朱曉煒，肖 遙，張艷國，李 俏，張 麗

（1. 中國移動(dòng)通信集團(tuán)內(nèi)蒙古有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2. 遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034；3. 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司賓縣分公司，黑龍江 賓縣 150400）

0 引言

盡管與電力、交通和天然氣等其他生命線系統(tǒng)相比，地震中通信系統(tǒng)表現(xiàn)得更具韌性，但許多重大地震的震害調(diào)查表明，大地震對于通信系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生了不容忽視的影響[1-5]。作為生命線系統(tǒng)的重要部分，通信系統(tǒng)在震后災(zāi)情傳遞、應(yīng)急救援和社會(huì)維穩(wěn)方面發(fā)揮著重要作用，因此需要對通信系統(tǒng)的震害特征與減災(zāi)對策展開研究。

許多學(xué)者對于通信系統(tǒng)的震害特征和地震易損性展開了研究。在震害特征方面，劉愛文等總結(jié)了魯?shù)榈卣鹬薪煌ā⑼ㄐ藕碗娏θ惿€工程的震害特點(diǎn)，對2001 至2011 年10 年間通信系統(tǒng)的地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[4，6]；劉金龍等先后對蘆山7.0 級地震和尼泊爾8.1 級地震中通信系統(tǒng)的震害進(jìn)行了調(diào)查研究[3，5]；呂紅山指出滑坡、崩塌和滾石等地震地質(zhì)災(zāi)害是汶川地震中通信系統(tǒng)發(fā)生特別重大破壞的主要原因[1]；陸鳴等基于汶川地震中都江堰市移動(dòng)通信系統(tǒng)的震害調(diào)查，總結(jié)了通信系統(tǒng)建筑物和移動(dòng)通訊設(shè)備的震害特征，并提出了減輕震害的應(yīng)對措施[2]。在地震易損性方面，臧戰(zhàn)勝等對通信基站地震破壞等級劃分進(jìn)行了研究[7]；李桂容等介紹了室內(nèi)通信設(shè)備的抗震性能分析方法[8]；張競等對珠江三角洲通信系統(tǒng)建筑物震害開展了預(yù)測[9]；毛晨曦等對典型通信鐵塔的抗震性能和地震易損性進(jìn)行了研究[10]。以上研究在震害特征方面多聚焦于某一次地震事件，在地震易損性方面則是對通信系統(tǒng)中的某一類承災(zāi)體展開研究。本文通過介紹幾個(gè)地震中通信系統(tǒng)的震害表現(xiàn)、破壞成因與震害特征，分析地震中通信系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，歸納通訊系統(tǒng)各類承災(zāi)體的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法，最后對通信系統(tǒng)的防震減災(zāi)對策給出建議。

1 震害表現(xiàn)、成因與震害特征

震害調(diào)查表明，地震中通信系統(tǒng)的承災(zāi)體主要包括辦公/生產(chǎn)建筑及設(shè)備、基站機(jī)房及設(shè)備、信號發(fā)射塔和光纜四類設(shè)施（圖1）。歸納總結(jié)汶川、蘆山和魯?shù)槿未蟮卣鹬猩鲜鏊念愅ㄓ嵲O(shè)施的震害表現(xiàn)、成因與震害特征如下：

圖1 地震災(zāi)害中的通信系統(tǒng)承災(zāi)體Fig.1 Hazard-affected bodies of communications systems in earthquake disaster

（1） 辦公/生產(chǎn)建筑及設(shè)備。辦公/生產(chǎn)建筑主要指辦公樓和放置核心設(shè)備的生產(chǎn)樓，包括縣一級的綜合樓，其破壞主要發(fā)生在Ⅷ度及以上區(qū)域。對于多層框架結(jié)構(gòu)，在Ⅷ度和Ⅸ度區(qū)主體承重結(jié)構(gòu)通常不會(huì)發(fā)生明顯破壞，破壞汶川、蘆山和魯?shù)榈卣鹬卸急憩F(xiàn)出山區(qū)內(nèi)高山基站破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象?；緳C(jī)房震害主要表現(xiàn)為墻體破壞，通常為墻體斜裂縫或X 型剪切裂縫、個(gè)別山頂基站表現(xiàn)為墻體底部水平錯(cuò)斷裂縫，部分基站機(jī)房被滑坡或落石砸毀。由于大量通訊基站機(jī)房采用租用方式，高烈度區(qū)內(nèi)一些租用的老舊砌體建筑常發(fā)生較為嚴(yán)重的破壞，在汶川地震中都江堰市靈巖山索道移動(dòng)通信基站租用的2 層磚砌體結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，局部墻體倒塌，2 層屋蓋局部坍塌，部分通訊設(shè)備被砸毀?；驹O(shè)備震害一般較輕，多數(shù)表現(xiàn)為機(jī)柜、蓄電池等設(shè)施的滑移和傾覆，少部分因強(qiáng)震動(dòng)造成的短路被燒毀，極少數(shù)被毀壞的基站設(shè)備是因地震地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重破壞容納設(shè)備的機(jī)房引起的。更多地發(fā)生在填充墻和吊頂?shù)确浅兄亟Y(jié)構(gòu)，在更高的烈度區(qū)才會(huì)發(fā)生主體結(jié)構(gòu)破壞。蘆山地震中位于Ⅷ度區(qū)內(nèi)蘆山縣移動(dòng)公司大樓填充墻及吊頂破壞嚴(yán)重，砸毀部分設(shè)備。汶川地震中，位于Ⅺ度的北川移動(dòng)公司大樓，低層發(fā)生嚴(yán)重破壞，構(gòu)造柱被彎曲錯(cuò)斷，部分機(jī)柜傾覆倒塌，損失慘重，如圖2 所示。對于多層砌體結(jié)構(gòu)，通常破壞程度更重，表現(xiàn)為低層承重墻出現(xiàn)貫通性裂縫或坍塌，魯?shù)榈卣鹬形挥冖葏^(qū)內(nèi)的龍頭山郵電所5 層大樓發(fā)生了底層坍塌，從5層變?yōu)? 層。

（2）基站機(jī)房及設(shè)備。在大地震中，通信基站的震害主要集中在地震地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。

圖2 汶川地震中北川移動(dòng)通信公司破壞情況Fig.2 The destruction of Beichuan mobile communication company in Wenchuan earthquake

（3）信號發(fā)射塔。信號發(fā)射塔由塔身和塔基組成，通常塔身采用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的全鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，塔基較為堅(jiān)實(shí)，在幾次大地震中發(fā)射塔的震害表現(xiàn)較輕。塔身一般無明顯損傷，在Ⅷ度和Ⅸ度區(qū)僅部分山頂基站鐵塔的尖端部分發(fā)生彎折破壞，不影響鐵塔功能。在汶川地震中，位于Ⅺ度的北川移動(dòng)公司信號發(fā)射塔過于貼近辦公/生產(chǎn)建筑，與樓體發(fā)生相互碰撞造成了塔體嚴(yán)重破壞，如圖2 所示。塔基可能受到地震地質(zhì)災(zāi)害的影響，由于三次地震都發(fā)生在山區(qū)，還沒有發(fā)現(xiàn)砂土液化和軟土震陷造成塔基破壞的案例。安置在屋頂?shù)男盘柊l(fā)射天線通常不會(huì)發(fā)生破壞，除非是受到屋頂破壞的影響。

（4）光纜。幾次大地震中通信光纜都表現(xiàn)出了嚴(yán)重的破壞情況。這主要由地震引發(fā)的山體滑坡、崩塌和滾石等地質(zhì)災(zāi)害造成，少部分通信光纜被倒塌構(gòu)筑物砸毀。汶川地震中，阿壩州基站與交換中心相連的基干線路主要沿公路鋪設(shè)且均為架空線路，受到地震地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重破壞，造成了系統(tǒng)長時(shí)間、大面積的功能喪失。

總的來說，通信系統(tǒng)的震害特征主要表現(xiàn)為建筑物的結(jié)構(gòu)破壞、通訊設(shè)備的非結(jié)構(gòu)損傷以及基站和光纜的次生地質(zhì)災(zāi)害破壞，其中，結(jié)構(gòu)破壞和次生地質(zhì)災(zāi)害破壞是造成通信系統(tǒng)震害的主因，而地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的基站和光纜構(gòu)成了地震災(zāi)害中通信系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

2 地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法簡介

地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估是通信系統(tǒng)防震減災(zāi)的基礎(chǔ)工作之一，其目的是給出可能發(fā)生的不同級別地震災(zāi)害對通信系統(tǒng)承災(zāi)體的破壞和影響。由于通信系統(tǒng)承災(zāi)體的屬性不同，評估的主要工作內(nèi)容一般可分為：建/構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)地震易損性評估、設(shè)備地震易損性評估和場地地震安全性評價(jià)三個(gè)主要方面。

建/構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)地震易損性評估包括對通信系統(tǒng)的多層辦公/生產(chǎn)建筑、單層的基站機(jī)房和信號發(fā)射塔進(jìn)行地震易損性分析，在大地震易發(fā)區(qū)對于多層辦公/生產(chǎn)建筑應(yīng)當(dāng)逐幢進(jìn)行分析，對于單層的基站機(jī)房和信號發(fā)射塔可按類進(jìn)行分析，宜采用Pushover 法或更能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)地震真實(shí)反應(yīng)的增量動(dòng)力法。張競等對珠江三角洲通信系統(tǒng)建筑物的震害預(yù)測成果[9]與毛晨曦等對典型通信鐵塔的抗震性能和地震易損性的研究成果[10]可以被借鑒和采用，典型通信鐵塔的地震易損性曲線如圖3 所示。

圖3 典型通信鐵塔的地震易損性曲線Fig.3 Seismic fragility curves of the three typical communication towers

設(shè)備地震易損性評估常采用基于抗滑移和抗傾覆能力的評估方法，也可參考供電設(shè)備的震害預(yù)測采用震害統(tǒng)計(jì)分析、理論計(jì)算分析和基于設(shè)備振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)發(fā)展易損性曲線的實(shí)驗(yàn)—理論分析方法。大地震中通訊設(shè)備的震害調(diào)查表明設(shè)備破壞主要表現(xiàn)為設(shè)備的滑移和傾覆，因此采用基于抗滑移和抗傾覆能力的簡化評估方法即可較好的滿足防震減災(zāi)需求。對于放置在非底層樓面上的通訊設(shè)備，樓面設(shè)備的水平地震作用可按式（1）簡化考慮：

式中：FH為水平地震作用；G 為設(shè)備重量；K1為設(shè)備所在樓層反應(yīng)系數(shù)；K2為設(shè)備對樓面的反應(yīng)系數(shù)，按圖4 取值；K3為設(shè)備重要度系數(shù)，按表1 取值；α 為地震影響系數(shù)。確定設(shè)備的水平地震作用后可針對設(shè)備的不同約束形式，如頂部有支撐底部固定，頂部無支撐底部固定和浮放等，構(gòu)建力學(xué)簡化模型進(jìn)行計(jì)算。

圖4 設(shè)備對樓面的反應(yīng)系數(shù)Fig.4 Response coefficient of equipment to floor

表1 設(shè)備重要度系數(shù)K3

場地地震安全性評價(jià)主要給出場地地震動(dòng)影響場與地震地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)。地震動(dòng)影響場被用于為建/構(gòu)筑物和設(shè)備的地震易損性評估提供需要考慮的地震作用標(biāo)度，如圖2 中的地震加速度峰值和式（1）中的地震影響系數(shù)α 均來自地震動(dòng)影響場評價(jià)結(jié)果。地震地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)通常被用于確定不利場地分布，大地震易發(fā)區(qū)的地震地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)結(jié)果一般體現(xiàn)為不同地震強(qiáng)度作用下滑坡、崩塌、砂土液化和軟土震陷等地震地質(zhì)災(zāi)害分布區(qū)劃圖，便于通信部門和企業(yè)了解不利地段分布信息采取避讓措施或防范對策。

3 防震減災(zāi)對策淺議

地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要由地震危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的結(jié)構(gòu)易損性和暴露性三部分組成。當(dāng)前技術(shù)條件下，對危險(xiǎn)地段的避讓和提高承災(zāi)體抗震性能是減輕地震災(zāi)害損失的主要策略。為了有效減輕大地震易發(fā)區(qū)通信系統(tǒng)的地震災(zāi)害損失，可以采取以下措施：

（1）注意地震危險(xiǎn)和場地條件的影響。積極從地震部門獲取不同時(shí)間尺度的地震危險(xiǎn)預(yù)測信息和地震地質(zhì)災(zāi)害分布信息。對于大地震易發(fā)區(qū)對重要建筑所在場地開展斷層探查和地震地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)工作。在通訊基站建設(shè)和光纜布設(shè)的過程中需要重視對于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段的避讓，如對建設(shè)高山基站和加密平原基站進(jìn)行合理取舍、信號發(fā)射塔避開砂土液化和軟土震陷隱患點(diǎn)。對于確實(shí)無法避開不利地段的應(yīng)采取合適的防范措施，如為了避免滑坡和落石破壞光纜對于危險(xiǎn)地段采取光纜埋地。

（2） 加強(qiáng)建筑抗震能力。在地震易發(fā)區(qū)，對于多層建筑盡量選擇框架、框剪等抗震結(jié)構(gòu)形式，避免選擇砌體結(jié)構(gòu)，保持結(jié)構(gòu)的平、立面規(guī)整。選擇機(jī)房時(shí)宜選擇中、高層，但不應(yīng)選擇異常突出的頂層房間。對于特別重要的建筑如大區(qū)中心和省中心的通信樞紐樓，宜開展工程場地地震安全性評價(jià)工作，根據(jù)評價(jià)結(jié)果采取相應(yīng)的設(shè)防措施。對于單層建筑，如基站機(jī)房和匯聚機(jī)房，不宜租用老舊民房，建設(shè)時(shí)應(yīng)注意材料質(zhì)量，宜采取一定的構(gòu)造措施。

（3）重視設(shè)備的非結(jié)構(gòu)破壞。不宜選擇靠近外填充墻的房間作為機(jī)房，設(shè)備盡量平行且靠近內(nèi)墻擺放，立柜盡可能并排立放，設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)予以固定。蓄電池應(yīng)放入角鐵框架內(nèi)，如需擱置在專門的臺(tái)階上，則應(yīng)予以足夠強(qiáng)度的固定，防止震時(shí)滑落。機(jī)房棚頂不宜設(shè)計(jì)吊頂，不宜有水管穿過，防止地震中因吊頂?shù)浜退芷茐穆┧斐傻脑O(shè)備損壞。屋頂發(fā)射天線應(yīng)遠(yuǎn)離突出物體，如小房屋、女兒墻等。纜線豎向延伸時(shí)應(yīng)沿柱體向上延伸而不依附墻體，爬墻、穿墻和橫向跨越空間時(shí)應(yīng)使用固定鐵架維護(hù)走線安全。信號發(fā)射塔宜與多層建筑保持一定距離，地震時(shí)發(fā)生相互碰撞加重震害。

（4）探索通信系統(tǒng)地震保險(xiǎn)投資。地震保險(xiǎn)是地震災(zāi)害損失的有效經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償模式，宜對轄區(qū)內(nèi)的通信系統(tǒng)開展地震風(fēng)險(xiǎn)評估與隱患排查工作，根據(jù)評估結(jié)果設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)牡卣鸨ｋU(xiǎn)投資，降低企業(yè)的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

4 總結(jié)

本文總結(jié)了汶川、蘆山和魯?shù)槿未蟮卣鹬型ㄐ畔到y(tǒng)承災(zāi)體的震害表現(xiàn)、成因與震害特征，指出結(jié)構(gòu)破壞和次生地質(zhì)災(zāi)害破壞是造成通信系統(tǒng)震害的主因，而地震地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)范圍內(nèi)的基站和光纜是通信系統(tǒng)的震害薄弱環(huán)節(jié)。系統(tǒng)地介紹了通信系統(tǒng)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法的三個(gè)主要方面，即建/構(gòu)筑物地震易損性評估、設(shè)備地震易損性評估和場地地震安全性評價(jià)。立足當(dāng)前技術(shù)條件，建議對大地震易發(fā)區(qū)通信系統(tǒng)通過實(shí)施地震風(fēng)險(xiǎn)評估與隱患排查工作，加強(qiáng)承災(zāi)體抗震性能建設(shè)與投資地震保險(xiǎn)來有效降低通信系統(tǒng)的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。