張獻(xiàn)兵，雷 軍*，張秀玲，周曉峰

(1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京大學(xué)環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測與評估實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2.中國地震局地球物理研究所，北京 100081)

2021年5月18—20日深圳地標(biāo)性建筑之一的賽格大廈相繼出現(xiàn)多次異常振動(dòng)，市場管理部門和當(dāng)?shù)卣杆僮龀鋈藛T撤離和暫停運(yùn)營的決定，表現(xiàn)出良好的安全意識(shí)和文明管理水平。

賽格大廈發(fā)生異常振動(dòng)后，經(jīng)媒體報(bào)道、民眾參與討論，人們對大樓振動(dòng)的成因有了多種多樣的猜測，政府也投入力量尋找原因。6月2日深圳市官微公布觀測結(jié)果，表示沉降、傾斜和加速度均符合規(guī)定。此結(jié)果從宏觀上給出了利好的信息，大樓目前還沒有出現(xiàn)失穩(wěn)或更嚴(yán)重災(zāi)害的前兆，但也未能捕捉到賽格大廈異常振動(dòng)的確切原因。因此，短時(shí)間內(nèi)也難以做出大樓重新使用還是繼續(xù)封閉的決策。

振動(dòng)發(fā)生距今已經(jīng)多日，人員及部分物資已經(jīng)撤離大樓。大樓的載荷及環(huán)境要素都有所變化。因此，要尋找賽格大廈異常振動(dòng)的成因，只能從大樓最初的振動(dòng)現(xiàn)象來溯源。有視頻顯示在大樓振動(dòng)之初，室內(nèi)出現(xiàn)器皿中的水以及大樓塔尖的晃動(dòng)。但又有報(bào)道明確指出大樓是垂直震顫而不是水平振動(dòng)。時(shí)至今日，沒有看到5月18—20日大樓內(nèi)的振動(dòng)觀測數(shù)據(jù)。或許大樓內(nèi)沒有安裝專門的振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備？

大樓的振動(dòng)方向和振動(dòng)方式對于確定振動(dòng)成因至關(guān)重要。如果5月18—20日大樓的振動(dòng)以水平方向?yàn)橹?，那么成因基本上來自外部。大樓振?dòng)只是對某種外部作用的響應(yīng)，即遠(yuǎn)場因素(遠(yuǎn)因)。如果確定振動(dòng)是垂直方向，而且是一種震顫，那么問題一定出在地基或大樓結(jié)構(gòu)自身，即近場因素(近因)。因此，首先需要確認(rèn)賽格大廈此次振動(dòng)的方向和方式。在區(qū)分遠(yuǎn)場或近場因素的前提下，才能更有針對性地制訂技術(shù)方案來查找振動(dòng)的真實(shí)成因及其主要和次要影響因素，從而對大樓目前的穩(wěn)定性和安全性做出科學(xué)評估。

在缺少觀測數(shù)據(jù)的條件下，簡單排除或選信媒體報(bào)道中的任何一種可能的振動(dòng)方式都存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，為確定此次異常振動(dòng)是遠(yuǎn)因還是近因，或者是兩種因素的疊加效應(yīng)，首先需要把賽格大廈周圍及城市中可能存在的致災(zāi)因素、各個(gè)因素的強(qiáng)度及其出現(xiàn)的頻度一一列舉出來，再利用更多可收集的環(huán)境數(shù)據(jù)來甄別、篩選出可能性較高的因素，確定致災(zāi)成因。

1 地震及其他振動(dòng)因素

1.1 天然地震及其影響

天然地震以突發(fā)性和不可抗拒的破壞作用成為人類工程和建筑物面臨的最嚴(yán)重的災(zāi)害成因。天然地震發(fā)生時(shí)地殼運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造斷裂的能量通過地震波動(dòng)的形式向四周輻射。地震波包含縱波和橫波，其傳播速度不同、振動(dòng)方向近似正交。建筑物受到地震波影響時(shí)也先后出現(xiàn)兩種不同方向的振動(dòng)，而不會(huì)是單純在水平方向或垂直方向振動(dòng)，如圖1所示。

人們對地震波引起的地面或建筑物振動(dòng)的感受因震中距不同而有差異。如果是數(shù)百公里及更遠(yuǎn)的遠(yuǎn)震，或者是正好發(fā)生在城市下方的直下型地震，那么地震波通常以接近與地面垂直的方向進(jìn)入建筑物。建筑物中的人群一般先感受到垂直振動(dòng)，再感受到水平振動(dòng)。如果是近震，震中既不遠(yuǎn)也不深，人們對建筑物振動(dòng)方向的感受不一定太清晰，特別是高層和超高層建筑中?？赡芤蛩帢菍痈叨炔煌涂臻g位置不同，感受到的振動(dòng)方向和方式都存在差異。

要估計(jì)震源的遠(yuǎn)近位置，首先需要了解空間距離帶來的振動(dòng)差異。事實(shí)上，由于地震的距離不同，振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和振動(dòng)頻率也顯著不同。地震較近時(shí)，建筑物的振動(dòng)時(shí)間短、振動(dòng)頻率高，此時(shí)低矮建筑中的人群感受明顯。反之，地震較遠(yuǎn)，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間長、振動(dòng)以低頻為主，更容易被高層建筑中的人群感受到[1-2]。很多震例中，高層建筑中的人群可能已經(jīng)驚慌撤離建筑物，低矮建筑中的人群及路人卻渾然不覺。這顯示高層建筑會(huì)受到來自更大空間范圍地震的影響。一個(gè)典型而極端的例子是1985年墨西哥的M8.5級地震，相距震中360 km外的墨西哥城剛剛完成舊城改造后不久，1 132棟建筑物在地震中遭遇了毀滅性破壞，其中包括200多棟中高層建筑物。墨西哥城的損失遠(yuǎn)比震中附近嚴(yán)重得多[3-8]，如圖2所示。

距離的影響還表現(xiàn)在振動(dòng)隨傳播距離的增加而衰減。當(dāng)?shù)卣鹫鹬谐^100 km時(shí)，大多數(shù)地區(qū)地震動(dòng)的峰值與震中附近相比大約會(huì)小2個(gè)數(shù)量級。但墨西哥城的地震動(dòng)幅值超出了大多數(shù)地區(qū)的情況。調(diào)查顯示墨西哥城有著軟弱且較厚的第四紀(jì)沉積物，其作用是匯聚和放大地震動(dòng)，土層及其上的建筑物發(fā)生低頻共振是這次災(zāi)難的主因。觀測數(shù)據(jù)顯示，頻率為0.5 Hz的加速度最大值與墨西哥城廣大地區(qū)的軟土層的共振頻率接近[4]。

圖1 近震和遠(yuǎn)震情況下，相對于城市和建筑物地震縱波和橫波的傳播軌跡(紅色)和各自的偏振方向(黑色雙向箭頭)Fig.1 Ray traces(red)and polarization direction (black double sided arrow)of primary wave and transverse wave in local earthquake and teleseism

圖2 1985墨西哥M8.5地震建筑物倒塌或嚴(yán)重破壞比例[6]Fig.2 Ratio of damaged buildings during 1985 Mexico M8.5 earthquake[6]

同頻共振也是建筑物遭遇破壞最常見的原因之一。同頻共振是當(dāng)外部振動(dòng)的作用頻率與結(jié)構(gòu)自振主頻率恰巧一致時(shí)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度不斷被增強(qiáng)的一種破壞現(xiàn)象。據(jù)報(bào)道，2011年7月5日韓國首爾一棟39層的商業(yè)建筑發(fā)生持續(xù)10 min的異常振動(dòng)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)此次振動(dòng)的“振源”位于12層的健身房，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證揭示因多人共舞健身操，其節(jié)奏與大樓結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主頻相近而引起共振。另一個(gè)與共振破壞相關(guān)的事故是1995年6月29日韓國三豐百貨大樓的坍塌，造成502遇難，937人受傷。圖3(a)和圖3(b)分別顯示大樓坍塌前后的狀態(tài)。事故原因與樓頂?shù)木扌痛蠊β手评錂C(jī)的振動(dòng)相關(guān)。事實(shí)上，事故之前大樓已經(jīng)存在明顯的“內(nèi)傷”。

賽格大廈的異常振動(dòng)應(yīng)與人員活動(dòng)無關(guān)。因?yàn)?，賽格大廈最后一次振動(dòng)(5月20日)是在人員已經(jīng)完全撤離，大廈封閉之后發(fā)生的。

同一個(gè)地震在相同震中距離上的地震災(zāi)害也不相同。既有類似于墨西哥城的高烈度異常區(qū)，也有受災(zāi)明顯低于該距離上平均破壞的低烈度異常區(qū)。高、低烈度異常主要與建筑物下部的局部場地條件(承載地基的力學(xué)特性)相關(guān)。建筑物所處的地基越軟、土層越厚、地震波振動(dòng)頻率越低，其幅值越被放大，此時(shí)建筑物越高遭遇地震破壞的概率越大，往往出現(xiàn)高烈度異常。與此現(xiàn)象不同，強(qiáng)震發(fā)生后在極震區(qū)或受災(zāi)較重的地區(qū)，仍然有一些建筑物基本完好，這些低烈度異?？偸桥c堅(jiān)硬場地相關(guān)[9-13]。圖4為1976年7月28日唐山M7.8主震和當(dāng)天M7.1級余震發(fā)生時(shí)華北地區(qū)的地震宏觀破壞烈度線。最高破壞烈度Ⅺ度位于唐山極震區(qū)，環(huán)繞其外的烈度為Ⅹ度，繼續(xù)向外烈度逐漸減少為Ⅸ度、Ⅷ度、Ⅶ度、Ⅵ度和Ⅴ度。在地震烈度為Ⅶ的廣大地區(qū)，出現(xiàn)了塘沽、天津到香河一線以及東邊的樂亭等5個(gè)高烈度異常區(qū)，烈度均為Ⅷ度。還有Ⅵ區(qū)中的秦皇島烈度為Ⅶ也是一個(gè)高烈度異常區(qū)。說明這些地區(qū)的受災(zāi)程度高于鄰近區(qū)域；與之相反，在Ⅶ區(qū)內(nèi)玉田出現(xiàn)了Ⅵ度的低烈度異常，表明其遭受的破壞低于周圍地區(qū)。

圖3 韓國三豐百貨大樓因振動(dòng)坍塌Fig.3 Korea Sanfeng department store collapsed by vibration

圖4 1976年7月28日唐山M7.8主震和當(dāng)天M7.1級余震發(fā)生時(shí)華北地區(qū)的地震宏觀破壞烈度線[11]Fig.4 The macro damage intensity line of the earthquake in north China when the Tangshan M7.8 main earthquake on July 28,1976 and the M7.1 aftershock on that day occurred[11]

有人認(rèn)為某些建筑物受災(zāi)較輕是因?yàn)榻ㄖ?jiān)固。其實(shí)，只有在場地和結(jié)構(gòu)基本相同的條件下才可以比較出建筑物的質(zhì)量好壞。在抵御地震強(qiáng)大的破壞作用中地基的穩(wěn)定性遠(yuǎn)比建筑物的堅(jiān)固作用大得多。從體量和鋼材用量上看，賽格大廈比其周圍以及深圳大多建筑物更堅(jiān)固。因此，賽格大廈獨(dú)自發(fā)生振動(dòng)是十分不尋常的。

圖5給出了地震波振幅隨場地條件變化的定性特征，從左到右場地條件變軟地震波振幅變大。這些知識(shí)對減少建筑物的振動(dòng)災(zāi)害至關(guān)重要，無論在政府制定土地使用規(guī)劃時(shí)，還是個(gè)人在宅基地上建房時(shí)都是需要考慮的。

地震波在場地引起的上述振動(dòng)特征不僅適合對天然地震遠(yuǎn)近的判斷，同樣也適合對所有其他振動(dòng)源位置遠(yuǎn)近的判斷。唯一不同的是除天然地震外，其他單一振動(dòng)源不可能在建筑物引起區(qū)分度明顯的兩種不同方向的振動(dòng)。

此外，有更簡單可靠的方法來幫助判斷建筑物的振動(dòng)是否與地震作用有關(guān)。無論震級大小，地震波的震動(dòng)影響將廣泛波及某個(gè)地區(qū)或城市中各類建筑物，而不會(huì)只引起某個(gè)單一建筑物振動(dòng)。在賽格大廈振動(dòng)發(fā)生的同一時(shí)間段，附近建筑以及深圳其他高層建筑都沒有異常振動(dòng)的報(bào)道。因此，可以判斷賽格大廈的異常振動(dòng)與地震無關(guān)。實(shí)際上，5月18—20日賽格大廈異常振動(dòng)發(fā)生的前后1 h，幾百公里范圍內(nèi)沒有M3.0級以上地震的報(bào)道。

圖5 地震波的場地效應(yīng)Fig.5 Site effect of seismic wave

1.2 施工振動(dòng)及其影響

人類現(xiàn)代工程活動(dòng)引起的環(huán)境振動(dòng)無處不在，某些振動(dòng)的強(qiáng)度已經(jīng)與天然地震接近。對于城市的影響頻度更是高于天然地震。在多數(shù)城市，遭遇破壞性地震或有感地震都是小概率事件，也許幾十年、甚至上百年才會(huì)遭遇一次。但城市中大型地基開挖、樁基作業(yè)或工程爆破帶來的城市環(huán)境振動(dòng)影響卻頻繁發(fā)生。

2006年底，北京大學(xué)主校區(qū)鄰近西側(cè)圍墻三棟六層高的學(xué)生宿舍樓45甲、45和46頂層的學(xué)生報(bào)告連續(xù)多天室內(nèi)水桶震蕩、墻上掛件掉落。當(dāng)時(shí)，北京及周邊地區(qū)沒有地震也沒有大風(fēng)。學(xué)校委托地空學(xué)院陳運(yùn)泰院士組織調(diào)查。經(jīng)走訪發(fā)現(xiàn)，為準(zhǔn)備2008年奧運(yùn)會(huì)，北京海淀體育館正在進(jìn)行規(guī)模較大的維修改造，其土方開挖與這次學(xué)生樓振動(dòng)事件在時(shí)間上吻合。施工地點(diǎn)與學(xué)生樓相距100～300 m，如圖6所示。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)部分窗體存在內(nèi)外貫穿的裂縫。但之后因沒有更多的振動(dòng)事件未能核實(shí)這些裂縫的形成和開裂程度是否也與此次施工振動(dòng)存在直接關(guān)系。

由前述已知，高層建筑可能受到來自空間范圍更大的振動(dòng)源的影響。賽格大廈的高度是北京大學(xué)學(xué)生樓的15倍以上。5月18—20日振動(dòng)事發(fā)時(shí)間前后1 h距離賽格廣場5 km范圍內(nèi)是否存在規(guī)模較大的施工，包括樁基施工、土石方開挖、拆除爆破、橋梁吊裝以及其他可能引起較大環(huán)境振動(dòng)的工程作業(yè)值得排查。反過來，如此巨大體量的賽格大廈突發(fā)異常振動(dòng)也會(huì)在一定的空間范圍對其他建筑物或環(huán)境因素帶來影響，表現(xiàn)為在時(shí)間上同步或延遲的某些伴生異?，F(xiàn)象。因此，5月18—20日及隨后的幾天賽格大廈500 m范圍是否存在塌陷、斷水、地下水上涌等應(yīng)急事故，很可能也對找到賽格大廈的振動(dòng)成因提供間接的線索。此點(diǎn)將在后面的地質(zhì)災(zāi)害部分進(jìn)一步說明。

圖6 發(fā)生異常振動(dòng)的北京大學(xué)部分學(xué)生宿舍(45甲、45和46樓)與海淀體育館施工作業(yè)區(qū)的位置示意圖Fig.6 Location of dormitory buildings (No.45a,No.45,No.46)at Peking University with anomalous shaking and Haidan Gymnasium under construction

1.3 軌道交通振動(dòng)及其影響

道路交通振動(dòng)對城市居民生活的噪聲或振動(dòng)干擾被越來越多地報(bào)道。道路交通振動(dòng)與天然地震以及其他施工作業(yè)振動(dòng)最顯著的差別是其振動(dòng)長時(shí)間、幾乎不間斷地發(fā)生。其中，軌道交通振動(dòng)引發(fā)的一個(gè)比較突出的環(huán)境災(zāi)害例子是20世紀(jì)70年代建成通車的焦枝鐵路對洛陽龍門石窟的嚴(yán)重振動(dòng)影響。有著1 500年歷史的龍門石窟是世界上現(xiàn)存造像數(shù)量最多、規(guī)模最大的石刻群。焦枝鐵路在距離龍門石窟東側(cè)270 m處通過。焦枝鐵路運(yùn)行大約10年時(shí)間后，龍門石窟雕刻品發(fā)生了前所未有的松動(dòng)和崩落。由此，焦枝鐵路最終于80年代末改道，再向東移動(dòng)700 m。經(jīng)調(diào)查，龍門石窟附近不僅存在鐵路、公路振動(dòng)，還有采石爆破。每一種振動(dòng)都給石窟帶來不利的影響。但龍門石窟造像在短時(shí)間內(nèi)的加速風(fēng)化無疑與焦枝鐵路所產(chǎn)生的振動(dòng)及其循環(huán)加載作用密切相關(guān)[14]。

與強(qiáng)震的破壞作用不同，中小地震或其他振動(dòng)的作用力可能遠(yuǎn)低于建筑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在單次或有限次數(shù)的外力作用下表現(xiàn)完好的建筑物，當(dāng)遭遇的外部作用次數(shù)不斷增加時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)不可恢復(fù)的疲勞積累效應(yīng)，出現(xiàn)損傷、甚至斷裂。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料，包括金屬都存在雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)缺陷、孔隙或裂隙。材料出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象的機(jī)理是這些微觀缺陷或微裂隙在外部振動(dòng)的重復(fù)作用下不斷擴(kuò)展、相互貫通，并最終斷裂。

2010年9月4日新西蘭南島發(fā)生M7.4級地震，震源深度12 km。據(jù)報(bào)道震中附近的克萊斯特徹奇有不少房屋嚴(yán)重?fù)p毀，墻體和煙囪坍塌，地震致2人重傷及部分輕傷。相隔不到半年，2011年2月22日克萊斯特徹奇再次發(fā)生M6.3級地震，震源深度4 km，地震造成近400人死亡或失蹤和大規(guī)模建筑物破壞(圖7)。前總理約翰·基稱這次地震是“新西蘭最黑暗的一天”。新西蘭在20世紀(jì)70代就開始實(shí)施抗震設(shè)計(jì)，歷次強(qiáng)震中建筑表現(xiàn)出了良好的抗震性能[15-16]。令人們不解的是為什么此次M6.3級地震發(fā)生時(shí)災(zāi)害如此嚴(yán)重？

圖7 2011年新西蘭M6.3地震中遭破壞的加固水泥建筑物[18]Fig.7 Collapsed reinforced concrete building during 2011 New Zealand M6.3 earthquake[18]

經(jīng)過2008年汶川地震之后，由于媒體對地震不斷深入的報(bào)道，大眾已經(jīng)了解到震源的深淺對災(zāi)害有明顯的影響。同樣震級的地震，震源越淺災(zāi)害越重,因?yàn)楦嗟卣鹉芰恐苯拥竭_(dá)地表。但是，新西蘭2011年M6.3地震比2010年M7.4地震的震源深度僅淺了8 km，前者造成的破壞與后者形成如此巨大的反差依然是難以理解的。一方面，震級每相差一級，地震能量大約相差27倍;另一方面，地震學(xué)經(jīng)過近100年地震數(shù)據(jù)的積累，顯示在最接近震源的10 km尺度上基巖地震動(dòng)峰值相差不大。事實(shí)上，在2011年造成嚴(yán)重災(zāi)害的M6.3地震之前，這一地區(qū)在過去30年發(fā)生了5次M6.8以上地震，其中7級和8級以上地震各2次。地震學(xué)家對新西蘭兩次地震災(zāi)害的進(jìn)一步調(diào)查和分析顯示，遭遇嚴(yán)重破壞或倒塌的建筑物是在經(jīng)歷了多次強(qiáng)震作用之后、其結(jié)構(gòu)的完整性及其抗震性能已經(jīng)顯著下降的條件下發(fā)生的[17-18]。揭示了疲勞積累效應(yīng)對建筑物結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?fù)p傷和弱化。

1.4 地鐵振動(dòng)及其影響

在不到20年的時(shí)間里，地鐵在中國各個(gè)大中城市中以前所未有的速度競賽式地增長。地鐵在帶給人們出行方便的同時(shí)，其振動(dòng)引起的不利環(huán)境影響也逐漸顯現(xiàn)。各個(gè)城市中，地鐵沿線居民對地鐵振動(dòng)和噪聲干擾的投訴頻率已經(jīng)躍居同類投訴的首位。地鐵振動(dòng)對音樂廳和手術(shù)室、對高技術(shù)密集區(qū)和精工產(chǎn)業(yè)園，以及對古建筑和文物保護(hù)區(qū)的振動(dòng)影響也不斷被揭示出來[19-20]。

地鐵的振動(dòng)不同于其他任何形式的環(huán)境干擾。地鐵編組列車作為反復(fù)穿行于剛性地下隧道中的移動(dòng)振源群，其動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能量，帶動(dòng)隧道及其相連的地層做不間斷的受迫振動(dòng)。隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張，地鐵振動(dòng)貫穿于整座城市的地下，并持續(xù)作用于地面各類建筑的基礎(chǔ)上。

圖8是北京地鐵4號(hào)線中關(guān)村北大街北京大學(xué)物理學(xué)院地面測點(diǎn)24 h的環(huán)境振動(dòng)。在06：00—24：00時(shí)地鐵運(yùn)行的時(shí)間段環(huán)境振動(dòng)持續(xù)處于較高的振幅，振動(dòng)加速度在兩個(gè)水平方向超過0.3 cm/s2，垂直方向超過0.5 cm/s2。圖9是北京地鐵4號(hào)線開通前后地面振動(dòng)1/3倍頻程峰值圖，圖中的時(shí)間點(diǎn)2006-06-07為建設(shè)前，2008-08-25為盾構(gòu)開挖，2009-10-18為建成通車運(yùn)行，測點(diǎn)同圖8。地鐵長時(shí)間和高密度運(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng)通常使城市原有的地面振動(dòng)提高1～2個(gè)數(shù)量級。同時(shí)，這些振動(dòng)在南北(NS)、東西(EW)和垂直(UD)3個(gè)方向上都對北京大學(xué)典型精密儀器設(shè)備帶來了顯著不利的影響[21]。地鐵振動(dòng)在兩個(gè)水平方向低于4.0 Hz的頻段以及垂直方向低于6.3 Hz的頻段超過物理學(xué)院精密儀器對環(huán)境振動(dòng)的要求(黑色虛線和實(shí)線)。環(huán)境振動(dòng)處于黑色虛線下的Ⅰ區(qū)時(shí)，精密儀器可正常工作；環(huán)境振動(dòng)處于黑色虛線和實(shí)線之間的Ⅱ區(qū)時(shí)，儀器不能完全正常工作；環(huán)境振動(dòng)大于黑色實(shí)線的Ⅲ區(qū)時(shí)，儀器將不能正常工作。

地鐵振動(dòng)是目前所有交通振動(dòng)中幅值最大、頻度最高、影響面最廣泛(僅次于地震)的振動(dòng)因素。地鐵振動(dòng)引發(fā)的不良后果在城市中如此突出，與中國城市地鐵的埋深普遍較淺、土層對振動(dòng)的放大作用被進(jìn)一步強(qiáng)化密切相關(guān)。近年來，北京多個(gè)旅游景點(diǎn)的外墻意外發(fā)生坍塌，包括2010年11月8日北海公園東北角一段長近10 m、高約3 m的園墻突然倒塌，2011年2月10日凌晨頤和園東北角霽清軒南側(cè)的一段6 m圍墻坍塌。巧合的是，在空間上，北京地鐵6號(hào)線和4號(hào)線分別從距離兩處坍塌位置非常近的地下通過(圖10)。在時(shí)間上，6號(hào)線于2007年12月開工，北海北站段的隧道施工于2009年9月完成。4號(hào)線于2004年開工，2009年2月全線貫通，2009年9月28日正式運(yùn)營。這些墻體的坍塌既不是偶然的，也不是單純的年久失修因素所致，與地鐵引起的振動(dòng)作用直接相關(guān)。

圖8 北京地鐵4號(hào)線附近北京大學(xué)物理學(xué)院地面24 h環(huán)境振動(dòng)Fig.8 24 hours vibration at Peking University nearby Beijing subway line 4

圖9 北京地鐵4號(hào)線對北京大學(xué)物理學(xué)院附近環(huán)境振動(dòng)的影響Fig.9 Influence of Beijing subway line 4 on environmental vibration near the school of physics of Peking University

圖10 北京地鐵沿線的振動(dòng)災(zāi)害Fig.10 Vibration disasters along Beijing subway

地震引發(fā)的強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)可能給建筑物帶來直接的振動(dòng)破壞。除了這種動(dòng)力作用外，地震時(shí)許多建筑的倒塌并不是振動(dòng)直接作用于建筑物的結(jié)果，而是在地震作用下建筑物底部起承載作用的地層結(jié)構(gòu)遭受破壞引起的。在具有發(fā)生沙土液化的湖相、海相、濱海相等沉積地層環(huán)境地層承載靜力的突變也是常見的致災(zāi)成因。1995年1月17日日本神戶M7.3地震中，神戶碼頭因砂土液化(圖11)造成200萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱傾入大海[22-23]。砂土液化過程中地基承載力的快速消失往往導(dǎo)致建筑物的整體倒塌。

綜上所述，與地震產(chǎn)生的強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)相比，包括地鐵在內(nèi)的所有道路交通振動(dòng)都不會(huì)引起建筑物的直接振動(dòng)破壞，但其長期作用可能對地面建筑物底部擔(dān)負(fù)承載的土體帶來不利影響，從而間接改變建筑物的穩(wěn)定性和安全性。賽格大廈附近有3條地鐵，其中7號(hào)線和1號(hào)線分別距離大樓70～80 m，2號(hào)線距離大樓在360 m左右(圖12)。

為了解北京地鐵4號(hào)線的振動(dòng)衰減情況，2010年北京市相關(guān)決策部門組織多個(gè)國家級科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)進(jìn)行了一次嚴(yán)格的場地觀測實(shí)驗(yàn)，所有測點(diǎn)的振動(dòng)測試設(shè)備均安置于專門構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)豎井內(nèi)，具有完全相同的高程和地基條件。實(shí)驗(yàn)測線及測點(diǎn)布設(shè)如圖13所示。觀測數(shù)據(jù)顯示在距離地鐵線路300 m的范圍內(nèi)，地鐵產(chǎn)生的低頻振動(dòng)沒有衰減。圖13(a)和圖13(b)給出了南(綠色)、北(藍(lán)色)兩組測點(diǎn)在南北(SN)、東西(EW)和垂直(UD)3個(gè)方向上的部分結(jié)果，分別為地鐵0.5 Hz和2.0 Hz的振動(dòng)速度，13個(gè)測點(diǎn)標(biāo)記于圖13(c)。顯示振動(dòng)強(qiáng)度沒有呈現(xiàn)出隨距離(橫坐標(biāo))增大而衰減的特征，而是具有一定的隨機(jī)性。理論上，這一距離還沒有超出低頻振動(dòng)的一個(gè)波長，地層對振動(dòng)的衰減作用基本沒有顯現(xiàn)。

圖11 日本1995年M7.3級地震中神戶碼頭砂土液化現(xiàn)象Fig.11 Sand liquefaction at the harbor during 1995 Japan Kobe M7.3 earthquake

圖12 賽格大廈和附近3條地鐵線(1號(hào)線、7號(hào)線、2號(hào)線)的位置Fig.12 Location of SEG Building and subway line 1,7 and 2

未來城市中可能會(huì)有更多從前未知的環(huán)境災(zāi)害與地鐵對建筑物基礎(chǔ)的振動(dòng)影響相關(guān)聯(lián)。這些問題一方面突顯與地鐵建設(shè)相關(guān)的環(huán)評規(guī)范存在某些缺失和不足，另一方面也顯示出規(guī)范的更新與地鐵建設(shè)的速度相比嚴(yán)重滯后。目前，對這類問題的研究已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注[24-28]。

2 工程地質(zhì)條件及其影響

城市中的工程地震災(zāi)害主要發(fā)生在建筑物的地基及土層。引起建筑物下部土層承載能力減弱或消失的不僅僅只有振動(dòng)這一要素。城市中很多工程地質(zhì)災(zāi)害都與建筑物底部土體的不穩(wěn)定性相關(guān)。土層是自然界中力學(xué)性質(zhì)最不穩(wěn)定的固體介質(zhì)。土體的動(dòng)力學(xué)特性不僅在振動(dòng)過程中呈現(xiàn)為強(qiáng)烈的非線性，同樣因土體中礦物成分、顆粒粗細(xì)、含水量及滲透性等因素而差異顯著。不僅如此，還受降雨、干旱、地下水位變化等環(huán)境條件影響而顯著變化[29]。

地裂縫就是其中一種特殊、且難以對治的城市地質(zhì)災(zāi)害，在多個(gè)地區(qū)引起地面建筑物的開裂和破壞，給城市帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。地裂縫的成因多種多樣，除了部分地區(qū)因地殼運(yùn)動(dòng)、斷裂活動(dòng)、地震波作用、局部樁基施工等事件影響外，更多、更普遍的情況是因城市地下水抽采、超采，地下水位的不均衡變化引發(fā)的土層不均勻沉降造成的，包括西安、大同等多個(gè)城市。地層的不均勻沉降，微觀上直接與黃土特有的濕陷性特征有關(guān)[30-35]。

20世紀(jì)90年代在山西大同鐵路分局進(jìn)行的地裂縫調(diào)查發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊現(xiàn)象，值得關(guān)注。大同機(jī)車車輛廠機(jī)車維修車間的鋼軌在地裂縫作用下發(fā)生斷裂。斷裂發(fā)生時(shí)伴隨振動(dòng)和巨響。然而，在附近地面土層上幾乎找不到地裂縫的痕跡。據(jù)調(diào)查，只有在下雨時(shí)因雨水在地裂縫匯聚并快速下滲才能清晰看到地裂縫及其地表展布痕跡。當(dāng)雨水停止后，往往十幾分鐘內(nèi)下滲的痕跡就會(huì)閉合，地表裂縫完全消失。

圖13 北京地鐵4號(hào)線振動(dòng)衰減測試結(jié)果及測點(diǎn)分布圖Fig.13 Two observation line nearby Beijing subway line 4

地裂縫所到之處沒有任何建筑物可以抵御其破壞作用。但土體的特性決定了在很多情況下地層及表面無法像地震引起的巖石斷裂那樣長久地保留其完整的破裂痕跡，因其含水的飽和度變化時(shí)而顯現(xiàn)時(shí)而消失。地裂縫出現(xiàn)的初期，地基下土體的變化首先反映在一些低矮建筑物，特別是一些脆弱的土石砌體上。很多時(shí)候，只有當(dāng)?shù)亓芽p持續(xù)發(fā)展到一個(gè)比較顯著的階段，其破壞作用和痕跡才如同構(gòu)造斷裂一樣顯而易見。圖14(a)和圖14(b)顯示城市中或自然環(huán)境下地層因環(huán)境水位變化產(chǎn)生的地裂縫，地裂縫寬度分別為厘米和分米量級。圖14(c)是2021年5月22日青海瑪多M7.4級地震造成的地面大規(guī)模開裂。

現(xiàn)代城市中，與規(guī)模較大的地裂縫相比，頻度更高、更易于發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害是局部水土的流失現(xiàn)象。西安某地突然地面塌陷、車輛陷入其中就是最典型的證例。城市地面下，發(fā)生局部水土流失往往起因于降雨或其他地表水的滲漏，長期的沖蝕將地面下方、建筑物下方或鄰近的土體帶離原來的位置，改變了地下土體原始應(yīng)力分布和承載狀態(tài)，導(dǎo)致地面坍塌或建筑物嚴(yán)重災(zāi)害，如圖15所示。

圖14 地裂縫和地震斷裂Fig.14 Ground fissure and earthquake rupture

城市中局部水土流失最基本的條件是地面下必須具備水流所需要的通道。近年來快速的城市化過程中，不同時(shí)期、不同用途、縱橫交錯(cuò)的管線、上下水管道在土體不均勻應(yīng)力和一定強(qiáng)度環(huán)境振動(dòng)力的共同作用下加速老化，發(fā)生損壞、破裂、漏水，形成水土流失所需的通道。其中，最不容易被注意到的是城市排水系統(tǒng)的壞損。下水管道局部損壞、坍塌不僅為水土流失提供通道,也是很多城市老舊街道暴雨發(fā)生時(shí)出現(xiàn)積水的重要原因之一[36-38]。

據(jù)深圳市氣象局2020年1月發(fā)布的2010—2019年深圳氣候公報(bào)[39]，顯示近十年深圳暴雨天數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢(圖16)。其中一個(gè)嚴(yán)重的短時(shí)極端強(qiáng)降水事件發(fā)生在2019年4月11日，福田區(qū)與相鄰的羅湖區(qū)成為受災(zāi)中心，降水量達(dá)到50～81 mm，如圖17所示。同年5月27日的大暴雨導(dǎo)致深圳市多處發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

不同于地震時(shí)砂土液化的發(fā)生機(jī)理及其地基承載力快速消失的情況。很多地方水土流失往往需要經(jīng)歷一個(gè)比較長的過程，在這個(gè)過程中，地基承載能力緩慢且非勻速地被弱化，并逐漸在其上部結(jié)構(gòu)的某些薄弱環(huán)節(jié)形成應(yīng)力集中，給建筑物帶來不可逆的變形或損傷。當(dāng)損傷積累到某一臨界值，最終形成某種可能被察覺的、突發(fā)的宏觀災(zāi)害，包括斷裂引起的振動(dòng)，甚至建筑物的倒塌，就成為必然事件。需要強(qiáng)調(diào)的是水不僅帶走建筑物下部土層，還侵蝕建筑自身的基礎(chǔ)，導(dǎo)致混凝土鋼筋的銹蝕和混凝土解體。這兩種過程在時(shí)間上往往同時(shí)發(fā)生，形成疊加效應(yīng)，從而加速了建筑物的宏觀破壞。

圖15 地面塌陷及其地質(zhì)災(zāi)害Fig.15 Ground collapse and geological disasters

據(jù)最近媒體報(bào)道，美國佛羅里達(dá)州邁阿密一座售價(jià)高昂的尚普蘭大廈，其南樓于2021年6月24日突然發(fā)生“垂直式”坍塌(圖18)，圖18(a)和圖18(b)為尚普蘭大廈倒塌前后的情況。大廈倒塌造成的死亡和失蹤人數(shù)超過160人。該樓于1981年建成，早在2018年，一家專業(yè)工程咨詢公司調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不僅大樓的游泳池防水存在問題，而且地下室鋼筋也已經(jīng)大量銹蝕。但高額的維修費(fèi)攤派方案一直未達(dá)成，遲遲未采取工程措施。也有分析認(rèn)為與附近海水倒灌有關(guān)系。這些因素都離不開受水作用后的地基破壞和承載消失問題。

近年來有關(guān)建筑物倒塌的事件時(shí)有報(bào)道，究其原因無礙乎偷工減料、地基或結(jié)構(gòu)不合格。問題主要出在建筑自身的質(zhì)量上。因?yàn)?，如果既沒有建筑物結(jié)構(gòu)及地基土層承載力的弱化和消失，也沒有地震的直接破壞，其他因素能致使建設(shè)質(zhì)量合格的建筑物發(fā)生整體倒塌的可能性幾乎是沒有的。即使爆破拆除也需要足夠的專業(yè)技能。

城市中某條道路、某個(gè)街區(qū)地面之下的水土流失也許早在若干年前就已經(jīng)開始，但城市的硬化地面掩蓋了所有的過程，或者被視而不見。其實(shí)，硬化路面出現(xiàn)裂紋、發(fā)生破碎，甚至坍塌，在重修、重鋪的過程中對其原因不可能一無所知。

圖16 深圳2010—2019年逐年局地暴雨天數(shù)[39]Fig.16 Days with rainstorm from 2010 to 2019 in Shenzhen[39]

圖17 深圳2019年4月11日極端強(qiáng)降水量分布圖[39]Fig.17 Isohyetal map in Shenzhen on April 11,2019[39]

圖18 美國尚普蘭大廈公寓坍塌事故前后對比Fig.18 Comparison before and after the apartment collapse accident of Champlain Towers in USA

賽格大廈地基地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開挖未遇到基巖。基坑底部所在深度(最大深度24.5 m)所在深度為第四系殘積坡洪積層，深度和厚度變化明顯，其頂層埋深0.20～13.00 m和厚度6.60～40.30 m，其透水性和自穩(wěn)定性的差異較大[40-42]。賽格大廈建設(shè)之初，施工環(huán)境復(fù)雜，施工場地狹小、工期緊。建筑地下部分采用逆作法施工，地面部分和地下同時(shí)施工。基坑采用人工開挖，結(jié)構(gòu)樁柱從地下24.5 m灌注到地面。地下室基坑北部距離25層高的寶華大廈6 m，西距華強(qiáng)北路10 m，東面4 m為5棟2～6淺地基混凝土結(jié)構(gòu)。東南為22層電子大廈，南面為8層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)埋深為1.5 m的賽格電子配套市場，最近距離只有20 cm，場地周邊分布各種市政管線[43-45]。

由此可見，受城市土地資源的制約，原設(shè)計(jì)高度接近400 m的賽格大廈的場地選址并不理想。其復(fù)雜的地質(zhì)和工程環(huán)境為地基下部形成不利的水土作用，以及后期進(jìn)一步在環(huán)境振動(dòng)的作用下放大這些不利影響提供了更多的可能。

3 風(fēng)荷載及其影響

風(fēng)荷載是人類工程和建筑面臨的頻度最高的成災(zāi)因素，是大多數(shù)建筑物穩(wěn)定性和安全性設(shè)計(jì)中首先需要考慮一種外力作用。賽格大廈為鋼管混凝土及型鋼組合梁框筒結(jié)構(gòu)體系，是世界上鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系中的最高建筑[圖19(a)]。大廈地上72層，地下4層，地面高度291.6 m，加上樓頂89 m高的鋼構(gòu)件天線，設(shè)計(jì)總高度為381 m。1999年9月底完工，但在緊隨其后的國慶節(jié)期間，在微風(fēng)下賽格大廈發(fā)生劇烈搖擺，后緊急拆除天線最頂部的26 m，目前總高355.8 m[45]。

當(dāng)建筑物的高度和體量確定時(shí)，在決定建筑物抵御風(fēng)荷載及抗震能力的多種因素中，建筑物的結(jié)構(gòu)及外觀形狀至關(guān)重要[46]。一般條件下，建筑物平面及內(nèi)部布局越對稱和簡單、立面的變化越少，建筑物的質(zhì)量分布就越均勻，剛度和阻尼就越平衡，建筑物整體上更穩(wěn)定，對抗震更有利[47-48]。例如，建成不久的北京地標(biāo)建筑528 m高的中國尊[圖20(a)]。反之，建筑物外觀新穎、立面布局變化奇特，不僅會(huì)降低風(fēng)載荷時(shí)的穩(wěn)定性，也可能帶來地震的安全性問題。與中國尊相鄰的央視大樓是最典型的抗震不利結(jié)構(gòu)之一[圖20(b)]。這類特殊結(jié)構(gòu)與同樣高度和體量的建筑物相比需投入數(shù)倍的資金，才可能達(dá)到同樣的穩(wěn)定性和安全性。央視大樓僅234 m，不足中國尊的一半高[圖20(c)]，但其造價(jià)可能遠(yuǎn)高于中國尊。

賽格大廈發(fā)生異常振動(dòng)當(dāng)天，當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力不大于3級，與1999年建成初次發(fā)生振動(dòng)的風(fēng)力相近。賽格大廈平面布局對稱，但因頂部設(shè)有停機(jī)坪[圖19(b)]，故將89 m高的天線豎立在樓頂?shù)囊粋?cè)，而不是在正中。同時(shí)，天線呈扁平狀[圖19(c)]，不僅破壞了大廈質(zhì)量分布原有的對稱性，也增加了風(fēng)力下的渦流激振作用。由此帶來的穩(wěn)定性被嚴(yán)重破壞是形成大廈竣工之初在微風(fēng)下發(fā)生劇烈搖擺的直接成因。

需要指出的是，賽格大廈在正常使用了20年之后才再次出現(xiàn)振動(dòng)，說明頂部天線對穩(wěn)定性的不利影響不會(huì)是此次異常振動(dòng)的唯一成因。因?yàn)椋诖髲B啟用至今的20年中，如果大樓內(nèi)部結(jié)構(gòu)或地基條件沒有明顯的變化，風(fēng)載的不利因素不會(huì)再次凸顯出來。

當(dāng)初拆除天線最頂部的26 m之后，大廈的劇烈振動(dòng)不再發(fā)生，但天線對穩(wěn)定性的不利影響不會(huì)完全消除。另外，當(dāng)年發(fā)生的強(qiáng)烈振動(dòng)是否給大廈結(jié)構(gòu)帶來了損傷？在之后強(qiáng)風(fēng)及不斷增加的各種不利環(huán)境條件的影響下，是否引起新的結(jié)構(gòu)損傷和積累？這些問題還需細(xì)致求證，并由專業(yè)團(tuán)隊(duì)逐一檢測確定。

要排除大樓是否存在內(nèi)傷，需要關(guān)注過去20年賽格大廈的各類維修記錄。從反復(fù)報(bào)修的各類問題及其關(guān)系中去發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)，包括漏水、漏電、修窗、補(bǔ)縫的記錄。這種輔助手段有可能幫助判斷建筑物是否存在損傷，并快速地聚焦于可能損傷原因和部位。作者之一居住在一幢90年代末建成啟用的18層塔樓的頂層，多去7年以來，廚房頂部水平走向的上水鋼管不斷開裂漏水，盡管維修部門已經(jīng)局部更換過，但或一年半載又出現(xiàn)漏水。同一根水管在鄰居家也在報(bào)修。與之相應(yīng)，入住之初在臥室墻面看到1 mm左右斜裂紋，隨手畫了幾條十字交叉線，幾年后裂縫已經(jīng)有2 mm左右，并且開裂在水平和垂直方向都在發(fā)展，顯示大樓存在某種方式的變形。與大樓變形的作用力相比，鋼管的強(qiáng)度微不足道，就如同地裂縫對建筑物的破壞作用一樣，不可抗拒。可以想象，這些局部墻縫即使繼續(xù)擴(kuò)展到5 mm或1 cm，達(dá)到內(nèi)外貫穿透氣、透光的寬度，如果測量整棟樓的傾斜和沉降，其指標(biāo)大概率符合規(guī)定。

圖19 深圳賽格大廈頂部天線Fig.19 Antenna on top of SEG Building

圖20 抗震有利結(jié)構(gòu)與抗震不利結(jié)構(gòu)Fig.20 Advantageous aseismic structure and disadvantageous aseismic structure

賽格大廈目前的測量結(jié)果一方面顯示大廈尚未處于某種更不安全的狀態(tài)。但另一方面或許顯示這些宏觀參數(shù)還不能反映大樓可能已經(jīng)存在的某些“不健康”現(xiàn)狀，也不能揭示與賽格大廈異常振動(dòng)成因相關(guān)聯(lián)的微觀要素?；蛟S某一天當(dāng)這些宏觀測量值能夠清晰、且直接指向賽格大廈異常振動(dòng)成因的時(shí)候，更嚴(yán)重的災(zāi)害可能已經(jīng)出現(xiàn)。為此，需要針對地基因素及自身的穩(wěn)定性因素，確定與之相匹配的測量方法和測量精度，才可能有效地追索到造成賽格大廈異常振動(dòng)的具體原因。

5月18—20日賽格大廈幾天的異常振動(dòng)都發(fā)生在中午到下午的某個(gè)相近時(shí)間段，是十分特別的現(xiàn)象，不能簡單忽略。建筑物災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間常常也是區(qū)分自然成因或人類活動(dòng)成因的要素之一。不同于地震、降雨、大風(fēng)等自然力可以發(fā)生在一天中的任何時(shí)間段，人類工程活動(dòng)、城市各類施工作業(yè)大多在白天進(jìn)行。但如果在這個(gè)特定的時(shí)間段，有足夠的數(shù)據(jù)可以排除周邊5 km范圍其他振動(dòng)干擾的存在，那么氣溫將是另一個(gè)最有可能引起振動(dòng)事故的環(huán)境變量。

自然界中許多材料、特別是金屬材料的熱脹冷縮同樣也是一種不可抗拒的作用力。在橋梁、鐵路及其他需要考慮變形或位移約束的工程中都是不能忽視的。氣溫是自然界中變化最頻繁的環(huán)境變量，且在每天的中午時(shí)分達(dá)到最高。但是，20年來氣溫變化每天都在發(fā)生，且周而復(fù)始一直存在。

因此，即使賽格大廈異常振動(dòng)存在溫度的影響作用，也不可能是其突然振動(dòng)的單一成因，最多只是結(jié)構(gòu)疲勞損傷或地基承載已經(jīng)處于某種不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)時(shí)的一個(gè)觸發(fā)因素。

4 結(jié)論和建議

現(xiàn)代城市中影響環(huán)境的不利因素越來越多，其相互疊加造成建筑物災(zāi)害的成因越來越復(fù)雜。因此，首先需要從宏觀上確定各種影響因素的量級和可能結(jié)果，辨析篩選出最可能的致災(zāi)成因，之后再通過工程地球物理勘測手段和觀測數(shù)據(jù)來排查和確定賽格大廈近期發(fā)生的異常振動(dòng)的主要成因。

鑒于中國高層建筑的巨大擁有量，應(yīng)該通過賽格大廈異常振動(dòng)所揭示出來的問題為其他高層建筑物的安全評價(jià)提供有效的借鑒。結(jié)論和建議如下。

(1)經(jīng)分析確定2021年5月18—20日深圳賽格大廈多次出現(xiàn)異常振動(dòng)與地震無關(guān)。關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該集中于結(jié)構(gòu)疲勞或地基存在明顯不利條件的可能。需要開展全方位的細(xì)致的調(diào)查，找出影響賽格大廈穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵因素，確定其異常振動(dòng)直接成因。并合理評估這些因素對該建筑物使用壽命的影響。

具體包括，排查大樓附近一定空間范圍大型地基施工等可能引起的振動(dòng)作用。重點(diǎn)關(guān)注大樓頂部巨型天線對樓體整體質(zhì)量分布的改變及其長期在風(fēng)載作用下可能造成大樓結(jié)構(gòu)的損傷；采取必要的措施消除巨型天線的不利影響；同時(shí)，應(yīng)關(guān)注大樓地基土層可能因其內(nèi)部或相鄰建筑物排水系統(tǒng)損壞引起的水土流失，并評估這一過程中不斷增加的環(huán)境振動(dòng)可能產(chǎn)生的綜合影響作用。確定大樓底部土層和地基目前的“健康”狀態(tài)。

(2)在分析賽格大廈異常振動(dòng)問題時(shí)最大的缺憾是沒有建筑內(nèi)部以及附近的地面運(yùn)動(dòng)觀測數(shù)據(jù)。沒有觀測數(shù)據(jù)的支撐，將無法確定振動(dòng)的強(qiáng)度及其在不同方向的差異，無法確定振動(dòng)的確切發(fā)生時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，無法對比確定三次異常振動(dòng)之間的變化關(guān)系，也無法對其可能的發(fā)展趨勢給出有科學(xué)依據(jù)的判斷。

目前中國的抗震規(guī)范中還沒有強(qiáng)制要求高層建筑安裝振動(dòng)觀測設(shè)備的條款[49]。這就意味著如果深圳賽格大廈異常振動(dòng)再次出現(xiàn)或者類似振動(dòng)在其他建筑物出現(xiàn)的時(shí)候，依然沒有任何可供利用的觀測數(shù)據(jù)來尋找發(fā)生振動(dòng)的直接成因。

觀測數(shù)據(jù)不僅是評價(jià)超高層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)變化的重要依據(jù)，也將是總結(jié)超高層建筑抗風(fēng)、抗震經(jīng)驗(yàn)最重要的基礎(chǔ)資料。由于涉及數(shù)量眾多的高層、超高層建筑的廣泛安全問題，因此亟須改變觀測數(shù)據(jù)嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀，必須加速完善相關(guān)規(guī)范的制訂。將安裝振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備及其他有助于確定超高層建筑穩(wěn)定性的應(yīng)力、變形等監(jiān)測設(shè)備作為超高層建筑申請審批的基本條件。同時(shí)，在已經(jīng)建成的100 m以上的建筑內(nèi)必須補(bǔ)充安裝微震儀和強(qiáng)震儀，并設(shè)定合理的數(shù)量和時(shí)限。只有這樣，才可能在災(zāi)害發(fā)生前及時(shí)察覺到建筑物存在的安全隱患，或在較短的時(shí)間內(nèi)查清災(zāi)害發(fā)生的成因。

(3)高層、超高層建筑在中國的建設(shè)速度舉世矚目。僅僅30年中國超過150、200、300、400以至500 m以上的建筑總數(shù)在全球的比例均大于40%[50]。截至2018年，中國已連續(xù)23年保持全球200 m以上高層建筑最高產(chǎn)的地位。這一年新建200 m以上的建筑占全球54.4%。2018年新建88座占全球61.5%，遠(yuǎn)超出第二名13座的美國。其中，僅深圳市這一年以14座位居全球所有城市之首。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，近年來中國高層建筑的災(zāi)害事故頻發(fā)。目前主要涉及火災(zāi)、電梯等事故和預(yù)防。盡管類似于賽格大廈異常振動(dòng)報(bào)道的還不多，但必須注意到在全球范圍內(nèi)有關(guān)高層建筑振動(dòng)災(zāi)害的數(shù)據(jù)十分有限。這對中國獨(dú)立擁有如此之多高層建筑是十分不利的。

賽格大廈異常振動(dòng)事件是一次重要的警示，隨著建筑使用年限的增加，未來這類問題一定還會(huì)出現(xiàn)。與火災(zāi)或電梯等局部災(zāi)害相比，超高層建筑物的突然振動(dòng)其影響是全局性的，對建筑物的穩(wěn)定性和安全性都是嚴(yán)重的威脅。一旦發(fā)生更嚴(yán)重的振動(dòng)或后續(xù)災(zāi)害，其結(jié)果將是難以控制的。不僅可能給民眾的生命和財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失，而且由此引發(fā)的社會(huì)負(fù)面影響更將是不可估量的。

因此，需要全方位地核查并找出賽格大廈異常振動(dòng)的主因和相關(guān)致災(zāi)要素，幫助相關(guān)部門做出科學(xué)決策，最大限度地避免更不利的結(jié)果發(fā)生。同時(shí)，還要從根本上降低高層建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)。首先，要控制高層、超高層建筑的建設(shè)速度和總量。其次，還需要政府在建設(shè)規(guī)劃和安全監(jiān)控兩個(gè)方面制定更加行之有效的措施。只有完善監(jiān)控措施、提高監(jiān)管力度，才能為中國現(xiàn)有的和還在繼續(xù)建設(shè)的超高層建筑提供更全面和更可靠的安全保障。