范開紅

四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建筑物更新研究介紹

范開紅

范開紅，四川省地震局高級(jí)工程師，主要從事震害預(yù)測(cè)、地震應(yīng)急和GIS 應(yīng)用領(lǐng)域的研究工作。先后承擔(dān)和參加“九五”、“十五”、“汶川地震災(zāi)后重建”、“蘆山地震災(zāi)后重建”、局所合作等國(guó)家、省部級(jí)科研課題數(shù)十項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇。先后榮獲中國(guó)地震局防震減災(zāi)優(yōu)秀成果獎(jiǎng)、四川省地震局防震減災(zāi)優(yōu)秀成果獎(jiǎng)7次。先后參加“5·12”汶川8級(jí)大地震、8·30仁和—會(huì)理交界6.1級(jí)地震、西藏昌都6.1 級(jí)地震、云南魯?shù)?.5級(jí)地震、云南景谷6.6 地震和康定6.3 級(jí)地震等四川及周邊省份十余次地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急工作，獲2015 年中國(guó)地震局防震減災(zāi)先進(jìn)個(gè)人獎(jiǎng)。

項(xiàng)目背景

四川省位于南北地震帶南段，境內(nèi)有鮮水河斷裂、平武—青川斷裂、映秀—北川斷裂、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂、金沙江斷裂、大涼山斷裂、理塘斷裂、巴塘斷裂等眾多斷裂，縱橫交錯(cuò)，地震活動(dòng)頻繁，地震災(zāi)害威脅極大；歷史記載中，四川一直是我國(guó)地震高發(fā)的省份，且地震震級(jí)高，死亡人數(shù)多，僅僅20世紀(jì)的100年中，四川發(fā)生的7級(jí)以上地震就有1933年疊溪7.5級(jí)地震、1973年 爐霍7.9級(jí)地震、1976年松潘7.2級(jí)地震，21世紀(jì)又發(fā)生了2008年汶川8.0級(jí)大地震和2013年蘆山7.0級(jí)大地震等。僅汶川地震后至2016年底，四川發(fā)生5~6級(jí)地震27次，6~7級(jí)地震6次，7~8級(jí)地震1次，給當(dāng)?shù)鼐用裨斐闪酥卮蟮纳?cái)產(chǎn)損失。

四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)在“5·12”汶川特大地震和“4·20”蘆山強(qiáng)烈地震中都發(fā)揮了重要作用，特別是在蘆山“4·20”7.0級(jí)地震中，四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)依托四川省地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為地震應(yīng)急提供快速的、持續(xù)動(dòng)態(tài)的震情、災(zāi)情和圖件支持等服務(wù)，為抗震救災(zāi)的勝利做出了突出的貢獻(xiàn)，第一時(shí)間為趕到四川省地震局指揮部的省領(lǐng)導(dǎo)提供了預(yù)評(píng)估震情，估算的人員傷亡是約為220人，與實(shí)際地震遇難人數(shù)196人，失蹤21人很接近；估算的直接經(jīng)濟(jì)損失約33億元人民幣，與實(shí)際情況相差很遠(yuǎn)，經(jīng)過(guò)分析，四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)估算的直接經(jīng)濟(jì)損失，是通過(guò)四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑物數(shù)據(jù)和易損性矩陣進(jìn)行估算得來(lái)的，而四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑物數(shù)據(jù)，還是2005年的數(shù)據(jù)，已經(jīng)嚴(yán)重滯后了。建筑數(shù)據(jù)的時(shí)效性是地震快速評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)，據(jù)多年的數(shù)據(jù)收集經(jīng)驗(yàn)表明，實(shí)地收集四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑物數(shù)據(jù)，是非常困難的，通過(guò)其他相關(guān)途徑完整收集建筑物數(shù)據(jù)也很困難。因此，研究建筑物數(shù)據(jù)更新模型，解決四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中建筑數(shù)據(jù)更新，成為了四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)是四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有及時(shí)的更新數(shù)據(jù)，四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)才能保持生命力，快速的為地震應(yīng)急指揮領(lǐng)導(dǎo)提供較準(zhǔn)確震情、災(zāi)情等輔助決策信息服務(wù)。

圖1 四川省2014年人口、經(jīng)濟(jì)與民族集居地分布圖

研究目標(biāo)

為解決四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中建筑數(shù)據(jù)更新問(wèn)題，結(jié)合中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃青年項(xiàng)目，項(xiàng)目組成員針對(duì)四川建筑物數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)、影響因素進(jìn)行了研究，具體的研究目標(biāo)有：①按四川省地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和民族分布的差異（級(jí)別），將四川劃分為不同區(qū)域；②利用四川人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和民族分布特征，分析研究得到四川不同片區(qū)建筑物數(shù)據(jù)與當(dāng)?shù)鼐用竦乜臻g分布、人口、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)當(dāng)各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、人口等數(shù)據(jù)變化后，根據(jù)各地區(qū)建筑物分布規(guī)律,構(gòu)建四川建筑物數(shù)據(jù)更新模型；③為“國(guó)家地震社會(huì)服務(wù)工程應(yīng)急救援系統(tǒng)”、 四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)中的地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑物數(shù)據(jù)更新提供解決辦法。

項(xiàng)目實(shí)施成果

1. 區(qū)域劃分

四川是一個(gè)人口、經(jīng)濟(jì)分布差異顯著的省份，項(xiàng)目組根據(jù)四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)里面的全省人口、經(jīng)濟(jì)和少數(shù)民族分布制作了展現(xiàn)四川省人口平均密度分布和四川每平方千米GDP情況的分布圖，如圖1所示。根據(jù)四川人口和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分布特征，可將四川劃分為以龍門山—大涼山一線為界，東部為盆地及盆緣地區(qū)和西部高山高原、山地少數(shù)民族地區(qū)兩大區(qū)域。

根據(jù)四川人口、經(jīng)濟(jì)、各民族建房習(xí)慣和特征及對(duì)四川各地建筑物實(shí)地調(diào)研情況得出:四川不管是什么地區(qū),城區(qū)和城鎮(zhèn)的商鋪、政府事業(yè)單位、醫(yī)院、學(xué)校和其他公共建筑是相對(duì)集中的；城區(qū)和城鎮(zhèn)周邊的企業(yè)和廠房建筑較多；民族地區(qū)由于人口稀少、經(jīng)濟(jì)落后、生活和建房習(xí)慣差異大，這里商鋪、企業(yè)和廠房等建筑相對(duì)少很多，如涼山的彝族農(nóng)村住房普遍為土（磚）木結(jié)構(gòu)，并且面積都不太，一般在80~100平方米；而甘孜和阿壩藏族居民同樣人口稀少、經(jīng)濟(jì)落后，但他們的住房面積較大，一般都在200~400平方米，很多村居住房甚至需要修建10~20年。在分析研究四川各地人口分布特征、抽樣調(diào)查的建筑物數(shù)據(jù)及各地各民族建房習(xí)慣后，對(duì)四川地區(qū)建筑物分布進(jìn)一步劃分，將具有相似建筑物的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行歸類，具體情況如表1所示。

表1 四川建筑物數(shù)據(jù)片區(qū)分布表

2. 建立建筑數(shù)據(jù)更新模型

經(jīng)過(guò)對(duì)各地區(qū)各類鄉(xiāng)鎮(zhèn)中城鎮(zhèn)居民人均住房面積、農(nóng)業(yè)居民人均住房面積、人均政府及事業(yè)單位辦公建筑面積、人均學(xué)校建筑面積、人均醫(yī)院建筑面積、人均企業(yè)辦公建筑與廠房面積、人均商場(chǎng)與商鋪面積等建筑物抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，得出各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對(duì)應(yīng)的不同用途建筑面積變化表格，如表2所示。

依據(jù)表2可以清楚的得各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對(duì)應(yīng)的不同用途建筑面積變化的比例。因此，四川除成都市主城區(qū)外不同地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)更新模型可表示如下：

表2 四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對(duì)應(yīng)的不同用途建筑面積變化表（單位：m2）

式中： Xv——某個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）總的建筑面積；

Tv——城鎮(zhèn)居民人均住房人平均面積；

Cn——農(nóng)業(yè)居民人均住房人平均面積；

Gn——人均政府及事業(yè)單位辦公建筑面積；

En——人均學(xué)校建筑面積；

Hn——人均醫(yī)院建筑面積；

Bn——人均企業(yè)辦公與廠房面積；

Sn——人均商場(chǎng)與商鋪面積；

On——人均其他公用建筑面積；

Pn1——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)人口；

Pn2——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)戶籍人口；

Pn——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)總?cè)丝凇?/p>

在表2四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對(duì)應(yīng)的不同用途建筑面積變化表中，除城鎮(zhèn)居民人均住房和農(nóng)業(yè)居民人均住房外的所有房屋歸納為一類建筑——公共建筑，那么就會(huì)得到簡(jiǎn)化的四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對(duì)應(yīng)的不同用途建筑面積變化表，進(jìn)而四川地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)更新模型可簡(jiǎn)化如下：

式中： Xv——某個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）總的建筑面積；

Tv——城鎮(zhèn)居民人均住房人平均面積；

Cn——農(nóng)業(yè)居民人均住房人平均面積；

Wn——人均公共建筑面積；

Pn1——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)人口；

Pn2——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)戶籍人口；

Pn——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)總?cè)丝凇?/p>

基于公式（2）和簡(jiǎn)化后的四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同用途建筑面積變化表以及全省每年更新的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)人口數(shù)據(jù)，可計(jì)算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑物總面積，再結(jié)合《南北地震帶大震極災(zāi)區(qū)速判與關(guān)鍵技術(shù)研究》項(xiàng)目成果——“四川各區(qū)域不同結(jié)構(gòu)類型建筑物比例系數(shù)”和抽樣調(diào)查得到的不同結(jié)構(gòu)類型建筑物比例系數(shù)，計(jì)算出滿足地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用要求的每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同結(jié)構(gòu)類型的建筑面積數(shù)據(jù)。

項(xiàng)目產(chǎn)生的社會(huì)效益

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，大范圍抽樣調(diào)查取得的建筑物數(shù)據(jù)，對(duì)四川建筑物的分布、抗震設(shè)防情況和建筑風(fēng)格等數(shù)據(jù)都是一次完整性的收集，為各地的防震減災(zāi)規(guī)劃和應(yīng)急準(zhǔn)備及地震應(yīng)急快速評(píng)估的易損性矩陣更新都提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

項(xiàng)目中建立的四川地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)更新模型及計(jì)算結(jié)果，在“四川省地震局蘆山災(zāi)后恢復(fù)重建——地震應(yīng)急聯(lián)動(dòng)與信息共享及災(zāi)情綜合研判系統(tǒng)升級(jí)改造”項(xiàng)目和多個(gè)市縣防震減災(zāi)綜合服務(wù)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，能有效提高四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)更新的效率，解決建筑物數(shù)據(jù)時(shí)效性滯后的問(wèn)題，更好地支撐四川省地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，提高其震害評(píng)估的準(zhǔn)確性；并為相關(guān)行業(yè)建筑數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作提供了新方法。

項(xiàng)目實(shí)施心得

四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建筑物更新研究課題是在四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中建筑物數(shù)據(jù)更新滯后的情況下，申請(qǐng)的中國(guó)地震局地震科技星火項(xiàng)目課題，具有現(xiàn)實(shí)性和緊迫性等特點(diǎn)，課題具有現(xiàn)實(shí)需要和一定的研究基礎(chǔ)，并且研究結(jié)果容易驗(yàn)證；課題的完成，取得了較好的社會(huì)效益，這種與實(shí)際工作結(jié)合的研究模式，課題實(shí)施進(jìn)程更為順利，因?yàn)樾枨竺鞔_，能有效解決實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題。

在以往的研究工作中，一般強(qiáng)調(diào)影響因子間的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)性，但在這次的課題實(shí)施過(guò)程中探索到，在分析農(nóng)村建筑物分布情況與通常的影響因素之間的相關(guān)性時(shí)，會(huì)得到一些因素往往與農(nóng)村建筑物分布沒(méi)有相關(guān)性，其實(shí)這也是一個(gè)有用的結(jié)果，可以將此因素排除掉，也是一種有效的科學(xué)研究思路。

未來(lái)展望

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，鑒于大城市城區(qū)建筑物的復(fù)雜性，本模型暫時(shí)沒(méi)有考慮成都主城區(qū)（大城市主城區(qū)）的情況，在未來(lái)的相關(guān)研究工作中，我們將基于本項(xiàng)目的研究成果，進(jìn)一步細(xì)化深入研究，同時(shí)結(jié)合百度地圖、天地圖等各類公共地圖數(shù)據(jù)平臺(tái)，在模型中補(bǔ)全大城市主城區(qū)的研究，并研發(fā)一套兼具數(shù)據(jù)錄入、抽樣數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)推算、精度測(cè)試、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能為一體的四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新與管理系統(tǒng)，更好地滿足地震應(yīng)急、震災(zāi)防御等工作的需要。