范开红

四川地震应急基础数据库建筑物更新研究介绍

范开红

范开红，四川省地震局高级工程师，主要从事震害预测、地震应急和GIS 应用领域的研究工作。先后承担和参加“九五”、“十五”、“汶川地震灾后重建”、“芦山地震灾后重建”、局所合作等国家、省部级科研课题数十项，发表学术论文十余篇。先后荣获中国地震局防震减灾优秀成果奖、四川省地震局防震减灾优秀成果奖7次。先后参加“5·12”汶川8级大地震、8·30仁和—会理交界6.1级地震、西藏昌都6.1 级地震、云南鲁甸6.5级地震、云南景谷6.6 地震和康定6.3 级地震等四川及周边省份十余次地震现场应急工作，获2015 年中国地震局防震减灾先进个人奖。

项目背景

四川省位于南北地震带南段，境内有鲜水河断裂、平武—青川断裂、映秀—北川断裂、安宁河—则木河断裂、金沙江断裂、大凉山断裂、理塘断裂、巴塘断裂等众多断裂，纵横交错，地震活动频繁，地震灾害威胁极大；历史记载中，四川一直是我国地震高发的省份，且地震震级高，死亡人数多，仅仅20世纪的100年中，四川发生的7级以上地震就有1933年叠溪7.5级地震、1973年 炉霍7.9级地震、1976年松潘7.2级地震，21世纪又发生了2008年汶川8.0级大地震和2013年芦山7.0级大地震等。仅汶川地震后至2016年底，四川发生5~6级地震27次，6~7级地震6次，7~8级地震1次，给当地居民造成了重大的生命财产损失。

四川省地震应急指挥技术系统在“5·12”汶川特大地震和“4·20”芦山强烈地震中都发挥了重要作用，特别是在芦山“4·20”7.0级地震中，四川省地震应急指挥技术系统依托四川省地震应急基础数据库，为地震应急提供快速的、持续动态的震情、灾情和图件支持等服务，为抗震救灾的胜利做出了突出的贡献，第一时间为赶到四川省地震局指挥部的省领导提供了预评估震情，估算的人员伤亡是约为220人，与实际地震遇难人数196人，失踪21人很接近；估算的直接经济损失约33亿元人民币，与实际情况相差很远，经过分析，四川省地震应急指挥技术系统估算的直接经济损失，是通过四川省地震应急数据库中的建筑物数据和易损性矩阵进行估算得来的，而四川省地震应急数据库中的建筑物数据，还是2005年的数据，已经严重滞后了。建筑数据的时效性是地震快速评估结果准确性的基础，据多年的数据收集经验表明，实地收集四川省地震应急数据库中的建筑物数据，是非常困难的，通过其他相关途径完整收集建筑物数据也很困难。因此，研究建筑物数据更新模型，解决四川省地震应急数据库中建筑数据更新，成为了四川省地震应急指挥技术系统当前亟待解决的问题。四川省地震应急数据库是四川省地震应急指挥技术系统的基础，只有及时的更新数据，四川省地震应急指挥技术系统才能保持生命力，快速的为地震应急指挥领导提供较准确震情、灾情等辅助决策信息服务。

图1 四川省2014年人口、经济与民族集居地分布图

研究目标

为解决四川省地震应急数据库中建筑数据更新问题，结合中国地震局地震科技星火计划青年项目，项目组成员针对四川建筑物数据的分布特点、影响因素进行了研究，具体的研究目标有：①按四川省地震应急数据库的人口、经济数据和民族分布的差异（级别），将四川划分为不同区域；②利用四川人口、经济数据和民族分布特征，分析研究得到四川不同片区建筑物数据与当地居民地空间分布、人口、经济等数据的关系模型，实现当各地区的经济、人口等数据变化后，根据各地区建筑物分布规律,构建四川建筑物数据更新模型；③为“国家地震社会服务工程应急救援系统”、 四川省地震应急指挥技术系统中的地震应急基础数据库中的建筑物数据更新提供解决办法。

项目实施成果

1. 区域划分

四川是一个人口、经济分布差异显著的省份，项目组根据四川地震应急基础数据库里面的全省人口、经济和少数民族分布制作了展现四川省人口平均密度分布和四川每平方千米GDP情况的分布图，如图1所示。根据四川人口和经济数据分布特征，可将四川划分为以龙门山—大凉山一线为界，东部为盆地及盆缘地区和西部高山高原、山地少数民族地区两大区域。

根据四川人口、经济、各民族建房习惯和特征及对四川各地建筑物实地调研情况得出:四川不管是什么地区,城区和城镇的商铺、政府事业单位、医院、学校和其他公共建筑是相对集中的；城区和城镇周边的企业和厂房建筑较多；民族地区由于人口稀少、经济落后、生活和建房习惯差异大，这里商铺、企业和厂房等建筑相对少很多，如凉山的彝族农村住房普遍为土（砖）木结构，并且面积都不太，一般在80~100平方米；而甘孜和阿坝藏族居民同样人口稀少、经济落后，但他们的住房面积较大，一般都在200~400平方米，很多村居住房甚至需要修建10~20年。在分析研究四川各地人口分布特征、抽样调查的建筑物数据及各地各民族建房习惯后，对四川地区建筑物分布进一步划分，将具有相似建筑物的乡镇进行归类，具体情况如表1所示。

表1 四川建筑物数据片区分布表

2. 建立建筑数据更新模型

经过对各地区各类乡镇中城镇居民人均住房面积、农业居民人均住房面积、人均政府及事业单位办公建筑面积、人均学校建筑面积、人均医院建筑面积、人均企业办公建筑与厂房面积、人均商场与商铺面积等建筑物抽样数据进行分析、归纳和总结，得出各类地区不同类型乡镇建筑面积对应的不同用途建筑面积变化表格，如表2所示。

依据表2可以清楚的得各类地区不同类型乡镇建筑面积对应的不同用途建筑面积变化的比例。因此，四川除成都市主城区外不同地区的乡镇建筑数据更新模型可表示如下：

表2 四川各类地区不同类型乡镇建筑面积对应的不同用途建筑面积变化表（单位：m2）

式中： Xv——某个乡（镇）总的建筑面积；

Tv——城镇居民人均住房人平均面积；

Cn——农业居民人均住房人平均面积；

Gn——人均政府及事业单位办公建筑面积；

En——人均学校建筑面积；

Hn——人均医院建筑面积；

Bn——人均企业办公与厂房面积；

Sn——人均商场与商铺面积；

On——人均其他公用建筑面积；

Pn1——某乡镇城镇人口；

Pn2——某乡镇农业户籍人口；

Pn——某乡镇总人口。

在表2四川各类地区不同类型乡镇建筑面积对应的不同用途建筑面积变化表中，除城镇居民人均住房和农业居民人均住房外的所有房屋归纳为一类建筑——公共建筑，那么就会得到简化的四川各类地区不同类型乡镇建筑面积对应的不同用途建筑面积变化表，进而四川地区的乡镇建筑数据更新模型可简化如下：

式中： Xv——某个乡（镇）总的建筑面积；

Tv——城镇居民人均住房人平均面积；

Cn——农业居民人均住房人平均面积；

Wn——人均公共建筑面积；

Pn1——某乡镇城镇人口；

Pn2——某乡镇农业户籍人口；

Pn——某乡镇总人口。

基于公式（2）和简化后的四川各类地区不同类型乡镇不同用途建筑面积变化表以及全省每年更新的乡镇级人口数据，可计算出各乡镇建筑物总面积，再结合《南北地震带大震极灾区速判与关键技术研究》项目成果——“四川各区域不同结构类型建筑物比例系数”和抽样调查得到的不同结构类型建筑物比例系数，计算出满足地震应急基础数据库应用要求的每个乡镇不同结构类型的建筑面积数据。

项目产生的社会效益

项目实现过程中，大范围抽样调查取得的建筑物数据，对四川建筑物的分布、抗震设防情况和建筑风格等数据都是一次完整性的收集，为各地的防震减灾规划和应急准备及地震应急快速评估的易损性矩阵更新都提供重要的数据支撑。

项目中建立的四川地区乡镇建筑数据更新模型及计算结果，在“四川省地震局芦山灾后恢复重建——地震应急联动与信息共享及灾情综合研判系统升级改造”项目和多个市县防震减灾综合服务系统中得到应用，能有效提高四川地震应急基础数据库更新的效率，解决建筑物数据时效性滞后的问题，更好地支撑四川省地震应急指挥技术系统，提高其震害评估的准确性；并为相关行业建筑数据统计工作提供了新方法。

项目实施心得

四川地震应急基础数据库建筑物更新研究课题是在四川地震应急基础数据库中建筑物数据更新滞后的情况下，申请的中国地震局地震科技星火项目课题，具有现实性和紧迫性等特点，课题具有现实需要和一定的研究基础，并且研究结果容易验证；课题的完成，取得了较好的社会效益，这种与实际工作结合的研究模式，课题实施进程更为顺利，因为需求明确，能有效解决实际工作中遇到的问题。

在以往的研究工作中，一般强调影响因子间的正相关或负相关性，但在这次的课题实施过程中探索到，在分析农村建筑物分布情况与通常的影响因素之间的相关性时，会得到一些因素往往与农村建筑物分布没有相关性，其实这也是一个有用的结果，可以将此因素排除掉，也是一种有效的科学研究思路。

未来展望

在项目实施过程中，鉴于大城市城区建筑物的复杂性，本模型暂时没有考虑成都主城区（大城市主城区）的情况，在未来的相关研究工作中，我们将基于本项目的研究成果，进一步细化深入研究，同时结合百度地图、天地图等各类公共地图数据平台，在模型中补全大城市主城区的研究，并研发一套兼具数据录入、抽样数据管理、数据推算、精度测试、数据校验等功能为一体的四川地震应急基础数据动态更新与管理系统，更好地满足地震应急、震灾防御等工作的需要。