粵港澳大灣區建筑工程自然災害風險管理

強燁佳 QIANG Ye-jia

（華南理工大學，廣州 510641；廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣州 510500）

0 引言

廣東省所處沿海地區生態環境敏感，加之人類活動密集、各種社會經濟要素集聚，使廣東省成為對全球氣候變化響應最為強烈的區域之一。隨著國家大力發展建設粵港澳大灣區，各類建筑工程建設加塊，而頻繁發生的自然災害可能對建筑工程造成威脅，造成經濟損失甚至造成人員的傷亡。面對復雜的自然環境，有必要對建筑工程的自然災害風險進行評估和管理。本文分析了粵港澳大灣區的水文地理環境和常遇的自然災害類型，提出了建筑工程定量化自然災害風險管理的方法，而后針對洪澇、滑坡和泥石流災害提出了風險緩解和控制的方案。

1 粵港澳大灣區建筑工程面臨的自然災害類型

廣東省面臨中國南海，海岸線超過450 公里。粵港澳大灣區是由包括香港、澳門、廣州、深圳等11 個城市組成的都市圈，總面積5.6 萬平方公里，總人口約為7200 萬，是中國最具經濟活力的地區之一，對中國的發展有重要戰略作用。大灣區大部分地區的地形為三角洲平原，包括西江、北江、東江三角洲和珠江入海口的下部。粵港澳大灣區河網密布，有8 個主要入海口，河流總長度超過1600 公里，河網密度達到0.83 公里/平方公里。粵港澳大灣區屬于亞熱帶季風氣候，年平均降雨量超過1400 毫米/年，月降雨量每年有兩個高峰期。第一個雨季是4 月至6 月，降雨主要為冷暖空氣的交匯形成鋒面雨，第二個雨季是7 月至9 月，降水主要是由臺風和熱帶氣旋引起的。

廣東省每年夏秋雨季都受到臺風的侵襲，是我國臺風災害最嚴重的省份，而廣東沿海地區受臺風影響更深，災情更嚴重。廣東沿海地區臺風登陸次數有從西向東減少的趨勢。50 年中，在珠江口岸段登陸的臺風共62 個，占全省的32%[1]。臺風影響帶來的強風有強大的破壞力，臺風中心風力可達12 級以上，甚至超過16、17 級。強風會摧毀房屋、建筑，破壞建筑幕墻和窗戶玻璃，刮斷電力和通訊線路。臺風還會帶來強降雨，引起風暴潮而導致海平面上升，對沿海工程安全產生不良影響。

廣東省雨季常遇暴雨，無論是臺風降雨還是鋒面雨，短歷時或連續的強降雨會造成河流水量水位迅猛上升，再加上城市雨水排水系統能力不足，會引發洪澇災害。洪澇災害對建筑工程造成的影響包括直接沖擊和淹沒浸泡。特別是對于村鎮地區的低矮建筑，洪澇災害可能造成房屋的基礎滑移、墻柱傾斜、屋蓋斷裂等破壞。而風暴潮引起的海平面上升可能會造成海水倒灌沿海低洼地區，也會加劇城市排水系統的壓力，導致海水回流倒灌排水系統。海水的浸泡可能對鋼筋混凝土結構造成腐蝕，從而造成建筑力學性能的變化。

粵港澳大灣區除了大部分為地勢較低的三角洲平原，還有丘陵、山地地形，包括天露山、古兜山、羅浮山、蓮花山等山脈。肇慶市懷集縣的大稠頂是粵港澳大灣區的最高峰，海拔1626 米。在坡度陡峭的山地區域，常發生由暴雨引起的淺層滑坡災害，滑坡和泥石流災害沖擊掩埋房屋和道路，造成工程損毀破壞和人員傷亡，有很大危害。

隨著快速的城市化進程，大灣區的城市用地迅速擴張，主要城市的城市化比例達到80%-100%。粵港澳大灣區是世界上最容易發生自然災害的地區之一，經常遭受與風暴有關的災害。高度發達的經濟和密集的人口意味著面對自然災害時的高風險。根據瑞士再保險公司的數據[2]，在全球主要大都市地區之中，粵港澳大灣區在與臺風相關的風暴、風暴潮和河流洪水的潛在影響人數上排名第一。此類自然災害對粵港澳大灣區的建筑工程，特別是沿海的建筑工程，會造成安全風險，須對自然災害給工程項目帶來的風險進行分析和評估，并采取有效風險控制措施。

2 工程自然災害風險管理方法

工程風險管理過程包括三項內容（如圖1 所示），一是識別和分析對工程產生不利影響的風險事件（即風險分析）；二是在風險分析的基礎上對能夠容忍的風險做出判斷，同時考慮影響因素（即風險評估）；三是通過風險減緩和控制措施降低風險，從而把風險控制在可容忍的范圍之內（即風險管理）。

圖1 工程自然災害風險管理框架

對自然災害給工程帶來的風險大小，一般采用以下公式進行計算：R（風險）=H（災害的危險性）×E（受災對象的暴露度）×V（受災對象的易損性）。

對于建筑工程的自然災害風險評估，首先需要進行風險識別，通過收集工程所處地區的氣象水文地質資料識別可能發生的災害風險事件。對于災害的危險性的評估包括災害的強度及其對應的發生概率，需要利用歷史觀測資料進行頻率分析，估計未來不同強度的災害發生概率。在粵港澳大灣區，常發生臺風、暴雨、洪澇、風暴潮、滑坡等自然災害，可根據工程所在位置對附近可獲得的觀測資料進行頻率分析。在頻率分析中，給定強度等級的回歸期是預計該事件只發生一次的平均年數，可以用年最大序列或部分持續時間序列計算。頻度分析的結果通常由特定地點的強度-時間-頻率關系來總結[3]。面對多種自然災害風險事件同時發生的可能時，需要考慮多種災害風險之間的關聯性，依據歷史觀測資料，可采用統計學方法或連續的模擬。比如臺風、暴雨、風暴潮災害之間存在明顯的關聯性，在計算不同強度組合的多種災害事件發生的概率時需要考慮多種災害的聯合概率分布。

面臨自然災害，風險的高低還與受災對象暴露度有關。城市化發展使得建筑設施以及人口密集，災害發生時，暴露于災害影響范圍內的工程設施及人口大大增加，更多生命財產會受到損失。評估工程自然災害風險的暴露度時，需要識別易受災害影響的區域，以及區域中的工程和人口的分布情況。在識別易受災害影響的區域時，可通過對歷史災害記錄進行統計分析或數值模擬等方法確定不同強度災害的影響范圍以及受災程度。受災對象的易損性與工程本身的結構類型和質量有關。目前，針對不同的自然災害種類，國內外有多項相關研究通過災害數據反演、數值模擬、模型試驗等方法得出不同結構類型、設計等級的建筑工程的易損性曲線。對于洪澇和泥石流災害，最常見的是將建筑易損性與流速和流深建立關系曲線。

綜合災害的危險性、受災對象暴露度和易損性即可對區域的建筑工程自然災害風險高低進行分析。通過將研究區域網格化可對網格的風險進行量化，從而對研究區域的建筑工程自然災害風險分布進行分區。

對風險容忍度取決于社會對于不同類型的風險事件的價值判斷。對于自然災害對建筑工程造成的風險判斷，一般可采用以下公式計算：k=F×Nα，F 表示會引起N 損失的事件的年重現概率，N 一般是指建筑破壞導致的人員傷亡數，也可表示經濟損失。決策方可根據當地的實際情況選取k 的值，來區分可接受和不可接受的風險范圍，以及定義需要“盡可能合理降低”的風險范圍。

3 粵港澳大灣區工程自然災害風險管控措施

對于自然災害風險評估過高的區域，需要通過緩解手段來進行風險管理，將風險降低至可接受的范圍內。針對前文所總結的粵港澳大灣區的常見自然災害，一般可采用工程性或非工程性兩類風險緩解方法。

對于粵港澳大灣區沿海地區的洪澇災害來說，工程性減災措施包括建設改善排水設施、防洪堤/海堤、水閘、堤壩、潮汐控制結構、防浪墻/風暴墻和疏水通道。非工程性措施通過將人員和財產轉移出風險區域來減少損失，包括建立相關法律以避免在低洼地區建造建筑物等。根據美國聯邦緊急事務管理局發布的美國評估減輕包括洪水在內的自然災害項目的報告[4]，降低洪水風險的方法包括雨水分流和儲存、利用洪泛區和河流對雨水進行再存儲，進行低影響開發、建立綠色基礎設施等。相對其他粵港澳大灣區的內地城市來說，香港對洪澇災害風險的防控措施較為領先。香港市區排水干渠及支渠系統的設計洪水重現期分別為200 年及50 年，遠高于其他內地城市的水平[5]。針對洪澇風險較高的地區，香港政府采用了一些針對性的結構性措施。為了截流和轉移上游的雨水，香港建造了多條排水隧道，包括荃灣雨水排放隧道（5.1 公里）、荔枝角雨水排放隧道（3.7 公里）、港島西雨水排放隧道（11 公里）及啟德雨水轉運計劃。在中游興建地下蓄洪池以暫時儲存雨水（如圖2 所示），包括大坑東蓄洪計劃及跑馬地地下蓄洪計劃。針對香港近年經歷嚴重的熱帶氣旋及風暴潮，在易受風暴潮嚴重淹沒的地點，建造了防洪墻、安裝可拆卸的防洪屏障，以及在排水口安裝翻板閥。

圖2 大坑東蓄洪計劃地下蓄洪池

對于滑坡和泥石流災害，非工程措施包括建立土地使用法規來避開滑坡多發地區、建立基于監測和預測的預警系統、確定易發地點并張貼警示標志、加強公眾教育和宣傳活動等。工程措施包括通過邊坡加固工程以降低滑坡發生的概率，或修建防御性工程以減輕后果。在滑坡源區域，可通過土層處理、加固和排水、清除陡坡和不穩定材料等措施加固邊坡，降低滑坡發生的概率。在滑坡和泥石流體可能經過的危險區域沿線或末端采取防護措施，如攔擋壩、碎石屏障、梳子壩等。香港針對不同類型有潛在危險的自然邊坡采取了不同的工程緩解措施[6]。對于開放式山坡崩塌危險，可在山坡源區、曾發生山泥傾瀉的地區或侵蝕嚴重的地區進行原位鞏固工程（如打釘、表面保護、排水）。對于渠化泥石流災害，除了在源頭區域采取類似的穩定措施外，還可沿流出路徑設置剛性或柔性屏障。對于落石和巨石墜落危險，可在被保護設施附近采用巖釘、巖齒和柔性屏障等穩定措施。

4 總結

本文分析了粵港澳大灣區的水文地理環境和常遇的自然災害類型，大灣區常遇臺風、暴雨、洪澇、滑坡泥石流等災害，會對建筑工程的結構安全及人民生命財產安全造成威脅。闡述了建筑工程定量化自然災害風險管理的方法，包括風險分析、評估、管控三個步驟。而后，針對大灣區易發生的洪澇、滑坡和泥石流災害對建筑工程造成的風險提出了風險緩解和控制的方案，其中重點以香港的自然災害風險減緩方案為例，闡述了包括工程性和非工程性的風險緩解措施，對粵港澳大灣區其他內地城市的建筑工程自然災害風險緩解有重要參考意義。