城市建筑物情景构建及地震风险评估——以玛曲县为例.pdf

第43卷第3期2023年6 月文章编号：10 0 0-130 1(2 0 2 3)0 3-0 0 46-10地震工程与工程振动EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING DYNAMICSVol.43 No.3Jun.2023D0I:10.13197/j.eeed.2023.0305城市建筑物情景构建及地震风险评估以玛曲县为例一马小平,林旭川2 3,朱瑞，孙艳萍1,陈文凯,张（1.甘肃省地震局，甘肃兰州7 30 0 0 0；2.中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨150 0 8 0；3.地震灾害防治应急管理部重点实验室，黑龙江哈尔滨150 0 8 0）摘要：利用大疆M300无人机对玛曲县城区建筑物进行全覆盖、高精度航拍，建立三维模型，结合高分遥感影像对城区建筑物进行数字化处理，采用结构弹塑性时程分析方法构建玛曲县城区建筑物在不同地震烈度下的震害情景,并对其进行地震灾害风险评估。研究结果表明：在中小型城市城区高层建筑物结构类型解译工作中，无人机倾斜摄影技术能够全天时获取成像清晰、质量较高的高分辨率遥感影像，能更好地高精度分辨城区高层建筑物结构类型、层数等基础信息，能为震害情景构建和地震灾害风险评估提供准确的基础数据；烈度为VI度时，城区建筑物以轻微破坏和中等以下破坏为主,地震灾害风险不大;烈度为V时,城区建筑物以中等及以上破坏为主，地震灾害风险较大；烈度为X度时，城区大部分建筑物都会出现严重及以上破坏,地震灾害风险很大。研究结果将会为该地区精确实施建筑物加固、重点隐患排查等工作提供有力的科学支撑，对该地区防范化解重大地震灾害风险具有重要的意义。关键词：无人机；地震灾害；风险评估；情景构建；玛曲县中图分类号：P315.9灿,赵怀群文献标识码：AScenario construction of urban buildings and earthquake riskassessment:An example of Maqu CountyMA Xiaoping,LIN Xuchuan3,ZHU Rui,SUN Yanping,CHEN Wenkai,ZHANG Can,ZHAO Huaiqun(1.Gansu Earthquake Agency,Lanzhou 730000,China;2.Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration,Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration,Harbin 150080,China;3.Key Laboratory of EarthquakeDisaster Mitigation,Ministry of Emergency Management,Harbin 150080,China)Abstract:This paper uses DJI M300 UAV to take full-coverage and high-precision aerial photographs of urbanbuildings in Maqu County,establishes a three-dimensional model,and digitizes the urban buildings with high-scoreremote sensing images.The seismic damage scenarios of urban buildings in Maqu County under different earthquakeintensities are constructed by using the structural elastic-plastic time history analysis method,and the seismic disasterrisk is evaluated.The research results show that in the interpretation of high-rise building structure types in smalland medium-sized cities,UAV tilt photography technology can obtain high-resolution remote sensing images withclear imaging and high quality all day long,and can better distinguish the basic information such as the structuretypes and floors of high-rise buildings in urban areas with high precision,which can provide accurate basic data for收稿日期：2 0 2 2-0 4-19；修回日期：2 0 2 2-11-2 2基金项目：中国地震局地震应急与信息青年重点任务（CEA_EDEM(ITNS）-2 0 2 32 1）；“一带一路 重特大地震地质灾害协同监测应急响应示范(2 0 17 YFB0504104)Supported by:China Earthquake Administration Earthquake Emergency and Information Youth Key Task(CEA_EDEM(ITNS)-202321);Beltand Road Initiative Earthquake Geological Disaster Collaborative Monitoring and Emergency Response Demonstration(2017YFB0504104)作者简介：马小平（198 9），男，工程师，硕士，主要从事地震应急与灾害评估研究。E-mail:通讯作者：陈文凯（198 3），男，正高级工程师，硕士，主要从事地震灾害损失评估研究。E-mail:第3期earthquake disaster scenario construction and earthquake disaster risk assessment;when the intensity is VIl thebuildings in urban areas are mainly damaged slightly and below medium,and the risk of earthquake disaster is notgreat;when the intensity is VI,the buildings in urban areas are mainly damaged at moderate or above level,andthe risk of earthquake disaster is high;when the intensity is IX,most of the buildings in urban areas will beseriously damaged or above,and the risk of earthquake disaster is very high.The research results will provide strongscientific support for the accurate implementation of building reinforcement and key hidden danger investigation inthis area,and have important significance for preventing and resolving major earthquake disaster risks in this area.Key words:unmanned aerial vehicle(UAV);earthquake disaster;risk assessment;scenario design;Maqu County马小平,等：城市建筑物情景构建及地震风险评估一一以玛曲县为例470引言地震灾害风险评估是对未来可能发生的地震所造成的灾害损失进行分析估算，得出人员伤亡规模、经济损失规模和其他破坏情况，是风险管理的重要内容，可以为有效应对灾害、减少灾害造成的损失提供基础依据。而建筑物情景构建是应用相关分析方法对建筑物在不同地震破坏烈度情景下的震害情况进行模拟,以动态的图像直观地展示震害特征的过程。我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，地震灾害也是最严重的自然灾害之一,其破坏范围广、破坏程度强、不确定性大,历次的破坏性地震都造成了大量的人员伤亡和大规模的经济损失，如：唐山地震、汶川地震、岷县漳县地震、玉树地震等。地震灾害严重威胁着城市社会发展和人民生命财产安全。随着经济社会的高速发展,尤其是城市建筑物的高度集中和人口密度的不断增大，未来破坏性地震造成的损失将会更大，尤其是如果在城市或城市附近发生破坏性地震,所造成的人员伤亡和经济损失规模将远远大于其他地区，城市遭受巨大地震灾害损失的风险成倍增加。因此,开展城市地震灾害损失情景构建，并进行地震灾害风险评估，模拟出不同地震强度下城市建筑物的破坏状况，估算出人员伤亡规模和经济损失程度,进而详细了解城市建筑物抗震能力水平，为城市防范化解未来重大地震灾害提供科学依据,同时也进一步查找城市建筑物抗震能力薄弱区域，为城市建筑物加固工程提供具体的、有针对性的建议和意见,尽最大可能地减少地震造成的人员伤亡和经济损失1。近年来,国内外很多学者针对震害情景构建、地震灾害风险评估等方面开展了较为广泛的科学研究。在国外,HORI 等2-3提出了集成地震模拟系统（IES），该系统可以模拟区域内地震动的传播以及建筑结构的地震反应；美国的联邦应急管理署（Federal EmergencyManagement Agency，FEM A）【4负责各类自然灾害和突发事件，其中基于GIS的自然灾害损失评估软件系统（HAZUS-MH,HAZad-United States of Multi-Hazard），可对地震、飓风和洪水等自然灾害造成的危险源及其危险性进行风险评估，为美国政府应急处置过程中提供必要的数据和评估结果,用于提升防灾能力、应急准备等各项相关工作；在国内,LU等5实现了区域建筑群基于多自由度体系的非线性动力时程分析和城市CBD建筑群精细化的地震灾害模拟与可视化;LIN等6-7 开发了城市震害模拟器，该系统用于对区域建筑群进行地震灾害模拟，可进行快速地自动建模、高性能计算分析,实现了10 min内完成百万栋建筑的非线性地震动时程分析；苏桂武等8 通过渭南地震情景构建示范工程,基于广泛参与理念,评估了渭南地震灾害风险及隐患，提炼了针对性的、符合当地需求的减灾对策和改进建议；陈夏楠等9通过地震动库与震害模拟数值平台建立了大量的城市地震灾害情景，得到了地震灾害情景匹配的最优算法；郑秋红等10 基于空间分析技术,建立了海岛地震灾害风险综合评价模型,并对海岛地震灾害风险进行了划分；唐丽华等1 通过对比分析不同地震灾害风险评估方法所得结果的差异性，指出地震灾害风险评估指标体系建立中应考虑的问题;侯林锋等12 在分析国内外地震灾害风险评估研究现状的基础上,采用情景构建与GIS技术相结合的方法,构建城市建筑群的地震灾害风险评估体系,并设计了可实时开展建筑群地震反应和破坏分析，给出了城市群体震害模拟结果和3D震害场景展示的城市建筑群地震灾害可视化分析平台。这一系列的科研成果,为准确掌握地震灾害风险底数,有效