周錫元院士論文選集：地震工程和防災減災研究與實踐（簡體書）

城市抗震防災規劃的研究和實踐
城市是人類活動的中心,那里不僅人口和建筑高度集中,而且社會財富和科學技術十分密集.強烈
地震一旦發生在城市及其附近,后果十分嚴重.例如,20世紀50年代以來我國發生的十多次7級以上地
震的總損失中,發生在城市及其附近的海城地震和唐山地震所造成的人員傷亡和經濟損失約占85%.
我國7度及以上城市約占城市總數的一半,在1966年以前除少數重點工程項目以外,一般工程都沒
有抗震設防.1966年邢臺地震以后,周恩來總理提出要保衛“四大”(大城市、大水庫、電力樞紐和鐵路
干線).北京、天津、西安、烏魯木齊等重要城市開始重視抗震問題,同時加強了對新建工程抗震設防和
現有工程抗震加固的科學研究,相繼制訂和頒發了一系列國家級、部級和地區性的抗震設計與鑒定加固
的標準、規范和規定,使量大面廣的各類新建工程和現有工程的抗震防災能力逐步得到提高.
1977年國家基本建設委員會召開第一次全國抗震工作會議,總結了唐山地震的經驗教訓,提出了城
市規劃和建設必須考慮抗震的重要論點.1978年第二次全國抗震工作會議提出抗震工作的重點是抓好城
市抗震工作,并確定38個城市作為第一批國家重點抗震城市,后來又確定了兩批,總數增加到52個.通
過這兩次會議,明確了地震預報和抗震防災是人們與地震這種嚴重自然災害作斗爭的兩個“拳頭”.同時
這也使我國的抗震防災工作從提高單體工程抗震能力發展到全面提高城市綜合抗震能力的新階段.
1979年第三次全國抗震工作會議明確提出要編制城市抗震防災規劃,并將編制和實施城市抗震防災
規劃作為逐步提高城市綜合抗震能力的重要手段.
1979年第三次全國抗震工作會議后,首先在煙臺、徐州兩城市進行試點,初步摸索出了一套適合我國目前情況的城市抗震防災規劃編制的程序和方法.同時在地震區的其他一些城市,特別是抗震重點城市開始了編制規劃的準備工作.
為了總結交流與編制規劃有關的科研成果和經驗,建設部抗震辦公室于1984年組織了第一次城市抗
震防災研究班,培養了骨干力量,同年年底召開第一次全國抗震防災工作會議.這次會議在充分總結經
驗的基礎上,統一了對規劃編制工作中若干問題的認識,會后制定了.城市抗震防災規劃編制工作暫行
規定.(簡稱.暫行規定.),1985年由建設部批準頒發.
1987年8月建設部抗震辦公室又舉辦了城市抗震防災規劃研討班,交流和討論了與城市抗震防災有
關的技術問題,總結了自.暫行規定.頒發以來各地編制規劃的經驗,會后制定并印發了.城市抗震防
災規劃編制工作補充規定.,根據區別對待的原則將規劃分為甲、乙、丙三類模式,國家和省重點抗震城
市,7度以上地區中100萬人口以上的城市和省會、直轄市,按甲類模式編制;位于基本烈度6度的大城
市按乙類模式編制;其他中、小城市和縣、鎮按丙類模式編制.
以上兩個規定的頒發,加快了編制工作的進程,據統計,已完成抗震防災規劃編制工作的城市約20
個,其中不少城市在編制過程中同時抓緊了規劃的實施準備和各項措施的落實工作,收到了較好的效果.
. 作者:周錫元,陳一平;選自.中國工程抗震研究四十年.,地震出版社,1989年
在煙臺、徐州及安陽、蘭州等城市的抗震防災規劃編制過程中,先后有近12個單位的地震工程和工程抗震研究者開展了有關的研究工作,從不同的途徑、用不同的方法進行了抗震防災規劃編制和實施的探索.
3..1　規劃設防依據研究
抗震防災規劃設防標準的研究,發展了預測地面運動參數的概率方法,結合我國各地區的特點,在潛在震源劃分原則和參數識別、地震發生的時空不均勻性、震級上限的綜合評定方法、地震動衰減規律等方面均有所發展.在土壤非線性特性、土層分布和埋藏地形的不規則變化以及基巖輻射阻尼計算分析等方面的研究,改進了土層地震反應分析方法.在地面運動反應譜的概率標定、場地巖土工程地質條件的綜合評價方法等方面也取得了一些進展.此外,應用這些成果,并結合土地利用規劃求出了與場地動力響應間的合理配合,其中包括對地震時出現滑坡、震陷、地裂、液化的可能性進行分析和預測,以及按建筑抗震設計新規范進行場地分類等.
3..2　震害預測方法研究
以實際震害資料為基礎,應用多參數回歸分析、概率統計和模糊數學方法建立和發展了各類結構和給水管網等生命線工程的預測模型,從不同方面改進了現有的工作,發展了總體預測模型,使預測結果與地震危險性分析、小區劃給出的一定地震動概率水平相適應.
3..3　抗震防災對策研究
在抗震防災對策方面,除了對新建工程設防和現有建筑的鑒定加固方法繼續進行研究外,也開始對
城市的各個環節,特別是與生命線工程抗震有關的問題進行研究.這些研究一般都是以唐山、海城地震
中震害作為經驗教訓,對照目前的情況和存在問題提出相應的對策,其中包括長遠的改造方案和地震應
急對策.
為適應各城市編制抗震防災規劃的需要,國家地震局和有關工業部門的科研、設計單位也進行了大型工礦企業抗震防災對策的研究.許多研究成果已發表在.地震對策.和.抗震防災對策.兩部書中.這兩部書對編制城市抗震防災規劃具有重要的指導意義和參考價值.
城市抗震防災是一項綜合性的研究課題,涉及許多學科領域.在建設部科技司支持下,許多單位將
幾年來在城市抗震防災規劃的基礎資料研究方面的成果,共同總結、深化和配套,于1988年10月提出了
.城市抗震防災規劃編制指南..該指南根據國家抗震防災主管部門的有關規定和近幾年來各城市在編制
規劃方面的經驗和一般原則,對編制程序和內容以及對策運用的技術要點作了概括性的敘述,可供地震
區城市編制抗震防災規劃時參考.
通過編制和實施城市抗震防災規劃改善城市的總體抗震能力是近十年來提出的新任務.如何進一步加速這項工作的進程,同時使之成為減輕城市地震災害的切實有效的措施,是在規劃編制過程中必須認真考慮的重要問題.通過多年的實踐和研究,對問題的認識不斷深化,并在以下幾個方面逐漸形成一致的看法.
(1)對于10～20年規劃期內的基本目標,經過幾年時間的醞釀、研究和探討才規定為“逐步提高城市的綜合抗震能力,最大限度地減輕地震災害,保障地震時人民生命財產的安全和經濟建設的順利進行,

使城市在遭遇相當于基本烈度的地震影響時,要害系統不遭到較重的破壞,重要工礦企業能正常或很快恢復生產,人民生活基本正常”.這個目標經過努力是可以達到的,抗御相當于基本烈度的地震影響的要求可以作為城市抗震防災的第一道防線.

(2)由于目前對地震能量的積累和釋放過程,即地震發生的規律尚缺乏深刻的認識,在中長期預報方面至今還有許多不確定的因素,基本烈度只是大體上相當于50年內超越概率約10%的地震動強度,而發生超過這個預期烈度的可能性是客觀存在的.因此在規劃中除了考慮基本烈度外,尚應考慮50年內超越概率為3%左右的意外大震(大約比基本烈度高一度)的影響,并對它設置第二道防線,目的在于減少人員傷亡和重大的經濟損失,維持低標準生產和生活條件,為抗震救災和恢復重建創造較好的環境.

(3)城市宜采取有利于抗震防災的結構形態.城市規劃中有機分散的布局符合減輕地震災害的要求.當然集中和分散的概念是相對的,只要布局合理、措施得當,局部的集中也不致影響城市的抗震防災效果,因此在一定條件下合理地發揮集中布置的效益和優勢也是容許的.這個問題應該根據城市的實際情況,通過效益、損失分析作出具體方案,作為城市擴建和改造方案的一個組成部分.

(4)由于地震發生的時間有相當的不確定性,它可能來得晚一點,也可能來得早一點,以致在規劃的許多措施尚未實施以前就發生意外的大震.針對這種情況尚應當設置一道臨時防線,以增加抗震救災的應變能力.在地震發生及災害蔓延過程中,采取必要的和及時的救援措施,限制災情擴大,維持社會治安.這就是應急規劃的目的所在.

(5)在城市抗災規劃中可以運用各種手段,如立法、行政、經濟和教育等,推動抗震防災事業的發展,減輕城市在未來地震中的災害.為了維護各種手段的權威性,可以規定必要的獎懲辦法,鼓勵對城市抗震防災做出貢獻的部門、單位和個人,同時追究對城市抗震防災造成嚴重后果者經濟、行政甚至刑事責任.

(6)明確了城市抗震防災規劃與總體規劃的關系:①城市抗震防災規劃應有其自身的獨立性、完整性和系統性.②抗震防災規劃一方面要服從城市總體規劃中確定的城市性質、規模、功能等;另一方面,抗震防災規劃中有關減輕城市地震災害的對策、措施等又對城市規劃有所制約.城市的功能分區、土地利用、場地選擇、設防標準及有關專業規劃等,都應該符合抗震防災的要求.③抗震防災規劃中有不少方面的對策和措施,如抗震加固、防止次生災害、避震疏散、應急準備等,都必須依靠抗震防災管理部門去組織實施.
城市抗震防災對策大體上可以分為減輕城市地震災害的基本對策和地震前后的應急對策兩大部分.
基本對策包括土地利用、總體布局、老城改造、能源、交通、通信等生命線工程和房屋建筑的新建設防
和現有工程的抗震加固等,這些對策的運用應能保證城市不斷朝著有利于抗震防災的方向發展;應急對
策主要是遷就現有的條件,采取臨時性補救措施,通過合理的調配和組織救災,限制災情發展,減少
損失.
在對策運用時應該確保關鍵要害項目的抗震防災能力,這些項目主要包括:庫容在1億m3 以上的位于重要城市和工礦區上游的大型水庫的大壩和泄洪、輸水建筑;主要鐵路干線上的重要橋梁和五所二室(調度所、通信所、訊號所、變電所、給水所和運轉室、候車室);重要電力樞紐的發電廠和樞紐變電所,有關國計民生的特別重要的工礦企業;城市供水、通信、交通、醫院、消防、糧食等要害系統的關鍵部位;地震時有可能發生嚴重次生災害(如火災、水災、爆炸、毒氣、病菌及放射性物質擴散等)的要害部位.凡是這類性質的項目,抗震防災規劃中應當優先采取抗震防災措施.
生命線工程的抗震防災是城市抗震防災規劃中的重點內容,由于其中有關新建工程設防和現有工程的鑒定加固問題在本書中已有專文論述,本文只對生命線工程中有關給水排污、煤氣熱力和電力系統的抗震應急措施加以概述,以供編制應急預案時參考.
6..1　供水系統地震發生以后立即對取水構筑物和水廠進行檢查,災情嚴重時應先修復補壓井、水源井等,以滿足醫療、救災和生活用水需要.當發現破壞較嚴重時,應對城市管網分區分段試壓檢查,先在震害輕的管網內低水頭供水,再根據修復情況逐步擴大供水量.在試供水階段應對水質進行抽樣檢查.為保證搶修恢復工作順利進行,應該準備必要的供水物資和材料,如濾水器(特別是移動式濾水器)、抽水泵、潛水泵、儲水槽、聚乙烯罐、亞氯酸鈣等.
6..2　排污工程震后首先應根據破壞狀況的初步判斷提出限制使用的范圍,開始時從嚴,檢查后逐步放寬.對震時的衛生防疫準備必要的后備力量,包括人員、設備和處理場地,同時動員企事業單位自行處理污物,在技術上予以指導.組織好搶修隊伍,并儲備一定的搶險排險器材,如備用電機、管材、挖溝機、泵等.
6..3　煤氣熱力在臨震預報時應采取應急措施,檢查安全設施,必要時可中斷制氣,減少儲罐中的儲量,停止一般用戶的供氣.地震發生后,為防止煤氣系統的次生災害可暫時切斷電源,截斷電壓站總進、出口閥門,有控制地排放過量儲氣.生產調度立即通知各工業用戶關斷廠區進氣總閥門和用具前閥門,熄滅爐火,暫停用氣.城市熱力系統抗震防災的重點應集中在生產基地(鍋爐房、機房、總控制室)和管網,首先要維護供熱系統本身的安全,其次防止供熱管道破壞造成熱能散逸引發火災和爆炸.為了加速搶險排險,制止次生災害的發生和蔓延,應準備應急切斷閥、小型罐瓶、管材、防漏閥門、柔性接頭、吹風機、移動發電機、消防水泵、化學消防車和其他滅火設備.
6..4　電力工程為保持城市供電系統震時不停電或迅速恢復供電,重要的是要保持電網穩定安全.因此對于可能導致大面積長時間停電的主力電廠、樞紐變壓站、超高壓電線及總調度樓等重要建筑及生產設施應加倍注意,采取切實的防務措施,其中包括:
(1)對現有廠、站中不符合抗震、防火、防爆要求的設備和建筑采取必要的措施,保證震時安全.當安全防護距離不滿足時,應加設確保抗震能力的防火防爆墻或其他有效措施.

(2)不論是高架或落地的主變壓器和其他設備都必須牢固地固定在基礎上,防止地震時發生移位和翻倒.電力變壓器和并聯電抗器的基礎臺座和寬度不宜小于800mm.變壓器與周圍設備和附件的連接管道應能承受地震時可能引起的相對位移而不發生破壞.

(3)地震區大、中型電廠和重要變電所中宜采用抗震性能較好的密封式防酸隔爆蓄電池,并設雙向柵欄和采取其他防翻倒措施.

(4)輸配電設備中廣泛應用的斷路器、隔離開關、避雷器等電瓷型設備震害較多,應盡量采用低重心的設備,并逐步在設備和支架之間裝設減震器或阻尼器.與絕緣柱相連的導線應足夠松弛,防止震時將瓷柱拉斷.

(5)電廠控制室的操作和管理制度中應包括震時應急處置的行為規范,減少因慌亂和操作失誤造成的損失.

通過編制抗震防災規劃,逐步改善城市綜合抗震能力,是適合我國目前情況的行之有效的途徑.根據前幾年的試點和編制工作實踐,感到尚有以下問題值得注意.
(1)加強對共性問題的探究.我國的城市由于氣候、地理環境和各地區風俗習慣不同,在城市結構、建筑風格、基礎設施等許多方面往往有不同的特點,但也有許多共同之處.如果對城市抗震防災有關的許多共同性問題集中進行研究,所得結果許多城市都能使用.這樣不僅可以減少重復工作,縮短編制周期,同時對提高規劃的質量具有重要的意義.如果考慮到各大區城市特點差別比較大,這種研究工作也可以分大區進行.

(2)制定必要的抗震防災指標.編制和實施城市抗震防災規劃涉及許多政策性和技術性問題,目前由于對這些問題還缺乏統一的規定,各城市在工作中感到難以掌握.要通過研究,規定必要的指標,涉及城市規劃的部分應該與規劃部門密切配合,共同制定.

(3)進一步開展生命線工程的防災對策研究.城市中的生命線工程對避免和減輕地震次生災害,保證震時的生產和生活條件具有重要意義.生命線工程的門類很多,專業性很強,抗震研究工作基礎薄弱,近幾年來主要研究工作集中在供水管網方面,其他方面的問題也急需開展研究.

(4)加強應急對策的研究.受經濟條件的限制,提高城市綜合抗震能力的工作在我國將是一項長期的任務,不可能指望在短期內就能達到目的.在這種情況下,應急響應計劃將成為抗震防災規劃的重要組成部分.為了使應急規劃建立在比較科學的基礎上,相應的研究和管理工作應該加強.城市各部門、各行業,均應分析地震對系統的危害,總結震害經驗,從發展的觀點研究震時的最佳處理方案.

(5)開發城市抗震防災人工智能系統.研究通用和專用的抗震防災規劃專家系統,建立知識庫和推理、決策規劃,充分利用現有的知識,提高規劃的質量.