級。在上述過程中則考慮了地形地勢對建筑結構震害的影響。

通過使用91衛圖軟件，繪得了永川區的高程圖，永川區范圍內明顯存在4個高程凸起區域和局部一些小凸起，詳見圖1。當建筑結構處于凸起區域時，則必須考慮地形地勢對其抗震性能的影響。

5 永川城區建筑結構震害預測結果

使用現場實地勘察、同類結構類比等方法建立永川區城區建筑結構基本信息數據庫，統計得到永川城區多層鋼筋混凝土結構868棟，高層建筑結構447棟。多層鋼筋混凝土結構大多為1層～14層鋼筋混凝土框架結構，少部分為2層～14層鋼筋混凝土剪力墻、短肢剪力墻及框架—剪力墻結構等。永川新城區建筑結構所處地勢平坦，老城區部分建筑結構所處地勢陡峭，需考慮地形對預測結果進行修正。對于不規則結構，在使用第4節中的方法得到結果并考慮結構所處地形地勢的基礎上調高一個震害等級作為不規則結構的震害預測結果。根據建筑結構基本信息數據庫資料，對建筑結構進行基于地震烈度的群體建筑結構震害預測。

6 結語

本文以建筑結構震害預測為研究對象，為提高建筑物信息調查效率、降低成本支出、避免現場勘查時的危險和不利因素提出了91衛圖助手在建筑結構震害預測工作中的應用方法及流程。在建筑結構震害預測方法中，還建立了考慮地形地勢影響的建筑結構震害預測方法，比已有方法應用范圍更廣泛。基于91衛圖助手的建筑結構震害預測方法與傳統現場調查法相結合將大大提高工作的精度和效率。