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震
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学
中国地震学会—地球科学科普栏目
地震科普—烈度，关乎民生大事
看天上的星星尽显光辉
赏地下的河水肆意奔流
17、烈度，关乎民生大事
17.3 地震区划图
17.4 韧性城市
17.3 地震区划图
◆ 地震区划图
我国的地震区划图（Hazard Map）共两张：一是峰值加速度PGA；二是特征周期Tg。
这两张图件所表达的思想是：在未来50 年内、一般场地条件下的地震烈度。当然，不能排除例外的情况发生，但是只有10% 的可能性才会超过该图所划定的PGA值，或者说：这种例外情况属于475 年才会遇到的一次。图17-13 所示为2018 年发布的全球地震区划图，也是这个标准。
图17-13 全球地震区划图（Seismic Hazard，2018）
加拿大于2015 年颁布的地震区划图要更加细致（图17-14）， 在给出峰值加速度PGA 和峰值速度PGV 分布后， 又给出了反应谱在0.1 ～ 10.0s间的8 张平面图， 能更好地服务于抗震设防的需要。
图17-14 加拿大的地震区划图
◆ 建筑抗震设防
区划图给出的是“基本设防烈度”，并不是“最大烈度”。于是，在基本烈度的左右两侧自然会存在相对低和相对高的情况，所以每个建筑物都会面临三种可能的烈度状态：（左侧）多遇的偏低烈度；（中间）基本烈度；（右侧）罕遇的偏高烈度（图17-15）。它们的峰值加速度PGA 分别约为a0/3、a0、2a0。这就是建筑物“小震不坏，中震可修，大震不倒”三水准设防的由来。
图17-15 抗震设防的三水准目标
实际情况是：即使在X ～Ⅺ度极震区里出现了80% 以上房屋建筑倒塌，除去山体滑坡、断层穿切等特殊情况外，大部分遵照国家设防标准实施的正规建筑物（包括电站、国防工厂、民居、宾馆、办公楼等），对高于它1 ～ 2 度的地震动袭击仍然能够抗得住。
图17-16 所示为汶川地震的实例。一个是北川按照区划的基本设防（Ⅶ度）和抗震设计规范建设的高楼，在Ⅺ度的破坏下没有倒塌。另一个是成都市都江堰虹口乡高原村执行了《中国地震动参数区划图》和《建筑抗震设计规范》，按照Ⅶ度设防建设。在Ⅺ度破坏下，这些农村民居全部完好无缺，亦无一人伤亡。
图17-16 按照规范建筑的高楼和民居都经受住了汶川地震的袭击
17.4 韧性城市
◆ 震灾风险图
烈度和概率是纠缠在一起的两个物理量，需要先把一个量固定下来，才能编制出另一个量的分布。
“地震区划图”是先把概率（10%）固定住，然后绘制出的烈度分布，主要服务于建筑专业。
“震灾风险图”（Seismic Risk Map）则相反，是先把烈度固定下来，然后绘制概率分布图，更便于普通百姓和地震保险业的理解和使用。图17-17 和图17-18 是美日编制的图件，选定的烈度水准为Ⅶ～Ⅷ度，即地震动强度达到“能造成重大损害”的水平［3，4］。
图17-17 美国加州30 年震灾风险图［3］
图17-18 日本的30 年震灾风险图［4］
国际上对“全球震灾风险图”的编制做了进一步的深化（图17-19）。按照0.30°×0.34°（在赤道处大约是1 000km2）的网格划分，计入人口密度、经济水平等因素，估算出了年均损失（美元/ 平方米）量的分布，突出了灾情损失的危险部位，对制定长远的减灾规划十分必要。例如青藏高原的基本烈度很高、面积很广，但是人口、建筑和生产水平都很低，故而灾害损失的风险水平并不高；相比之下，在那些城市聚集和工业发达地区反而会面临更大的损失风险，应对不确定性灾害的脆弱性会变得更加严峻，进而成为制约城市生存和可持续发展的瓶颈问题。
图17-19 全球地震风险图（Seismic Risk，2018）
◆ 化解城市灾害的新理念
Statista 是国际上一个知名数据统计网站，据所公布的数据（图17-20）：全球1900-2016 年间地震死亡的总人数高达230 万，中国遇难的人数约为87.6 万人（约占全球死亡总数的40%）。与中国总人口占全球总人口约20% 相比，地震死亡的比例显然是过高了。国内研究指出［5］，一般情况下的“可接受的”特大地震的死亡率约为3‰，而唐山大地震等竟超过117‰，都属于不可接受的水平。
图17-20 地震死亡人数最多的几个国家（1900—2016）
2019 年8 月，英国经济学人智库发布了全球安全城市指数——城市承受灾害冲击并从冲击中恢复的能力，东京第一，新加坡第二，香港、北京和上海分别排在第20 位、31 位和32 位（中国应急管理，2020，1：15-17）。
显然，极大地降低我国震灾的损失水平已经刻不容缓。在城市化迅速发展的今天，抗灾能力的脆弱性已经显得十分突出，“重应急、轻防灾”的想法是不行的。
我们需要在顶层设计上有个新视角、系统性化解城市灾害的新理念。不仅是应对震灾，还牵涉水火、气候、环境等一系列的不确定的自然灾害的抗御能力、快速恢复能力和适应能力。
近十年，国际上发展起建设“韧性城市”的革命性新观念。2017 年我国已起步研究，2019 年实施了《建筑抗震韧性评价标准》，已成为国家2035 年远景目标。这里所说的城市韧性（urban resilience），是指在没有得到外部社区大量援助的情况下，城市自身能够经受住极端自然事件的冲击而不会瞬间陷入混乱或受到永久性的损害，具有实现公共安全、社会秩序和经济建设等正常运行的能力。“韧性”是城市建设安全的最高级别，快速恢复能力是保障城市安全的中心。目前，我国城市韧性水平在逐年上升，东西部地区的差异也在不断降低［6］（图17-21）。
图17-21 中国城市韧性水平的提高［6］
从建筑抗震的狭义上讲，已经出现了自复位钢筋混凝土框架、摇摆框架、自复位可更换构件等新结构和新设计。山西应县木塔就是一个优秀的韧性结构，它的榫卯结构是韧性连接而非刚性连接，千年间经受过数次大震的袭击仍具有自主恢复的功能。美国阿拉斯加输油管道跨越大断层，采用了韧性管道和平行滑轨结构，既抗震还可以保持功能（图17-22）。
常言道：做正确的事情永远不会太晚，抗震减灾事业确实大有作为。
图17-22 美国阿拉斯加输油管道的韧性结构
○参考文献
［1］ 雷建成，高孟潭，吕红山，等. 四川及邻区抗倒塌地震区划图编制［J］. 地震学报，2011，33（2）：219-233.
［2］ 北京市地震局. 话说第五代地震区划图［M］. 北京：地震出版社，2016。
［3］ Kerr R A. Seismic crystal ball proving mostly cloudy around the world［J］. Science，2011，332：912-913.
［4］Geller R J. 日本地震学已到变革之时［J］. 国际地震动态，2011，5：3-6.
［5］ 马玉宏，谢礼立. 我国社会可接受地震人员死亡率的研究［J］. 自然灾害学报，2001（3）：56-64.
［6］ 白立敏，修春亮，冯兴华，等. 中国城市韧性综合评估及其时空分异特征［J］. 世界地理研究，2019，28（6）：77-87.
图文来源：《趣味地震学》
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