韓冰，倪國葳

(華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063210)

0 引言

過去的千百年以來，伴隨著人類社會文明和科技的快速發(fā)展，人類與自然環(huán)境的矛盾不斷加劇。人類為了爭取更大的自由發(fā)展空間，肆意改變已有的生存環(huán)境，經(jīng)歷了與自然環(huán)境的長期斗爭，嚴重透支有限的自然資源，雖然地球多次不停地向人類發(fā)出警告，但人類破壞自然環(huán)境的錯誤行為卻完全沒有得到有效遏止。全球各地每天都會發(fā)生大大小小的不同級別地震，輕微或者偏遠地區(qū)地震，尚不能對人類生活造成較大的威脅。但是，較大震級的地震卻嚴重影響了人類的正常生活，造成了一定人員傷亡，破壞了既有建筑物[1]。相關學者預測，隨著地震頻發(fā)區(qū)域人口的持續(xù)增加以及地震破壞能力的不斷增強，本世紀因地震而引發(fā)的人類傷亡和經(jīng)濟損失會明顯擴大，地震災害對我國人民生產(chǎn)生活的威脅形勢相當嚴峻。

綜上所述，通過恰當方法來評價一個城市的抗震防災能力，發(fā)現(xiàn)城市抗震工作的薄弱環(huán)節(jié)從而逐步提高城市抗震能力，是所有地震工程研究者關注的課題。多年來，國外專家學者開展了關于地震等自然災害風險評估的大量研究，其中，對城市地震災害的理論研究已較為完善，取得了較為豐碩的研究成果，關于城市抗震防災領域研究的認識逐漸提高。Rache Davidson和Haresh Sbah[2]等在總結已有研究成果基礎上，通過定義EDRI綜合指數(shù)來刻畫不同城市遭遇震害時的嚴重程度。根據(jù)EDRI綜合指數(shù)對10個樣本城市進行評價，通過實例分析驗證EDRI綜合指數(shù)評價結果的可信性與實用性。Kunihiro Amakuni[3]詳細分析了日本阪神地震引發(fā)的災害，提出評價城市抗震能力的強弱取決于自然條件、社會資源、救災資源以及風險管理能力等40多種影響因素，通過采用專家咨詢和主成分分析相結合的方法，建立了綜合性較強的城市抗震能力評價方法，并選取日本13個城市對其抗震能力進行評價。Michel Bruneau等提出如果評價某區(qū)域的抗震減災能力，應對該區(qū)域的恢復力指標定量測量，他們認為區(qū)域恢復力可為抗震減災提供科學性較強的依據(jù)。

國內諸多學者也對城市抗震防災能力開展了大量研究工作，其中，薄濤[4]分析比較了現(xiàn)有的不同評價方法，歸納出影響城市防震減災能力的6個因素，以4R理論為評價準則，構建了基于綜合指數(shù)的城市防震減災能力評價體系。利用該指標體系得出哈爾濱城市抗震能力等級，并為該市提出了改進的對策與建議。劉莉等[5]將城市抗震減災綜合指數(shù)界定為社會可接受地震風險水平和實際地震災害產(chǎn)生的風險兩者的加權關聯(lián)度，以此評價城市抗震能力強弱。在開展相關課題研究的背景下，基于不同社會可接受風險標準，對上海市浦東新區(qū)抗震減災能力進行了評價，得到該區(qū)抗震減災能力綜合指數(shù)。王琦開展了中小城鎮(zhèn)抗震減災能力評價體系研究[6]。根據(jù)建立的指標體系評價了特定中小城鎮(zhèn)寧強縣的抗震減災能力，發(fā)現(xiàn)我國較多中小城鎮(zhèn)抗震減災能力較弱，應加大完善抗震建設薄弱環(huán)節(jié)的力度。

城市抗震防災工作屬于涉及多領域多專業(yè)且具有較高復雜性的系統(tǒng)工程，它主要包括地震災害前期監(jiān)測預警、中期抗震救災以及后期災區(qū)重建3個重要部分。目前，我國城市抗震防災能力指標體系研究尚處于探索階段，雖然開展了較多的研究工作，但與國外先進的體系研究相比還具有一定的差距，仍然有許多需要深入研究的技術問題尚未解決。該項研究以建立城市抗震防災能力指標體系為手段，提出了城市抗震防災能力評價方法，基于上述理論對唐山市2015～2017年的抗震防災能力進行了實證分析，從而為我國城市抗震防災研究提供有價值、有借鑒意義的理論參考。

1 城市抗震防災能力評價指標體系研究

城市抗震防災通常按照地震災害的時間順序來開展地震工作，根據(jù)抗震防災工作的時間順序來講，一般分為地震監(jiān)測預警、地震災害防御、應急處置與救援、震后恢復與重建4個階段，其中，地震監(jiān)測預報、地震災害防御、地震應急救援構成了我國綜合減災三大體系。在這4個階段所包含的一切影響因素構成了我國城市抗震防災能力評價指標體系。

1.1 評價指標體系結構

該項研究是基于城市抗震防災能力指標體系建立的層次結構模型，對城市面臨地震災害時所表現(xiàn)的綜合抗震能力進行評價，主要由以下4個層次組成：

(1)目標層：處于模型的最高層，是城市抗震防災能力評價要達到的總目標，該層次得到的評價結果將直接反映城市抗御地震的能力大小。

(2)系統(tǒng)層：針對以上4個階段的特點，將總目標劃分為地震危險性評估能力、工程抗震防御能力、社會基礎支持能力、災害管理能力、救援與恢復能力5個方面，該層次是實現(xiàn)層次分析總目標的原則要求。

(3)要素層：該層次是實現(xiàn)系統(tǒng)層5個方面的具體手段，從而達到評價層次分析總目標的目的。

(4)指標層：處于模型的最低層，基于要素層所劃分的17種要素，針對地震災害以及指標體系設計原則，客觀科學地選取評價指標，構成城市綜合抗震能力指標體系的最基本要素。

1.2 指標體系的建立

城市抗震防災能力是反映一個城市防御和應對地震災害的綜合能力，如何綜合考慮社會、經(jīng)濟、環(huán)境等各因素對城市抗御地震災害的影響，是建立評價指標體系的關鍵。該研究基于現(xiàn)有研究成果，根據(jù)各層次指標的具體要素，構建了包含1個目標層、5個系統(tǒng)層、17個要素層及多個指標層的城市抗震防災能力評價指標體系(見表1)。

2 城市抗震防災能力評價方法研究

2.1 評價模型構建

通過構建城市綜合抗震能力評價模型統(tǒng)一評價各個指標，針對樣本城市在不同觀測點的達標情況，得出城市抗震防災能力總評分，按照0～1區(qū)間5等分，分別為優(yōu)秀、良好、中等、一般、較差，該項研究構建的區(qū)域綜合減災能力評價的理論模型如式(1)所示。

(1)

其中，P為抗震防災能力總評分，Wj為各子指標的權重，Xj為各指標標準化后數(shù)據(jù)。

2.2 模型參數(shù)確定

采用AHP-熵值法確定綜合權重，計算步驟如下：(1)層次分析法確定主觀權重按照式(1)確定的城市抗震減災能力多層次結構模型，利用1-9標度法構建系統(tǒng)層、要素層和指標層的兩兩判斷矩陣。運行yaahp軟件進行一致性檢驗，一致性檢驗指標CR計算公式如式(2)所示。

CR=CI/RI

(2)

式中：

CR—隨機一致性比率；

CI—判斷矩陣一致性指標；

RI—平均隨機一致性指標。

若CR<0.1時，代表判斷矩陣具有可接受的不一致性，可得出各個指標的主觀權重；否則，則需要改變各個指標相對重要性調整判斷矩陣，直至一致性檢驗通過。計算流程圖如圖1所示。

(2)熵值法確定客觀權重熵權法可以突出指標數(shù)據(jù)的局部差異性，通過計算各個指標的熵值，根據(jù)其表現(xiàn)的差異程度來反映出評價指標的重要程度。為了得到更為客觀的評價結果，采取熵權法計算客觀權重。熵權法的計算過程如式(3)所示。

a.構建評價指標判斷矩陣設多屬性矩陣如下：

(3)

計算第j個指標第i個方案的貢獻度pij，

(4)

b.信息熵ej的確定：

(5)

其中，ej∈[0，1]，如果pij=0，則定義ln(pij)=0。

c.差異系數(shù)dj的確定：

dj=1-ej

(6)

d.熵權μj的確定：

(7)

e.計算綜合權重

對各個城市綜合抗震能力的評價指標組合賦權，具體步驟按式(8)計算。

Wj=αωj+(1-α)μj

(8)

式中：

Wj—綜合權重；

α—加權系數(shù)，取主客觀權重的平均值作為綜合權重，故α=0.5。

3 模型實例計算與分析

唐山市位于多條活動構造帶的交匯之處，因具有所處地理位置獨特以及地質構造頗為復雜的特點，所以時常遭受地震災害襲擊。因此，該項目選取唐山市為研究對象，對唐山市2015～2017年的抗震防災能力進行評價。

3.1 數(shù)據(jù)來源

樣本數(shù)據(jù)大部分通過唐山城市年鑒、國家統(tǒng)計局、河北省經(jīng)濟社會發(fā)展統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、唐山市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報及相關標準等級獲取，定性指標數(shù)據(jù)主要借助文獻參考或專家咨詢等方式進行等級賦分。

3.2 指標權重確定

該項研究依據(jù)各個指標系統(tǒng)內部不同評價目標的特性，結合AHP法和熵值法，組成綜合權重(見表2)，滿足城市抗震防災能力綜合評價過程中對指標賦權的科學合理性。

表2 綜合權重

3.3 評價結果

基于上述評價步驟和方法，利用AHP-熵值法確定指標權重，并通過構建抗震防災能力評價模型進行多指標擬合計算，最后得出2015～2017年唐山市抗震防災能力評價得分分別為0.530 8、0.591 7、0.692 2，可以看出2015～2016年的城市抗震防災能力處于中等水平，需要采取相應措施提高，2017年城市抗震防災能力達到良好。但是抗震防災能力水平仍具有較高提升空間，應不斷加強抗震防災工作中薄弱環(huán)節(jié)，以減少地震災害人員傷亡和經(jīng)濟損失為目標，持續(xù)提高城市抗震防災能力，爭取唐山市抗震防災工作水平邁向新臺階、實現(xiàn)新跨越。

4 結論

(1)構建城市抗震防災能力評價模型，評價中采用AHP-熵權法確定指標權重，能夠較為客觀的考慮城市抗震防災能力的影響因素，避免城市抗震防災能力評價過程中的不確定性和模糊性。

(2)通過算例結果可知，唐山市整體抗震防災能力等級為良好，指標體系與評價模型具有較高可行性和可信度，可對城市抗震防災能力進行定量化評價，為我國城市抗震防災工作提供理論依據(jù)。