地震人員傷亡評估方法概述

王 野 （地震工程與工程振動重點實驗室中國地震局工程力學研究所，黑龍江 哈爾濱 150080）

我國是一個人口密度相對較大，部分地區建筑結構抗震性能較差，震源深度較淺，且大震頻發的國家，在過去50年中，唐山大地震、汶川大地震以及青海玉樹大地震等都造成了大量的人員傷亡，因此地震在我國是造成人員傷亡的主要自然災害之一。近幾十年來隨著經濟的快速發展，城市人口迅速增長，在目前地震準確預報依舊是世界難題的情況下，為減少地震造成的人員傷亡，地震預防和震后應急工作尤為重要。而強烈破壞性地震所造成的人員傷亡情況，又是一個地區制定合理準確的抗震設防標準等地震預防工作的標準和參考，也是政府有關部門開展震后應急工作的重要依據。因此對于破壞性地震所造成的震區的人員傷亡評估工作尤為重要。

本文以地震人員傷亡評估方法、評估結果表達方式為依據，對國內外地震人員傷亡評估方法和模型進行了總結和概括，并對地震人員傷亡評估方法的發展方向作出了展望。

1 地震人員傷亡評估方法

對于地震人員傷亡的評估方法，經過國內外學者多年的研究與分析，目前對于地震人員傷亡的評估方法以其評估結果表達方式來劃分，則主要分為兩類，其一是給出地震造成人員傷亡的期望值；其二是給出地震造成人員傷亡數在某一范圍內的概率。兩種地震人員傷亡評估方法各有利弊，適用范圍有一定的差異。

1.1 地震人員傷亡期望值評估方法

給出地震造成人員傷亡期望值結果的評估方法，是基于地震參數或建筑結構易損性，給出地震造成人員期望值的一類評估方法。

國外的Samardjieva等學者根據20世紀全球范圍內的地震震害人員傷亡統計數據，總結分析得到人員傷亡經驗公式，見式(1)。此評估方法適用于地震人員傷亡的快速評估，但其未考慮建筑結構易損性的影響，且評估精度相對較差。

式中:D是傷亡人數；M是地震震級；ρ是受影響區域的人口密度；b和c是回歸參數，取決于受影響區域的平均人口密度ρ。

美國推出的HAZUS模型，是通過運用事故樹的理論來進行人員傷亡的期望值評估；但該模型是基于美國實際情況給出的評估模型，僅適用于美國地區，對于其他國家地區需進行模塊的調整。我國的李媛媛、陳建國等在HAZUS方法的基礎上進行相應的改動，給出符合我國實際情況的近似人員傷亡評估方法。

國內的肖光先在1987年根據能收集到的震害數據資料，將房屋的破壞數作為影響人員傷亡的主要參數，同時考慮相對人口密度對其的影響，分析總結給出烈度大于等于Ⅶ時，近似的傷亡人數期望值經驗公式，如式（2）所示。根據國內外統計的資料，傷殘人數取為死亡人數的3倍。該評估方法同樣存在評估精度相對較低的問題。

式中：N為死亡人數；I為地震烈度；SB為(倒塌+1/2嚴重破壞)房屋間數,且以萬間計；ρ為相對人口密度，即為計算單元人口密度/城市平均的人口密度。

肖光先在1991年又針對地震發生地區的差異，給出3種人員傷亡期望值估算方法。分別是針對城市中范圍相對較小的行政區域、農村地區及震害波及范圍較大的區域的傷亡人數期望值經驗評估模型，如式（3）～（6）所示，其中式（3）、式（4）為針對城市中范圍相對較小的行政區域的估算公式，式（5）為農村地區的人員傷亡估算公式，式（6）為針對震害波及范圍較大的區域的估算方式。

式中：I為地震烈度；μ為地震烈度為I時的死亡率；ρ為人員密度；D為死亡人數；q為b村人口總數。A為烈度大于等于I的面積；I為遭受到的最大烈度；I為開始出現破壞的烈度為6度。

劉金龍等對地震人員傷亡因素綜合分析，給出了以震中烈度為主要參數的人員傷亡期望值評估模型，同時考慮到震級差異和人口密度的影響，給出了震級差異和人口密度的修正系數。劉吉夫、陳颙等通過收集大量中國大陸破壞性震害數據,采用符合實際地震影響場的人口分配方法,同時考慮了生命損失率為0時的情況,擬合給出了更加符合實際地震情況的人員傷亡期望值評估模型。

鄭山鎖、張睿明等考慮了人員密度、建筑結構類型及其功能、不同時段人員在室率和建筑結構在不同破壞狀態下的傷亡率等因素，給出了傷亡人數期望值評估模型，見下式（8）～（10）所示。該評估方法雖然考慮到了建筑結構易損性對人員傷亡的影響，但其僅能給人員傷亡期望值的評估結果，然而由于實際的震害表現具有非常強的不確定性，因此單一的期望值評估結果是很難滿足對傷亡不確定性的描述的。

式中：N、N和N依次為傷亡評估區域的死亡人數、重傷人數和輕傷人數，其中死亡人數是指因地震而導致的直接死亡或受重傷3日內死亡的人數；重傷人數是指因地震而導致的需依靠住院來治療傷病的受傷人員；輕傷人數則為只需要提供簡單的醫療治療的受傷人員；α為建筑結構分布區域調整系數，文中建議取值為農村區域取值為0.6，城郊結合區域取值為0.8，城市區域取值為；η為單棟建筑結構在不同發震時間的人員在室率，文中通過問卷調查和網絡上的抽樣調查，給出了適用于全國的人員在室率數據；ρ為單棟建筑結構的人員密度；A為單棟建筑物的使用面積；DS為建筑結構發生不同破壞狀態的概率，x=1～5分別對應基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞及倒塌狀態；d、s和m分別為不同破壞狀態下的死亡概率、重傷概率及輕傷概率；i、j、k=1～5。

1.2 地震人員傷亡基于概率的評估方法

地震人員傷亡基于概率的評估方法是指將人員傷亡的評估結果用概率的形式表達出來。國內的李帆等同時考慮了人口密度、人員在室率和結構在不同破壞狀態下的傷亡率，通過運用中心極限定理，給出了在給定預測概率下的傷亡人數上限，如式（10）所示。

式中：P為地震發生在不同時間段個體的平均傷亡率；R為給定預測概率；Z為標準正態偏量，φ（Z）=R ；n為震區的居民總數；Y為給定預測概率下的傷亡人數上限值，即在預測概率R下，最大的傷亡人數為Y人。

國外的USGS于2007年發布的全球地震快速評估系統PAGER，在人員傷亡評估方面，給出基于歷史震害數據擬合分析得到的人員傷亡經驗評估模型，得到傷亡人數落在某兩個閾值區間的概率，見式（11）。此種方法能給出傷亡人數在死亡人數閾值區間的概率結果，但其未考慮建筑結構易損性的影響，不能反映出人員傷亡與建筑物易損性的聯系。

式中：s為實際人員傷亡數；a,b為傷亡人數閾值點；E為地震可能造成的死亡數；ξ為累計殘差值。

2 人員傷亡評估方法展望

總結地震人員傷亡評估方法現狀可發現，無論是給出地震造成人員傷亡期望值的評估方法，還是給出地震造成人員傷亡數在某一范圍內的概率的評估方法，在結果表達上都不能充分描述評估震害損失的不確定性。前者僅僅能給出地震造成傷亡人數期望值的評估結果，然而由于實際的房屋建筑的震害表現具有非常強的不確定性，因此單一的期望值評估結果是很難滿足對傷亡不確定性描述的。而后者雖然對于地震人員傷亡能給出一定的不確定性概率評估結果，但其往往未考慮建筑結構易損性，不能反映出人員傷亡與建筑物易損性的聯系。

因此，基于目前地震人員傷亡評估方法的現狀，對地震人員傷亡評估方法作出展望，即在考慮建筑易損性的前提下，可給出人員傷亡的函數曲線，給出更多人員傷亡基于概率的表達結果，如何給出某個數量級的傷亡人數、某個范圍內的傷亡人數或超過某個關心閾值的可能性有多大等。

3 總結

本文按照地震人員傷亡評估結果表達方式的不同，系統地回顧了地震人員傷亡評估方法，并對評估方法的優缺點作出評價。最后基于地震人員傷亡評估方法的現狀，對地震人員傷亡評估方法的發展方向作出了展望，即在考慮建筑結構易損性的前提下，給出人員傷亡函數曲線及更多基于概率的人員傷亡結果表達。