生命線地震工程的發(fā)展與前瞻.pdf

1 7 卷2 期 世界地震工程 v 1 1 7 N 2 生命線地震工程的發(fā)展與前瞻 張素靈1 李亦綱1 1 中國地震局地質(zhì)研究所 北京 曲國勝1 王春華2 0 0 0 跨2 中國地震局 北京1 0 0 D 3 國 摘要 系統(tǒng)地畫顆了國內(nèi)外生命線地震工程的研究和發(fā)展 總結(jié)了2 0 多年來在生命線工程震害預(yù)測 直接和間接損失評估等方面的研究成果 簡違了其中幾種有代表性的分析方法 論述了當(dāng)前我國生命線 地震工程研究中存在的主要問題 并對今后研究中應(yīng)綜臺考慮的因素進(jìn)行丁探討 關(guān)鍵詞 生命線 地震工程 發(fā)展現(xiàn)狀 中圍分類號 P 3 1 5 9文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A S 扭t e o f t h e a r ta n dd e v e I o p m 曲to fl i f e l i n e 船r t I l q 嗽k e 印毋n 神r i n g z H A N G s u l i n 9 1 L IY i g a n 9 1 Q uG u o s h e n nw A N G 西l l l l u a 2 II 璐t j t u t eo fG e o l o g 弘C h i n aS e j s m o I o g i c a lB u 庀a u B e J n g1 0 0 0 2 9 c h i n a 2C h j n aS e j 帥o J o B j c a l B u 他a u B d j i n g1 0 0 0 3 6 c h i n a A b s t f a c t I nt h i sp a p e r t h ed e V e I o p m e n to fI i 鳧l j n ee a n h q u a k ee n g i n c e r i n gr c s c a r c ha r er e v i e w e d s y s t e m a t i c a l l y S o m ed a s s i c a lm o d e l sa n dt h e i ra d v a n t a g 髓a n ds h o n c o 刪n g sa r ee x p o u n d e da n d s o m ep r o b l e m si n1 i f e l i n ee a r t h q u a k ee n g i n r i n gr 齬e a r c ha r ed i s c u s s e d K qw 鉀d 默l i f H i n e e a r t h q u a k ee n g i n e e r i n g s t a t e o f t h c a r t 1引言 生命線地震工程是用地震工程的理論基礎(chǔ)研究生命線系統(tǒng)的一門學(xué)科 生命線地震工程一詞是 由U c L A 的c M D u k c 提出的 它的研究起始于7 0 年代的美國 生命線系統(tǒng)泛指那些對社會極重要的一系列基礎(chǔ)設(shè)施 據(jù)c M D u k e 1 9 8 1 的定義 它一般包 括4 種系統(tǒng) 能源系統(tǒng) 水系統(tǒng) 運輸系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等幾個物質(zhì) 能量和信息傳輸系統(tǒng) 隨著社 會的發(fā)展和研究的不斷深入 其定義的內(nèi)涵和外延也在不斷擴(kuò)大 生命線系統(tǒng)有幾個顯著不同于普通建筑物的特點 1 重要性 隨著各國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 其 對生命線的依賴日益增強 一旦破壞 造成的功能破壞及次生災(zāi)害更甚于其結(jié)構(gòu)破壞 2 延伸 性 它一般都跨越一個很大的范圍 3 網(wǎng)絡(luò)性和贅余性 4 構(gòu)成的復(fù)雜性 它一般包括地上和地 下兩種結(jié)構(gòu)工程 2國內(nèi)外研究的發(fā)展與現(xiàn)狀 2 1 生命線地震工程在美日的發(fā)展 美國和日本對生命線系統(tǒng)抗震問題的研究一直十分活躍 生命線地震工程的研究率先由美國科 學(xué)家開始 最初始于生命線結(jié)構(gòu)的震害分析 T LY 0 u d 1 9 7 1 之后 由于1 9 7 1 年的S a n 收藕日期 2 0 一0 6 一1 5 修訂日期 撕一 一1 5 作t 膏介 張索靈 J 螂一 男 內(nèi)羹古片和浩特 助理研究員 博士 主要從事麓市藏災(zāi)和企監(jiān)防災(zāi)研究 萬方數(shù)據(jù) 舳 世界地 震 工 程 1 7 卷 F e m a n d o 地震 促使了這一領(lǐng)域的誕生 為配合生命線地震工程的研究 1 9 7 4 年美國由A S C E 設(shè)立了T a E E 負(fù)責(zé)組織和召開生命線地 震工程會議 交流研究成果 探討今后發(fā)展的方向 繼美國之后 日本也開展了生命線地震工程的研 究 并于1 9 7 6 年在東京召開了第一屆美日生命線地震工程會議 1 9 7 7 年美國A S M E 組織了T F u 狙 盯a s kF o r o nL i f e l i n eE a r t h q u a k eE n g i n r i n g 每年都有一次關(guān)于生命線地震工程的交流會 議 內(nèi)容涉及B u r i e d P i p e l i n e s a n dE q u i p I n e n t S a f e t y o fO 訂a n dG a s s t o r a g eF a c i l i t i e s I e l e c o m m u n l c a t i o n sa n dT m m p o r t o r 協(xié)t j o n Se j s I l l i cR j s ka n dC f j t e r j af o fL j f 胡i n e s P j D e l j J l e sj n aS e i s cE n v i m n I n e n t 第一屆會議主席是TA r 鋤n 美國早期開展生命線地震工程研究的代表人物有7 0 年代的c M D u c k N M N e m r k 及其 學(xué)生wJ H a l l M I T 的教授R V W h i t m a n M S h i n o z I l k a A H S A n 窟 洪華生 CE T a y l o f 工一e o nRLW a n g 王汝粱 和M i c h a e lo R o u k e r 等 RV w h i t 眥n 對生命線危險性分析 給水管網(wǎng)震害作了若干工作 Ms h i n o z I l k a 在C 0 1 u m b i a 大學(xué)對地下管線震害 場地特征和給水管網(wǎng)震害分析做了許多工作 7 0 年代他對L mA n g e s 給水 管網(wǎng)進(jìn)行了震害分析 1 9 9 1 年發(fā)表了對M e m p h i s 市管網(wǎng)系統(tǒng)的全面分析 L nR LW a n g 王汝 粱 在脅1 s s e t a t e rp o I y t e c h n i cI n s t i t u t e I r o y 當(dāng)時是副教授 曾指導(dǎo)M 曲a e lO R o u k e r 做了一些 研究 以后到了O k l a h o m a 大學(xué)當(dāng)教授 M O7 R o u k e r 逐漸發(fā)展成為生命線研究領(lǐng)域的中堅人物 8 0 年代初 以cH L o n 為首的研究團(tuán)體 包括A H s A n ga n dY K w e n 應(yīng)用s M A R T 一1 臺 陣觀測資料對生命線空間相關(guān)性做了一系列的研究 C H L o ne ta 1 1 9 8 3 舳p a s i az e r v a 1 9 8 6 C a s t m G e r a r d o 1 9 8 6 8 0 年代后期 以S h i n o z u k a 為代表的研究小組 包括P r i n c e t o n 大學(xué)的MS h i n oz l l k a sT a n a k a 和M e m p h i s 大學(xué)的H o w a r dH M H w a n g 一直致力于生命線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的震害分析研究工作 開 發(fā)了大型應(yīng)用軟件 L i f e l i n e w I I 并一再修改和完善 S a t o s h iT h n a k ae ta i 1 9 9 3 年 使其能 考慮更多影響因素 如泵站失效和負(fù)水壓力等問題 進(jìn)入9 0 年代 該研究小組將計算機(jī)技術(shù)的新成果G 工s 應(yīng)用于生命線地震工程的研究領(lǐng)域中 利用 其采集 處理和分析生命線系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)信息 并以M e m p h b 市的供水系統(tǒng)為例做了大量的研究工 作 更加完善了生命線系統(tǒng)的震害預(yù)測及損失分析方法 日本在生命線地震工程領(lǐng)域的代表人物有東京大學(xué)防災(zāi)研究的久保慶三郎 K o b e 片山恒雄 K a t a y a r r I a 京都大學(xué)防災(zāi)研究所的K e n z oT o k i 和龜田弘行 H i r o y u k iK a m e d a 佐藤忠信 神戶大學(xué)的高田至郎等 久保慶三郎先生是日本生命線 特別是地下管線 的代表人物 1 9 9 5 年去 世 片山恒雄跟隨久保多年 日本在1 9 2 3 年關(guān)東大地震 新瀉地震 1 9 6 4 宮城地震 1 9 7 8 年 和日本海中部地震 1 9 8 3 年 尤其在1 9 9 6 年的阪神地震中 生命線系統(tǒng)受到極大破壞 同時也取得了極其豐富的 很有價 值的震害資料 日本煤氣協(xié)會 J G A 1 9 8 2 提提出 地下煤氣管線抗震設(shè)計的實用建議 及 萬互導(dǎo)管 耐震設(shè)計指針 該建議考慮了基巖上的水平地震強度 基巖上土層的應(yīng)變 彎管與T 型管對應(yīng) 力的放大作用以及管在土中滑動的影響等 破壞率 單位長度的破壞處數(shù) 是評價場地地震危險性和管道易損性的綜合指標(biāo) 尤其在某些不 便用更精確的分析方法的情況下 根據(jù)某個地震動強度指標(biāo)判定其破壞率是個最簡單適用的方法 在 這方面 研究人員做了大量的工作 T o ms h i r o z l l e ta 1 1 9 9 5 W i l l i a mF H c u b a c h 1 9 9 5 T s u n e o K a t a y a m ae ta J 1 9 7 4 M a s a r uK j t a u f aa n dM a s a k a t s uM i y a j j 啦 1 9 9 6 其中 T s u n c o K a t a v a I r l a 等從宏觀上分析了幾次歷史地震中供水 供氣管道破壞率與各種影響因素 管材 管徑 地 震動強度等 的關(guān)系 w m j a mF H 印b a c l l 1 9 9 5 p 3 1 2 給出了永久地面位移P G D 儼e r I n a 刪tG r o u n d D e f j r I n a b o n 及液化位移u o q m I c 曲nD b p h 嘴n t 與管道破壞率的關(guān)系 人們一直希望能找到某個地震動參數(shù)與管道破壞率的關(guān)系 例如許多研究都給出了地面峰值加速 度P G A 口c a kG r o u n dA c o e l c r a t i o n 與管道破壞率的關(guān)系曲線 T s u n e oK 且t a y a 眥e ta l 1 9 7 4 D 4 0 l M a s a r uK i t a u r aa n dM a 鞠k a t s uM i y a j j m a 1 9 9 6 但也有些研究不支持這種觀點 東 田 淳 1 9 9 6 萬方數(shù)據(jù) 2 刪 張索靈等 生命線地震工程的發(fā)展與前瞻8 1 對分段連接的管線 H o u s n e r 等在1 9 7 2 年 久保在1 9 7 8 年指出 對于分段連接的管道 最 經(jīng)常發(fā)生破壞并且破壞最嚴(yán)重的是在管之間的連接處 s i n g h s lW r i g h t 在1 9 8 0 年 o R o u r k 在1 9 8 1 年 T D t O7 R o u r k ea n dCH T m u t m a n Z u r o f r 等在1 9 8 5 年分別介紹了分段連接的管線在地震 皮動 和土體斷裂時的分析模型 1 w a m o t o 等在 9 8 5 年 和其他學(xué)者們討論并分析了L 型和T 型管前地 震反應(yīng) 由于地震中生命線系統(tǒng)的中斷所造成的對社會經(jīng)濟(jì)的影響已經(jīng)越來越引起人們的重視 在上一次 美國生命線地震工程會議 1 9 9 5 論文集中 有8 篇關(guān)于社會經(jīng)濟(jì)影響的論文發(fā)表在十分顯著的位置 由此可見一斑 2 2 我國近年來研究的主要進(jìn)展 我國的生命線地震工程研究工作起始于1 9 7 4 年 當(dāng)時的研究工作主要是針對地下管線進(jìn)行的 1 9 7 5 年海城地震 7 3 級 和1 9 7 6 年的唐山地震 7 8 級 分別對營口市 唐山市和天津市的供水管線造成嚴(yán)重 破壞 孫紹平 1 9 8 7 從事這方面研究的代表人物有北京市政工程研究院孫紹平教授 冶金部建筑研究 總院候忠良教授 北方交通大學(xué)趙成剛教授 中國地震局工程力學(xué)研究所馮啟民教授和中國地震局地 球物理研究所胡聿賢教授等 埋地管線一般包括供氣 輸油 供水和排污管線 在地震中往往遭受嚴(yán)重破壞 由于其對公眾健 康 能源 用水供應(yīng)和安全有重要作用 故越來越引起地震工程界的廣泛關(guān)注 我國在生命線系統(tǒng)中的 埋地管線地震反應(yīng)及破壞估計 生命線系統(tǒng)的可靠性估計兩個方面已做了大量研究工作 早在1 9 7 5 年 葉耀先 魏璉通過實驗 探討了管上間共同變形的問題 隨后孫紹平等 1 9 7 6 1 9 7 9 通過實驗 研究了各種剛性 柔性接頭的變形性能 他們還與美國的王汝梁合作 在唐山工程 管線上架設(shè)強震儀 以實測地震反應(yīng) L R Lw a n ga n gs u n s h a o p i n g e t c1 9 8 5 這些工作為 我國編制第一部地下管線抗震設(shè)計規(guī)范T J 3 2 7 8 提供了依據(jù) 該規(guī)范由沈世杰主編 規(guī)范中存在的問 題 已逐漸被一些研究指出 候忠良 1 9 9 1 年 馮啟民 熊占路 1 9 9 6 年 高小旺等 1 9 9 7 年 意見比較集中的有 1 對于鋼管線 計算結(jié)果偏小 偏于不安全 問題出在經(jīng)驗計算方法算出的傳遞系數(shù)過小 2 地面應(yīng)變計算結(jié)果太小 幾乎差兩個數(shù)量級 進(jìn)入8 0 年代 我國的生命線地震工程研究得到了迅猛的發(fā)展 許多大學(xué) 研究所相繼開展了研 究 并于1 9 9 0 年在北京召開了中日生命線地震工程會議 1 9 9 4 年在西安召開了第二屆中日美三邊生命 線地震工程會議 1 9 9 8 年1 0 月在昆明召開了中日美第三屆生命線地震工程會議 胡聿賢先生任會議 主席 冶金部建筑研究總院候忠良教授是前兩屆的會議主席 從8 0 年代開始 中國地下管線研究得到很大發(fā)展 熊占路 謝旭等 王海波等 甘文水 候忠良 等對埋地管線 尤其是埋地鋼管線的地震反應(yīng)做了較深入的研究 林慧杰 胡聿賢 1 9 9 0 研究了埋設(shè) 管線在均勻場地中的地震反應(yīng) 孫紹平 1 9 8 0 1 9 8 3 在管道震害和管網(wǎng)可靠性方面 尤其是供水管網(wǎng) 做了大量的研究工作 1 9 8 5 1 9 8 6 1 9 8 7 1 9 9 0 1 9 9 3 8 0 年代后期 以候忠良為首的冶建總院抗震所 首先組織翻譯了大量國外關(guān)于地下管線方面的文 獻(xiàn) 1 9 9 0 年編譯出版了 地下管線抗震 一書 并和日本神戶大學(xué)高田至郎先生合作進(jìn)行管線和管網(wǎng)抗 震技術(shù)方面的研究 進(jìn)入9 0 年代 候忠良 劉學(xué)杰等人 由于實際需要 對城市供水系統(tǒng)進(jìn)行深入研 究 并就此編制了通用計算程序 該程序考慮了水壓和流量 并給出了修復(fù)路線 他們還與天津大學(xué) 合作做了幾個實驗 取得了一些關(guān)于管道和接頭的有價值的結(jié)論 1 9 9 1 年編輯出版了 地下管線抗 震 計算方法與工程應(yīng)用 1 9 9 0 年 石油工業(yè)出版社出版了 輸油 氣 埋地鋼質(zhì)管道抗震設(shè)計規(guī)范 S Y J 4 0 5 0 9 1 它是專 門針對埋地鋼質(zhì)管道的 它從變形和應(yīng)力兩個方面控制管道的破壞 胡聿賢先生 1 9 9 7 指出 其計算 的最大位移值是不恰當(dāng)?shù)?因為地震動峰值加速度P G A 并不一定是由于周期為瓦的波引起的 生命線是以系統(tǒng)的形式服務(wù)的 必須從整個系統(tǒng)的角度評價其抗震能力 國外從7 0 年代開始 A n 窟 A H 一S 等將網(wǎng)格技術(shù)用于分析生命線系統(tǒng) M S h i n o z I l k a 等及RI s o m 等將該方法用于 供水系統(tǒng) 國內(nèi)從8 0 年代開始 劉錫薈等提出了一個生命線系統(tǒng)抗震評定與修復(fù)決策的專家系 統(tǒng) 馮啟民 1 9 8 7 提出了生命線工程系統(tǒng)可靠性分析方法 用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)評價生命線系統(tǒng) 9 0 年代 萬方數(shù)據(jù) 8 2 世 界 地 震 工 程1 7 卷 一 h 一 后 我國的研究工作者 在網(wǎng)絡(luò)分析方法上做了很多工作 周怡光 章在墉 1 9 8 8 王東煒 李桂青等 1 9 9 5 謝寧 葉燎原等 1 9 9 6 s h i n 百i a nH u a n g J i a I l g g a n gZ l m 等 1 9 9 6 陳艷艷 王東煒 王光遠(yuǎn) 1 9 9 9 他們應(yīng)用圖論理論分析網(wǎng)絡(luò)的各種特性 但是 利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對龐大的生命線系統(tǒng)進(jìn)行分析往 往會受到限制 這早已被一些專家所指出 大澤泰晴等 1 9 8 3 9 0 年代以后 我國的生命線地震工程研究進(jìn)入了一個新的階段 涌現(xiàn)出了一批年輕的學(xué)者 其 中梁建文和劉學(xué)杰就是其中的佼佼者 梁師從何玉敖從天津大學(xué)碩士畢業(yè)后 由神戶大學(xué)高田至郎 先生指導(dǎo)了博士論文及博士后工作 1 9 9 7 年回國 梁建文1 9 9 3 年論述了管道經(jīng)過兩種不同介質(zhì)的動 力豆應(yīng)以及管道經(jīng)過多種土壤時的動力反應(yīng) 后來 他的的主要工作也是多在管道的三維動力反 應(yīng)方面 1 9 9 5 1 9 9 6 劉學(xué)杰在M c E E R 跟隨M i c h a e lJ o r o u r k e 研究地震對埋地管道的影響 并于 1 9 9 9 年出版了他們的研究專著 M i c h a e lJO r o u r k ee ta l 1 9 9 9 1 9 9 4 年趙成剛等編寫了 生命線地震工程 一書 詳細(xì)討論了生命線地震各系統(tǒng)的抗震問題 總結(jié) 了我國在該領(lǐng)域的研究成果 首次提出了 小震不壞 大震關(guān)鍵元件不失去功能 的抗震設(shè)計原則 給出了生命線系統(tǒng)受災(zāi)程度的定量分析方法 宋建學(xué)等 1 9 9 6 黃龍生等 1 9 9 6 孫振凱等 1 9 9 5 1 9 9 4 鄒其嘉等 1 9 9 4 分別對交通 電力系 統(tǒng)的震害及損失 包括工作時間損失和經(jīng)濟(jì)損失 進(jìn)行了分析和研究 李小軍 趙鳳新和胡聿賢等從1 9 9 4 年開始進(jìn)行了一系工作 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 研究生命線系統(tǒng) 的地震危險性分析方法 該方法以空間離散點上的地震動來模擬地震動場 直接給出場地相對地面運 動值 但是 它要求的較詳細(xì)的地基土層資料不易獲得 故較難應(yīng)用 王海波和林皋 1 9 8 7 謝旭和何玉敖 1 9 8 7 陳一平 1 9 8 9 熊占路 1 9 9 0 年 等都對埋地生命線的破 壞從不同角度做了理論上的分析 王光遠(yuǎn) 王東煒 陳艷艷對生命線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的理論分析進(jìn)行了研究 1 9 9 7 雖然生命線系統(tǒng)的震害已經(jīng)引起國內(nèi)有關(guān)研究領(lǐng)域的重視 并且投人了大量精力進(jìn)行了這方面的 研究 在生命線系統(tǒng)抗震分析方面也做了一定的研究工作 但是還存在如下一些問題 1 研究方法單一對生命線系統(tǒng)的研究無非有如下3 種研究方法 1 對以往震害的觀測 2 實驗 的方法 3 理論模型的方法 由于條件的限制 國內(nèi)對生命線系統(tǒng)的研究大多集中在第3 種方法上 即 理論模型的方法 生命線地震工程的研究首先是建立在震害資料的分析基礎(chǔ)之上的 由于近2 0 年 來我國大地震多發(fā)生在西北和西南等邊遠(yuǎn)地區(qū) 除1 9 9 6 年包頭市北發(fā)生的地震 對包鋼生命線系統(tǒng)造 成一定影響外 并沒有發(fā)生對生命線系統(tǒng)造成影響或破壞的大地震 沒有再取得有價值的生命線系統(tǒng) 震害資料 我們目前所掌握的國內(nèi)震害資料還是停留在2 0 年的前海城和唐山地震 而在此期間 日本 和美國卻積累了極其豐富的震害資料 并且通過理論分析 得出了許多有價值的結(jié)論 如關(guān)于管線震 害率的統(tǒng)計結(jié)論和生命線系統(tǒng)恢復(fù)時間的結(jié)論 如何利用這些有價值的資料 就是一個值得研究的問 題 近年這個問題已經(jīng)引起研究者們的重視 并做了一些工作 比較有代表性有中國地震局工程力學(xué) 研究所的埋地管道破壞實驗工作 馮啟民等 2 0 0 0 2 研究內(nèi)容單一由于國內(nèi)生命線地震工程的研究工作大都集中在埋地管線的地震反應(yīng)及破壞估 計 和生命線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性估計兩個方面 對有關(guān)生命線的其他方面 如生命線的地震危險性分 析方法 生命線系統(tǒng)的抗震設(shè)防水平的確定 包括元件的和系統(tǒng)的設(shè)防水平的確定 生命線系統(tǒng)的地 震可靠性分析 生命線系統(tǒng)造成的經(jīng)濟(jì)損失估計等方面的研究投入明顯不足 胡聿賢 1 9 9 l 馮啟民 1 9 9 1 趙成剛等 1 9 9 4 3 生命線地震工程研究存在的問題 生命線系統(tǒng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施 通常指供水 供電 供氣 交通和通訊等幾個物質(zhì) 能量 信息傳輸系統(tǒng) 近年來的震害反復(fù)表明 地震對生命線系統(tǒng)可造成嚴(yán)重破壞 這種破壞造成的影響包括3 個方面 物理破壞 功能損失和經(jīng)濟(jì)損失 包括直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失 經(jīng)濟(jì)損失分析是震害預(yù)測的一部分 它是在地震危險性分析 地震動小區(qū)劃和地面破壞小區(qū)劃的 基礎(chǔ)上 通過對生命線系統(tǒng)破壞與恢復(fù)的研究 生命線系統(tǒng)與用戶經(jīng)濟(jì)關(guān)系的研究給出地震造成的經(jīng) 濟(jì)損失 萬方數(shù)據(jù) 2 朋 張索靈等 生命線地震工程的發(fā)展與前瞻鼢 由于生命線系統(tǒng)對場地失效十分敏感 而且它又是一個以系統(tǒng)形式服務(wù)的 因此它特別容易受到 破壞而喪失功能 而它的破壞造成的損失與一般的建構(gòu)筑物不同 這和它的系統(tǒng)性和重要性是分不開的 相對來說 地震造成的生命線系統(tǒng)間接經(jīng)禱損失過去研究得較少 個主要的原困是其資料較 少 且其損失范圍很難界定 對于生命線系統(tǒng)的地震損失研究 國外已有很多學(xué)者作過大量的研究工作 近年來的研究將目 光集中于生命線系統(tǒng)的損失估計 該研究領(lǐng)域的兩個重要文獻(xiàn)A C r 一1 3 a r t h q u a k eD a m g e E V a l u a t i o nD a t af o rc a l j f o r n i a 和A c T 一2 5 1 9 9 1 s e i s m i c v u l n e r a b i l j t ya n dD i s m D t i o no f L i f e j n i nc o r 把m i n o u eo fu s 發(fā)展了生命線系統(tǒng)破壞 停止供應(yīng) 恢復(fù)及其直接經(jīng)濟(jì)損失模 型 但是對于生命線系統(tǒng)的間接經(jīng)濟(jì)損失仍難以給出一套切實可行的估計方法 最近的一項N c E E R 研究報告給出一個在N M s z N e wM a d r i ds e i s I n i cz o n e 地震中原油輸送 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)損失的估計方法 W i g g i n s 1 9 9 4 損失包括恢復(fù)費用 生命線系統(tǒng)收入損失 用戶遭受 的直接經(jīng)濟(jì)損失及該地區(qū)產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)損失 R o s e 和B e n a v i d e s 等將目光集中在估計經(jīng)濟(jì)損失與 供電系統(tǒng)中斷上 R o s ea n dB e n a v i d c s t 9 9 6 R o s ee ta I 1 9 9 7 R o s e 和L h n 應(yīng)用投入產(chǎn)出模型 計算了N o r t h r i d g ee a r t h q u a k e 地震中由于供電系統(tǒng)中斷造成的總的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失 R o s ea n dL i m 1 9 9 6 C h a n g 等發(fā)展了一個經(jīng)驗回歸模型 用于估計阪神地震中由于生命線系統(tǒng) 中斷造成的總的經(jīng)濟(jì)損失 C h a n ga n dT a y l o r 1 9 9 5 c h a n g 1 9 9 6 SE C h a n 窯等在報告 E S t i m a t i o no ft h eE n o I I l i cI m p a c to fM u l t i p l eL i f e l i n eD i s r u p t i o n 1 9 9 6 1 中利用A C T 一1 3 和A T 一2 5 提供的恢復(fù)時間模型和M c m p h i s 市的供電 供水和供氣方面的 有關(guān)資料 提出了一套系統(tǒng)地估計地震時生命線系統(tǒng)供應(yīng)中斷造成的經(jīng)濟(jì)損失 該報告詳細(xì)給 出了由于生命線系統(tǒng)的供應(yīng)中斷造成的對經(jīng)濟(jì)的沖擊 其方法是由P e n n s y l v a n i a 州立大學(xué)的A R o s c 和其同事們 R o s ee ta l 1 9 9 7 R o s ea n dB e n a v j d e s1 9 9 6 開發(fā)的 中國地震災(zāi)害損失預(yù)測研究 國家地震局震害防御司 1 9 9 0 指出 n 尤其是生命線工程系 統(tǒng) 它維系著一個地區(qū)特別是 個城市的運行 其中某一環(huán)節(jié)受到地震破壞時 其本身的價值可能不 大 但整個系統(tǒng)的功能可能因此中斷 這將進(jìn)而釀成社會的停頓 這些損失的估算應(yīng)予進(jìn)一步開展專 題性研究 1 9 9 7 年1 1 月 高小旺等在 供水系統(tǒng)等生命線工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的研究 一文中 對供水系統(tǒng)地 震經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了研究 提出了供水系統(tǒng)地震損失的分析方法 推薦了一個供水系統(tǒng)中管道 供水設(shè) 備 建構(gòu)筑物的修復(fù)造價比矩陣 據(jù)此 再根據(jù)其系統(tǒng)的破壞狀態(tài) 可求出供水系統(tǒng)的修復(fù)費用 高小 旺等 1 9 9 7 4結(jié)語 一些研究已經(jīng)指出 目前 對生命線工程系統(tǒng) 尤其是生命線經(jīng)濟(jì)損失估計手段十分粗糙 且 較為落后 目前的研究遠(yuǎn)未能達(dá)到應(yīng)用要求 馮啟民 1 9 9 1 趙成剛等 1 9 9 4 因此 作者認(rèn)為 1 1 由于城市的超大規(guī)模發(fā)展 生命線系統(tǒng)的脆弱性及生命線系統(tǒng)在城市財富中所占的比重增大 研究生命線系統(tǒng)造成的經(jīng)濟(jì)損失已刻不容緩 2 研究生命線系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)損失 必須充分考慮生命線系統(tǒng)的幾個主要特性 r 3 地震經(jīng)濟(jì)損失分析足一個系統(tǒng)工程 橫跨多個學(xué)科 需要多方面的知識 需依靠地震工程 經(jīng) 濟(jì)學(xué) 社會學(xué)等諸方面專家的共同努力 才能完成準(zhǔn)確估計其損失的目的 在此之前 已有很多學(xué)者對地震對生命線的損失及恢復(fù)作過大量的研究工作 S E C h a n g 1 9 9 5 1 9 9 6 1 A R o s e 1 9 9 6 1 9 9 6 1 9 9 7 M s h i n o z u k a 1 9 9 6 K JT h e r n e y 1 9 9 5 等分別對其做了研 究 研究工作中存在的主要問題是方法較單一 缺乏系統(tǒng)的 全面的考慮 如對經(jīng)濟(jì)損失評估的研 究 還基本停留在對直接經(jīng)濟(jì)損失的估計方面 S Ec h a g 1 9 9 5 9 9 6 A R o s e 1 9 9 6 1 9 9 6 1 9 9 7 1 探討了由于生命線系統(tǒng)中斷造成的社會經(jīng)濟(jì)損失 即我們說的間接經(jīng)濟(jì)損失 為了更深入地 理解地震對生命線系統(tǒng)所造成的損失 人們已經(jīng)不滿足于定性地了解其經(jīng)濟(jì)損失了 而需要去定量 地把握其多少 作者建議生命線系統(tǒng)地震工程的研究中應(yīng)綜合考慮如下幾個因素 萬方數(shù)據(jù) 4 世界 地 震 工 程1 7 卷 1 系統(tǒng)耦聯(lián)性在進(jìn)行生命線地震工程研究時 應(yīng)考慮系統(tǒng)間的相互耦聯(lián)特性 生命線各系統(tǒng)之 間 生命線系統(tǒng)與建 構(gòu)筑物之間是一種相互作用 相互影響的耦聯(lián)關(guān)系 例如供水和供電之間就是 強耦聯(lián) 供水系統(tǒng)的幾乎一切運行和操作都需要供電系統(tǒng)的支持 這是供水對供電系統(tǒng)的依賴 反過 米 發(fā)電廠需要大量的冷水冷卻發(fā)電機(jī)組 這是供電系統(tǒng)對供水系統(tǒng)的依賴 如何正確分析這種相互 作用 估計其相互影響 成為生命線工程震害預(yù)測 經(jīng)濟(jì)損失分析等研究中不可缺少的部分 2 間接損失的影響因素在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損失分析中 需要考慮生命線用戶間由于經(jīng)濟(jì)失衡造成的間接 經(jīng)濟(jì)損失 對生命線地震工程間接地震災(zāi)害損失的研究 必須全面考慮各種可能造成間接損失的影響 因素 L 3 方法可用性的考慮有的分析方法雖然看似十分合理 但其參數(shù)有的不易獲得 因此 必須 驗證分櫨方法的實用性 4 1 損失層次性在損失評估研究中 考慮經(jīng)濟(jì)損失的多層次性 地震對生命線系統(tǒng)造成的影響包括3 個方面 物理破壞 功能損失和經(jīng)濟(jì)損失 包括直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失 以供水系統(tǒng)為例 物 理破壞指地震造成的供水系統(tǒng)建構(gòu)筑物 供水設(shè)備及供水管道的破壞 功能損失指由于地震造成的功 髓降低 如水壓下降和流量減少 直接經(jīng)濟(jì)損失指自來水公司用于調(diào)查 應(yīng)急 維修所付出的費用和 停減產(chǎn)帶呆的收人減少 間接經(jīng)濟(jì)損失指用戶由于無水造成停產(chǎn) 減產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失及國家稅收損失 5 計算機(jī)信息技術(shù)與地理信息科學(xué) 迅 隨著計算機(jī)信息技術(shù)與地理信息科學(xué) G 塢 的發(fā)展 處理 拇量宅問數(shù)據(jù)已成為可能 目前 我國在交通 管網(wǎng) 電力及通訊網(wǎng)絡(luò)的管理中已大量采用計算機(jī)及 G 互s 軟件技術(shù) 但在生命線地震工程的科學(xué)研究中 我國在對上述技術(shù)的利用上 距美 日等國還有 一定差距 如果能加強對信息技術(shù) 尤其是地理信息技術(shù)的利用 不僅可將已有成果推向?qū)嵱?而且 有可能解決以往無法解決的問題 總之 由于生命線系統(tǒng)本身的復(fù)雜性及損失估計研究涉及幾個完全不同的領(lǐng)域 造成了對其研究 的困難 如何客觀地評價地震對生命線系統(tǒng)造成的破壞 對其造成的損失給出令人信服的估計 還有 很長一段躊要走 參考文獻(xiàn) A sc I j J G u i d c l i n f o rt h es c j s T I i cd 韓i 即o fo i la n dg 弘P i p n es t c I n z 1 9 8 4 翻H j n d y N o v a kME a n h q u a k cr 髂p o n s c o ru n d r g r o u n dp i p c l i n 錨 A A s c EA d V i s o r y n o t c so n l i f e f i c e a r t h q u a k ee n g i n c c d g q 1 9 9 3 嘲 D u hcMA n髓n h q u a k ch a 翟r d p l a nf o r1 i f e l l n 船 A A s C E L i f cH 曲q u a k ce n g l n 一n g c f 4 lr a m o rcE w c f n c rsD P m P o s e da c c 印t a b l e 曲q u a k er i 咄p m d u 嘲f o rt h cp o no f L o sA n 驢l 飾2 0 2 0e l p a g i o n p m g R m A T c L E E P r o c e c d i 驢o ft h eF o u hu s c o n 詫陀n c 1 9 9 5 習(xí) B r 0 0 b h j 幾Ds c t l 8 喈sE c t a l D i 托c ta n di n d i r c c te c o n o m i cl o s s 惴 r m me a n h q u a k ed a m 鱸 J E a n h q u a k s p m r 4 1 9 9 7 3 4 舊w a n BHHM L i nH G I s B a s 耐e v a l u a t i o s c 詁I I I i p f f o m a n o fw a I c r d e l i V e r ys y 呂t 鋤s R c e n t e f o rE 4 h q 3 k c R 巧髓f c ha n dI n f o m a t i o n T h eu n i v e i t yo rM e m p h b 1 9 9 7 唧L e o nw 阻gR L 砘 rHR e 療n c ds e 括m 耙a n a i F 括a n dd 囂嵋n 口 b u 麻dp j p 叫腓 o 廟北m o 瑚8 叫刀 E E S D 1 9 8 5 1 3 7 5 9 6 嘲L nw a n gR L w a n gL J R c f i n e ds c i s m i ca n 山y(tǒng) s 虹a dd 船i g no f b u d e dp i p d i n e r o rr a u l tm o w m c n 旺A P r o c 時d i 坫s o fT h i r dc h i n a J a p a n u sT r i l 砒c m ls y m p o s i u mo fL i f c l i n cE a n h q u a k e q 9 1E r d i kM s c i s I I l i c n s ka n a l i sI l o ru r b a ns y s t e I n s A l l w c E E q l q 刈t a u 哺 M M i 州j m aMD a m 薩 t ow a t e r s p p l yp i p c l i n 鋪ms p a l l 站u e o fs o i l sa n dF o u n d a t i o n s 1 9 9 6 13 2 5 3 f l qO r o u mMJ L i ux J R 笛p o n s eo f b e d p i p I i n 囂 s u b j t t o 曲q l l a k ec k t R M c E E RM o n o g m p h N o3 1 9 9 9 I 習(xí)s h j n o 丑婦M o a gsF E g l I c I I i RT h 腳sP H 忱鴨HM R 懈A A d n 嘲 j n e 耐h q 1 I k c 萬方數(shù)據(jù) 2 期 張素靈等 生命線地震工程的發(fā)展與前瞻8 5 一一 l o s s 幅t i m a t i o na n da p p l i c a c j o nt oM e m p h i s R 1 T e n n 囂s e e 1 9 9 7 1 習(xí)N e w m a r k NM P r o b l e mi n 帥v e p m p a g a t i o n n s o i la n dr o c k A P r o cI n t 哪t i 咖ls y m p 刪1 n o t iw a 雌 P r o p 8 9 a t o na n dD a m i cP r o p c n bo rE a n h q l I a k eM a t e 血l s qA l b u q u e r q u e 1 9 6 7 l 川E g u c h iRT c ta l s c i s m i cr i 出t on a t u m lg a so i ls t c t l n M 1 9 8 5 l 習(xí)c h a n gs E s e l i g s o n HA E g u c h iRT E s t i m a t i o no ft h ee c o n o I I l i c i m p a c t o f m u l t l p l e l ir e l i n ef n p t l o M e m p h l sl i 曲t g a sa n dw a t e rd i v i 3 0 nc 懿cs t u d y R l 1 固s u n sP A腭v i e wo fb u r i e d1 i f c l i n c c a r h q u a k cc n g i n e e n B 1 nc h i n a A P r o c e e d i n g s o rs c c c n c h j n d J a p 撲一u sT l a t e r a ls y m p o s i u mi nL i f e I l n ee a n h q u a k cE n g i n c c d g c x i a n 1 9 9 t1 7 一 1 可T a n a k as s h i n o z l l k aM H o w a r dH w a gHML j M i n e w I I u 站r sg u l d e N c E E R 一9 3 1 目陳艷艷 王東煒 王光遠(yuǎn) 地理生命線網(wǎng)絡(luò)工程的抗震優(yōu)化布局 A 城市與工程減災(zāi)基礎(chǔ)研究滄文集 q 1 9 9 7 l 明大律泰晴 等 地下管線地震時的可靠性評價 J 1 地下臂線抗震 1 9 9 0 2 2 8 2 4 3 捌東田淳予17 于1y 被害 特微占原因 M 但l 馮啟民 郭恩棟 宋韞美等跨斷層埋地管道抗震試驗 J 地震工程與工程振動 2 0 0 0 2 0 1 5 6 一位 高小旺 等供水系統(tǒng)等生命線工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的研究 R 北京 建筑科學(xué)院工程抗震所 1 9 9 7 捌高田至癬 李膻雁 粱建文 斷層老橫斷卡五地中管道口 耐震計算法 A 1 土木學(xué)會 第2 4 回地震工學(xué)研究發(fā)表會 q 捌胡聿賢 何揚社會經(jīng)濟(jì)與工程系統(tǒng)的地震震害預(yù)測理論研究韌探 R l 1 9 9 l 2 習(xí)候忠良 中國地下臂線地震反應(yīng)研究口州 1 9 9 1 蛔久保慶三郎生命線地l 工程的發(fā)展田世界地震工程 1 9 8 7 1 4 6 4 郭恩棟 宋銀美 跨斷層埋地管道抗震試驗 期刊論文 地震工程與工程振動 2000 01 3 東田淳 被害 特徵 原因 4 Erdik M Seismic risk analysis for urban systems 5 Leon Wang R L Wang L J Refined seismic analysis and design of buried pipeline for fault movement 6 Leon Wang R L Yeh Y H Refined seismic analysis and design of buried pipeline for fault movement 1985 7 Wang H H M Lin H GIS Ba