地震,颶風!如何評估你家專案的抗災能力

抗災能力是什麼意思

引言

Resilience，快速恢復的能力、還原能力、彈力；上世紀70年代生態學領域作為重要的專業術語，描述系統在受到干擾後維持或恢復功能的能力，中文翻譯為“韌性”。建築領域“韌性”成為量度和評價重大自然災害（如地震、巨風）作用下建築物的功能恢復能力指標，2010年起歐美髮達國家陸續開始相應研發，2016年至今國內也有相應建樹；展望未來，“韌性”有望與“健康”和“綠色”組成更完整、更全面的建築評價體系。

一、

國內發展回顧—建築抗打擊從結構“安全”能力到綜合“韌性”能力

建築結構是建築物的骨架，結構設計需要考慮自重、地震、風等作用的影響，透過保證結構“安全”能力使得活動於建築內部的人員處於安全環境狀態。

2010年前後中國大陸建築結構設計規範引入了“結構抗震效能設計”和“抗連續倒塌設計”的理念；結構抗震效能設計著眼於提高抗震安全性或滿足使用功能的專門要求，綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構的特殊性、建造費用、震後損失和修復難易程度等各項因素確定結構抗震效能目標，並採取相應的措施；但是實際應用中存在下述不足：

（1） 只能為主體結構提供各效能水準下震後效能狀況的預期；缺乏非結構構件的震後效能狀況預期的定義，包括非承重圍護及門窗、機電管線和電梯設施等。

（2） 沒有提供實現震後損失和修復難易程度的量化方法及評估方法。

實際應用中只是根據建築結構的重要性和特殊性、針對高度和規則性超限的情況制定更加嚴格的預期效能目標。

而抗連續倒塌設計是考慮到突發事件或嚴重超載而造成區域性結構破壞失效時，透過設計加強措施避免因此導致的連續破壞、甚至倒塌破壞。中國大陸對於大型公共建築等重要建築結構，提出抗連續倒塌設計的要求。抗連續倒塌設計目前只能涵蓋某些關鍵結構構件，防止關鍵結構構件失效後的整體倒塌，也不能實現對損失和修復的量化評估。

“結構抗震效能設計”和“抗連續倒塌設計”分別解決了提高建築抗地震打擊下和其他作用例如撞擊下的結構“安全”能力，保障了人員基本安全，但是關於打擊後建築能否繼續使用、需要什麼代價才能恢復使用的建築綜合“韌性”能力評估仍然處於空缺狀態。研究“韌性”可以更好地評估地震救災中最關鍵建築物及相關建築物的恢復使用能力，包括震後的應急指揮部、醫院、倉庫等，為應急救災提供必要的基礎設施能力。

圖1：建築抗震韌性評價的定義

2017年4月至今，中國大陸科研人員針對我國面臨的地震威脅，從國家發展戰略需求角度提升防災減災救災能力，致力解決建築行業提升的迫切需求、引導建築行業健康發展，組織完成了《建築抗震韌性評價標準》的研究工作。在已有規範標準體系解決了“安全”的大前提下去嘗試實現建築綜合“韌性”能力的評價體系。建築結構不僅要從“安全”提高到具備更高安全儲備的“韌性”，建築相關的部品部件也要具備相應的“韌性”，從純粹的結構安全概念上升到了建築綜合能力的安全概念。

二、國外“韌性”標準發展狀況簡介

1.

FEMA-P58解決了“韌性”評估工具問題

FEMA（Federal Emergency Management Agency）是美國聯邦應急管理署，在ATC-58/ATC-58-1專案中提出了新一代效能化設計的長期研究計劃，側重於解決結構的“經濟效能”。

圖2：FEMA效能化設計的發展

於2012年頒佈了FEMA-P58，為新一代效能化設計提供瞭解決方法和標準，可以給出建築結構精細到構件層次的地震損失結果。相比之前已有設計和評價體系，FEMA P58具有如下優勢：

（1） 充分預測實際結構響應的準確性和可靠性；

（2） 實現結構效能可接受準則；

（3） 成果形式便於業主、投資人或者房屋使用者等利益相關方的理解和決策。

FEMA P58可以給出包括人員傷亡、修復費用和修復時間等效能指標的機率分佈，實現了真正意義上的“單體建築物效能評估”。

圖3：FEMA P58的分析流程

2.

英國標準REDi

由奧雅納牽頭，聯合多家單位於2013年在FEMA-P58的基礎上開展了建築抗震韌性指標的研究，建立了一套3個等級、4個維度、65個指標的建築抗震韌性指數評估體系“REDi Rating System”（Resilience-based Earthquake Design Initiative for the Next Generation of Building）。其中評價指標又區分為必選項和可選項。具體專案評級時，根據中斷時間、直接經濟損失和人員安全的量化結果評定；專案設計前可以依據65個評級指標策劃實施路徑。

圖4：REDi的3個等級

圖5：REDi的4個評價維度

圖6：REDi的65個指標

位於舊金山市的181弗裡蒙特大廈於2018年完工，56層，高度246米，建築功能為住宅和辦公。大廈達到了REDi的金級標準，在重現期為475年的地震作用打擊後，能夠立即重新投入使用。

圖7：181 弗裡蒙特大廈實景照片

3.

美國標準USRC

USRC（U。S。Building Resiliency Council） 於2015年成立，是美國執行和推廣建築效能評級的組織，搭建一個更加便於商業推廣的評估體系，並於2015年實現運作。USRC Rating System從3個維度（安全、損傷和恢復）評價建築韌性，並根據評價結果認證相應等級（白金級、金級、銀級、銅級和成員級）。

圖8：USRC評價的3個維度

圖9：USRC認證的5個等級

圖10：USRC評價等級要求對應FEMA-P58的標準（安全性）

USRC評價包括掛牌評價和交易評價，前者對滿足標準的建築給予相應等級的掛牌及證書，可在建築物入口處公開展示；後者僅限於3星級別的評價證明，可用於金融和房地產交易或盡職調查用。

羅斯維爾市政廳（Roseville City Hall）的附屬樓是美國參加USRC認證的第一棟鋼筋混凝土建築，獲得了白金等級認證。

圖11：羅斯維爾市政廳附屬樓

4. REDi與USRC的對比分析

USRC與REDi相比較，REDi屬於集聚評價協會+評價標準+評價顧問於一身的組織，評價顧問採用基於FEMA-P58開發的技術方法進行評估；USRC自身僅匯聚評價協會+評價標準，評價顧問由經過USRC認證具備相應資格的工程師擔任、由業主自行聘任，評價顧問可選用FEMA-P58、ASCE-31的標準或REDi評估方法進行評估。REDi的65個評級指標可以指導工程師開展評級策劃、策略研究及實施工作；而USRC則沒有類似評級指標參照，只能由工程師根據自身經驗開展相關韌性評價工作。

表1：REDi與USRC的對比

三、中國標準《建築抗震韌性評價標準》（GB/T38591）研究

2017年4月，清華大學牽頭聯合19家科研機構、設計/諮詢類公司和工程類公司，組織《建築抗震韌性評價標準》（GB/T38591）研究工作，標準於2020年3月31日正式釋出、2021年2月1日實施；該標準具有里程碑意義，是我國關於建築抗震韌性的首部標準。

該標準的評價物件是包含結構及附屬設施與配套線路、管道裝置的房屋建築；目的是在給定水準地震下，提高房屋建築維持與快速恢復建築功能的能力；從人員損失、建築修復時間和建築修復費用三個方面建立評價指標；這樣的建築產品評價指標使得評價結果非常直觀。

圖12：評價標準的指標搭建邏輯

圖13：評價指標的內涵

評價結論採用星級表達，包括☆（一星）、☆☆（二星）和☆☆☆（三星），抗震韌效能力逐級提高；建築的抗震韌性等級以建築修復費用、建築修復時間和人員損失3項指標的最低等級確定。建築物的評價結果可在建築物的顯要位置標示專用標牌。

圖14：評價星級的要求

下表詳細對比了國標與REDi評價的技術差異，總體來說國標三星和二星的地震作用大於REDi白金級和金級，雖然修復時間和人員安全維度上的要求略低於REDi，其獲取難度還是高於REDi。

表2：《建築抗震韌性評價標準》與REDi的對比

1.

國標評價的實施要點

1。 選擇易於實現“韌性”的建築物型別

國家衛星通訊地球站、病毒研究所和彈藥庫等特殊設防類（簡稱“甲類”）的建築物易於實現“韌性”星級。甲類建築物是使用上有特殊設施，涉及國家公共安全的重大建築工程和地震時可能發生嚴重次生災害等特別重大災害後果，需要進行特殊設防的建築；甲類建築在設計階段就提出了抗震高要求，按高於本地區抗震設防烈度提高一度的要求進行設計，計算用的地震作用同時不低於地震安全性評價結果。

建築結構採用抗震效能化設計方法，且效能目標達到結構抗震效能4個等級中的A級或B級時，該建築結構易於實現“韌性”星級。

如果建築物既不屬於甲類建築物，也沒有按照抗震效能化目標A級和B級標準完成設計，那就考慮採用隔震或消能減震措施，也較易實現“韌性”星級；但是需要預留單位面積數百元的成本增量。

2。 參評建築的設計注意事項

策劃階段適當考慮提高建築抗震韌效能力、降低後期產生的修復費用風險的各種措施，首先優先採用隔震或消能減震措施、提高結構效能；對於不採用上述措施的多層建築結構則可最佳化結構平面佈置、適當加強建築結構剛度、減少建築結構自重，儘量降低地震發生時的建築結構層間變形。其次研究採用提升建築效能的其它措施：

（1） 樓梯間按照“抗震安全島”概念進行加強，實現大震下的安全避難通道目標。包括樓梯間隔牆採用加密構造柱圈樑、後砌隔牆表面鋼絲網抹灰加強等措施。

（2） 樓梯梯板某一端採用滑動支座形式，保證樓梯震後完好不損或微損。

（3） 女兒牆採用鋼筋混凝土形式，避免地震發生時垮塌掉落傷人。

（4） 內隔牆採用輕鋼龍骨隔牆替代砌築隔牆；輕鋼龍骨隔牆自重小、地震作用小，且強度高、維修方便。

（5） 各類機房儘量佈置在地下室，地震時地下室層間變形小、機房設施裝置修復機率低。

（6） 增加非結構構件（包括牆板、幕牆和機電裝置等）的抗震設防目標，目標與主體結構目標協調一致，並對非結構構件進行抗震驗算。

（7） 吊頂系統選用有利於減少震害的構造措施，例如圖15增設一個吊件，加強了吊件系統穩定性，同時雙側對稱佈置減輕扭轉時的震害。

圖15：疊放雙吊件改進示意圖

透過以下措施減少修復時間佔用，加快功能恢復：

（1） 與相關單位簽署合作協議，取消震後現場檢查評估、設計和施工的招投標環節，做到震後即可入場開展修復相關工作。

（2） 根據建築“韌性評估”的模型損壞預期，對於替換維修機率很大的部品構件提前備貨。

（3） 採用層間並行修復策略。

圖16：層間並行修復策略示意圖

2. 發展道路

《建築抗震韌性評價標準》為中國實行建築綜合“韌性”能力評價提供了基本的技術標準體系，然而這只是萬里長征第一步，後續還有漫長的發展道路：

1。 抗震韌性評級體系的建立與完善：

（1）需要明確或搭建負責認證及授牌的組織主體，建立相應的申報和頒發標識的程式。

（2）除標準編制單位掌握分析評估方法、具備分析評估能力外，尚需培育具備相應能力、能夠為社會提供分析評估服務的諮詢機構和顧問資源。

（3）標準立項階段從國家發展戰略需求角度和建築行業提升角度闡述了價值和意義，現階段尚需從使用者角度和業主角度研究梳理價值、意義和實現方法，打通價值渠道，促進業主的理解與主動性。例如與保險行業合作，以“韌性”評價標識作為投保人資信憑證和被保物優惠費率的依據。

（4）尚需完成各種業態建築物“韌性”評價、認證與授牌的試點示範，加大推廣宣傳力度，提高社會認知度。

2。 突發事件下實現韌性的舉措：

（1） 除抗震外增加巨風、燃氣爆炸、恐怖襲擊等各類突發事件的韌性研究及應用。

（2）韌性應從建築單體擴充套件到城市或區域層面，防災救災建（構）築物和基礎設施例如市政水電管網要首先實現高標準的韌性，突發事件下可以消除單棟建築因市政輸入癱瘓而功能無法恢復的風險、更快更易恢復，並在社會角度節約韌性的整體投入。

四、結語

建築抗震韌性是房屋建築震後維持與快速恢復建築功能的能力，國標從人員損失、建築修復時間和建築修復費用三個指標提出了評定的具體方法和標準，填補了國內評定工作的空白。這只是韌性評價工作的第一步，後續可梳理客戶需求、建立價值邏輯與工作導向，嘗試聯合國內“健康”、“綠建”等評定工作形成一整套的建築關聯評定體系，更好地讓建築實現“以人為本”的目標。此外韌性要從抗震拓展到抗巨風、抗燃氣爆炸等各類突發事件；若能從城市或區域提出並實施韌性，可最大程度保證韌性的實現並節約整體投入。

【致謝】標準編委潘鵬、陸新徵和劉鵬為本文研究工作提供了技術指導，李昀和劉高宇協助完成了REDI標準和USRC標準的分析解讀，在此向他們致以謝意！