巨灾风险评估模型的发展与研究.docx

文章编号: 1004 4574( 2011) 06 0151 07巨灾风险评估模型的发展与研究 博1，2 ，唐微木3刘( 1 中国地震局工程力学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080; 2 北京市地震局，北京 100080;3 中国出口信用保险公司，北京 100032)摘 要: 巨灾已经成为全球经济损失的重要原因之一。近 20 年来，巨灾频繁发生，造成了重大的人员伤亡和财产损失，巨灾的发生甚至可能造成国家政治经济的不稳定。因此如何进行巨灾风险管理 并减轻巨灾事件发生后所造成的损害，便成为一个相当重要的研究课题。巨灾风险评估模型作为应 对巨灾风险最为有效的分析工具，近 20 年来得到了长足的发展，同时巨灾模型已成为巨灾保险设立 的根本依据。对巨灾模型的发展与模型构架进行了综述，并结合我国的实际情况提出了一些建议。 关键词: 巨灾模型; 风险管理; 地震保险; 综述中图分类号: X43; F841 3; F843文献标志码: AResearch and development of catastrophe risk assessment modelsLIU Bo1，2 ，TANG Wei-mu3( 1 Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080，China; 2 Earthquake Administration of Beijing Municipality，Beijing 100080，China; 3 China Export and Credit Insurance Company，Beijing 100032，China)Abstract: Natural catastrophe can cause the damage to the human being and make a huge loss of property As peo-ple known，catastrophe even can lead to unstability of national politics and economy Therefore，how to carry out risk management and reduce the loss of the catastrophe event is the most important thing of the catastrophe risk management This paper introduces catastrophe model，reviews the research situation of the catastrophe model and gives some suggestions for establishing an effective catastrophe model in ChinaKey words: catastrophe model; risk management; earthquake insurance; summary巨灾自古以来就无可避免，近 20 a 间全球范围由于巨灾导致的经济损失达到了惊人的增长速度。从全球角度来看，随着城市化进程的不断加大，人口、财富不断集中在少数大中型城市，使得整体社会的巨灾风险 值日趋增大。同时，各种灾害的发生所造成的损失规模也有随时间增加的趋势1。图 1、图 22 3分别为近几十年全球巨灾发生次数和经济损失的统计数据，从统计资料可以看出，全球的 巨灾发生次数明显增加，巨灾造成的经济损失也成明显增加趋势。但是，通过巨灾分析模型制定的巨灾保险 赔付金额却显现出一种不协调的比例。以中国大陆为例，2008 年的汶川大地震造成了超过 8 000 亿人民币 的直接经济损失，而保险赔付金额却只有 18 亿人民币，绝大部分损失由政府和民间援助承担。相比 1994 年 的美国北岭地震，各家保险、再保险公司承担了 70% 的损失重建费用。巨大的差距促使中国等发展中国家 需尽快根据自身条件建立巨灾风险模型并有效地运用到巨灾保险中。收稿日期: 2011 07 10;修回日期: 2011 09 20基金项目: 北京市地震局科技专项资助作者简介: 刘博( 1979 ) ，男，工程师，博士生，主要从事震害防御、震灾损失评估及巨灾保险相关技术研究 E-mail: baronliu bjseie gov cn152自 然灾害学报第 20 卷图 1 近 50 年来全球巨灾发生情况3Frequencies of catastrophe events in past 50 years in the world3Fig 1图 2 近 50 年巨灾损失情况3Fig 2 Catastrophe event losses in past 50 years3巨灾风险包含危害来源、危害对象易损性、危害对象价值这 3 个基本要素，巨灾风险评估模型通过对这3 个要素的独立建模分析并串联每部分的分析结果以得出风险管理者所需要的分析结果，评估出潜在巨灾 风险，作为巨灾风险管理策略选择和执行的参考依据。1巨灾风险评估模型的发展1985 年美国联邦应急署( FEMA) 委托应用技术委员会( ATC) 执行了 ATC 13 Earthquake Damage Eval-刘 博，等: 巨灾风险评估模型的发展与研究第 6 期153uation Data for California 计划，这个计划系统性的收集了专家学者的意见，建立了当时最完整的地震灾害评估资料。这个计划的成果提供了各类建筑物、公共设施、经济损失和人员伤亡的易损性评估资料。在这个计 划之后由于美国的银行业、保险业和政府部门的需求，刺激了地震风险评估系统的升级和发展，同时也催生 了巨灾风险评估模型的诞生。当今走在世界自然灾害风险管理技术前沿的国家是美国。在美国，有三大专业的自然灾害风险评估企 业，他们分别是: RMS，EQECAT 以及 AIR4。另 外，还有一些基于世界一流大学的研究机构，例 如: 英 国 的 University College London、澳大利亚的 Risk Frontiers，Macquarie University; 以及再保险公司和一些再保险中 介经纪公司，例如 Munich Re，Swiss Re，Aon，Guy Carpenter 等等。与此同时，一些政府机构也积极加入到这 个研究领域并开发出应用成果，其中较有影响力的是美国的 FEMA( Federal Emergency Management Agency) 和澳大利亚的 Geoscience Australia5。FEMA 于 1997 年公布并发行了 HAZUS97，在这套主要以分析地震灾 害损失评估的系统中整合了地理信息系统、地震学、统计学、数学和相关的其他计算机技术，图 3 为 HAZUS 的分析架构和流程图6; 1999 年 FAMA 推出了 HAZUS 的更新版，该版本中突出了针对桥梁等公共设施的地 震灾害损失分析; 2003 年 HAZUS 升级为 HAZUS MH，在这套最新的分析系统中纳入了洪水灾害、飓风灾害 等其他可能造成巨大影响的自然灾害。表 1 为 HAZUS MH 针对不同灾害进行分析可得出的结论列表。由 图我们可以看出，无论是起初的 HAZUS 还是升级后的 HAZUS MH 都是一个相当庞大的分析系统，但是从 整个系统的构架中主体的组成部分并没有发生太大的变化。事件产生模块( stochastic event model ) 、灾害模 块( hazard) 、结构易损性模块( vulnerability model) 、损失分析模块( financial model) 依然是当今主流巨灾分析 系统的主要组成部分。图 3 HAZUS 的框架结构及分析流程Fig 3 Frame construction and analysis procedure of HAZUS154自 然 灾 害 学 报第 20 卷2巨灾风险评估模型的构架诸如地震的自然巨灾所造成的影响范围相当巨大，需要进行评估的内容种类繁多，唯有借助当今发达的计算机技术、结合相关领域的专家意见才能完成巨灾风险损失评估这项任务。图 4 PEER 的地震风险评估的概率分析方法构架Fig 4 Framework for PEERs probabilistic earthquake risk assessment method美国太平洋地震工程中心( PEER) 首先提出了地震风险概率评 估 方 法，如 图 4 所 示，这 个 方 法 已 经作为近代巨灾风险分析模型的代表性方法7 8。 在此概率方法的基础之上，加之上文所提的四大模 块就构成了巨灾风险分析系统。在目前的巨灾分析系统中，无论灾害的种 类， 整个分析系统都 大 体 分 为 4 个 模 块，如 图 5 所 示， 灰色方框表示不同的分析模块，在这些模块中不同 的灾害类型所造成危险 度的评估内容略有差别。 比如木结构房屋对于地震灾害来说危险度要小于 一般砖房，但是面对 台 风 灾 害 时，木结构房屋则体 现出更高的易损性。各模块的分析结果可以依托 地理信息系统( GIS) 在地理区域中显示，以便使用 者进一步分析并最终获得有效的风险分散决策。下面对巨灾模型中的主要模块进行逐一的说 明，首先是事件产生模块( stochastic event model ) 。 此模块需要包含完整的有可能对区域造成影响的 巨灾事件资料库，以 地 震 为 例，资料库中的每一个 事件都包括与灾害本身相关的信息参数，如: 地 震 规模的大 小、发 生 的 位 置、震 源 类 别、发 生 频 率 等表 1 HAZUS MH 对 3 项自然巨灾的分析情况列表Table 1 Listing of HAZUS-MHs analysis of 3 natural catastrophes 地震洪水飓风直接破坏一般性建筑 重要建筑 高危建筑 交通设施 生命线有有 有 有 有有有有有有有间接破坏火灾 危险品 砖瓦破碎有有 有有有直接经济损失重建花销 收入损失 农作物损失 人员伤亡 救灾和恢复有有 有 有 有有有 有有有有有间接经济损失物资短缺 销售下降 停工停产有有 有有有 有等。地震事件资料库根据地震震源模型推测建立，震源模型的建立主要依靠区域的地质构造、历史地震情况、已划分的震源区等等现有资料建立各震源区的地震活动性参数。灾害模块( hazard) ，本模块的主要功能是评估预测巨灾事件发生时，被评估区域所在场地的危害度参 数，不同巨灾的危害度参数不同。同样以地震为例，每一个地震事件发生以后都需要选定适当的场地衰减关 系以及场地的地质特征以用于计算评估区域的危害度，这个危害度一般用地表最大加速度( PGA) 或者加速度反应谱( Sa ) 来表示。结构易损性模块( vulnerability model) ，本模块是用来计算建筑物在巨灾事件作用下可能造成的结构本 体、建构内部财物或者 由 于 巨 灾导致的商业中断所带来的平均损失以及变异系数 CV ( coefficient of varia- tion) 。而评估的主要依据是建筑物的易损性曲线( damage curve) 。易损性曲线说明建筑物在遇到不同地震 强度作用、不同的洪水淹没深度、飓风的不同风速作用下可能遭受的损失。通常损失程度采用损失比( 修复 成本与重建成本的比值) 表示。损失分析模块( financial model) ，本模块主要利用易损性模块的分析结果建立事件损失表 ( event loss ta- ble) ，通过模拟方法实现不同使用者所希望的损失分析结果。比如保险、再保险公司作为使用者，通常在考刘 博，等: 巨灾风险评估模型的发展与研究第 6 期155虑保单条款的情况下通过巨灾模型分析出未来一段时间内的存款准备金以及制定巨灾保险的费率。而作为政府部门，则需要通过模型的分析结果了解未来一段时间内可能发生巨灾的情况，以做到未雨绸缪。本模块 的分析结论一般由损失超越概率曲线表示。图 5 巨灾风险评估模型的模块组成图Fig 5 Module structure diagram of catastrophe risk assessment model3巨灾风险分析模型应用中的若干问题如上节所述，目前世界上的主流巨灾风险分析模型的构架基本相同，但是不同模型针对同一事件的分析评估结果却差距较大，如表 2 所示。AIR，EQECAT，RMS 作为当今最专业的巨灾风险评估模型公司分别对2006 2008 年间美国大陆遭受的飓风损失进行了分析评估。从表中的对比结果可以看出，实际结果与分析 评估结果存在着较大差距，而且 3 家公司针对同年度的损失分析评估结果也存在明显差异。这种结果的差 异主要来源于如下几个方面:( 1) 数据的准确性。作为巨灾分析评估系统，基础数据的完整性、可靠性直接关系着分析结果的 准确性，一个模型分析结 果 的 好 坏 70% 取 决 于 数 据质量的好坏。这一点尤其体现在发展中国家，随 着当前高速的城市化进程，发展中国家拥有的财富 数据变化迅速，这对模型的使用者是一种极大的挑 战。只有依托在不断更新和升级的数据库前提下 使用模型工具才能得到有效的结果。( 2) 模块的方法差异。上述的巨灾模型的 4 个表 2 大西洋飓风( 圣婴) 在 2006 至 2008 年间对美国造成的经济损失数据Table 2 Data on economic losses in US caused by Atlantic hurricanes from 2006 to 2008 年份实际损失AIREQECATRMS200620072008总计568198 46 86 822 08 08 08 124 18 48 48 425 2主要模块都存在不同的、独立的计算与分析方法，不同的研究者往往通过对方法的不同理解和使用效果来决定使用哪一种方法进行模型运算。以地震灾害为例，在事件产生模块中如何定义最大震级就存在着很多争 议。有的学者认为历史最大震级就可以作为预估的最大震级，有的研究者则认为预估最大震级至少应该大 于历史最大震级 1 /2 级。所以此处的一点差异就会改变被评估区域的灾害度，也自然的改变了区域建筑物 的易损性和最终的损失结果。事实证明在这个领域我们还需要进一步地学习和提高，2011 年 3 月 11 日的156自 然 灾 害 学 报第 20 卷日本东北部大地震的震级远远超过了上述 3 家公司的最大预估震级，最终损失更是大大超过分析评估结果。( 3) 针对不同区域的模型开发情况不同。图 6 为国际再保险 GUY CARPENTER 公司 2009 年整理的亚 洲巨灾风险模型开发情况表，可以看出，上述的三大巨灾风险模型公司对整个亚洲的分析模型的精度存在着 明显差异。图 6 RMS，AIR，EQE 三家公司对亚洲的巨灾模型开发精度对比Fig 6 Accuracy comparison of Asian catastrophe models developed by RMS，AIR and EQE4我国的巨灾风险模型情况和建议总体来说我国的巨灾风险模型还处于起步阶段。近年来我国大陆不断遭受巨灾，不但严重影响了人民生活，同时也造成了社会财富的巨大损失。这些事件都直接刺激了我国在巨灾风险分析领域必须加快脚步， 尽快与国际接轨9。早在 1997 年中国保险研究所、中国人民保险公司联合中国地震局和国家科委等多个部门共同分析了我国地震灾害损失分布情况，绘制了我国地震保险纯费率图，构建了地震风险管理系统保险模型框架。1998 年，瑞士再保险公司与北京师范大学合作，联合绘制了“中国巨型电子灾难地图”，该项目已 于 2002 年底完工。该图搜集了从 12 世纪至今我国的历史、地理及气候等各类数据，这张地图将为保险公司大胆涉足地震、洪水等巨灾保险市场提供有力的风险评估依据。但是由于种种原因，巨灾保险至今在我国仍 没有被广泛推广10。2006 年我国颁布的国务院关于保险业改革发展的若干意见中明确指出“要建立国家财政支持的巨灾风险保险体系 将保险纳入灾害事故防范救助体系”。2007 年，中国地震局工程力学研究所与 RMS 公司签订合作协议，共同开发中国大陆地区地震风险评估模型 Hazus China。2010 年 4 月份， 保监会下发巨灾保险数据采集规范，对巨灾保险数据模型、巨灾保险源采集标准和编码标准等进行了规 定11。2011 年国家颁布了十二五规划，其中重点指出要加大巨灾保险的研究投入和推广。如今三大巨灾模 型公司已经进入了中国大陆市场，中国人保财险，已经在使用 AIR 的产品; 中国再保险也已经开始使用 RMS 的产品并取得很好的效果。相信在未来的 10 a 间将会是中国巨灾模型建立和发展的关键 10 a，我国的巨灾风险分担机制也将在这 10 a 里建成并经受考验。对比国外发达国家的巨灾模型发展过程，本文认为我国在建立巨灾模型方面应该注意如下几点:( 1) 政府牵头，联合开发。由于巨灾种类多，涉及的行业领域较宽，应协调各家之力，比如国家相关部 委、科研院所技术联合合作开发。这种方式可以有效地弥补专业人员分散、跨学科跨领域人才稀少的情况。( 2) 确保数据质量。中国大陆幅员辽阔，加之城镇基本数据变化较快，这都对准确的数据收集造成了困刘 博，等: 巨灾风险评估模型的发展与研究第 6 期157难。但是正如前文所述，数据的完整和准确与否直接关系到模型最终的分析结果。所以一定要建立一套有效的数据采集办法以供模型分析使用。( 3) 加强中外合作、加强高校联合。由于巨灾模型需要多学科专业知识，而我国专业的巨灾模型人才太 少，所以我们应该加强与国际前沿领域专家学者的交流，获取前沿资讯。同时也应该与我国的高校人才联 合，重点培养相关领域的科技人才，以加强巨灾风险模型领域的人才储备。( 4) 综合考虑风险并存的情况。目前大多数巨灾模型还是主要针对单一灾害，如 地 震 模 型、洪 水 模 型 等。这些模型忽略了不同灾害之间的相关联性，当保险公司同时面对不同巨灾风险暴露时，采取单一模型的 结果就容易造成错误的判断。中国各种自然灾害并发现象十分常见，在创建巨灾模型大架构伊始，就应该为 未来各个灾害巨灾模型结果的融合留下接口11。5结论与讨论虽然巨灾模型在过去的 20 a 里得到了长足的进步，并且成功地运用到了巨灾风险管理中，但是就模型本身仍然存在着很多的不确定性，这些不确定性更直接影响着模型的分析结果和左右着决策者们的决策方 向。作者相信在今后 10 a 中，巨灾模型将以更快的速度发展，并且将有更多的模型计算环节得到细化、更多 的不确定性定量分析方法将出现在巨灾模型中。中国作为世界上受自然巨灾最频繁的国家之一，自身就应 该肩负起对建立中国巨灾模型的责任。同时，研究者们更应该努力借鉴国外的前沿技术结合中国特点开发 出我们自己的巨灾风险分析评估系统。参考文献:1Chessmen P World catastrophe report 2010J / OL New York: Guy Carpenter 2010 ( 36 ) : 14 17. http: / / www guycarp com / portal / extranet /insights / reportsPDF /2010 / World_Cat_2010 pdf? vid =Rudolf Enz Sigma Catastrophe report 2011J / OL Switzerland: Swiss Reinsurance Ltd Economic Research Consulting，2011( 24) : 17 19 ht- tp: / / www swissre comTorsten Jeworr