【《地震现场安全鉴定工作探究的国内外文献综述》8300字】

地震现场安全鉴定工作研究的国内外文献综述1.1震后应急期地震现场建筑物安全鉴定震后，顾名思义，就是指地震发生之后的时间段。《破坏性地震应急条例》第22条规定[37]：“破坏性地震发生后，有关的省、自治区、直辖市人民政府应当宣布灾区进入震后应急期。震后应急期一般为10日；必要时，可以延长20日”。高建国研究员在此基础上将地震应急期划分为特急期、突急期和紧急期［7］。特急期:震后24小时,其主要任务是救人。突急期:震后2～3日,其主要任务是治伤。紧急期:震后4～10日,其主要任务是安置灾民生活。高建国研究员对应急期的划分只考虑了10日，没有考虑20日延长期的时间。文献[52]在高的基础上，将应急期的划分从10日增加为30日。它将应急期分为应急启动、紧急救援、过渡性安置3个阶段。应急启动阶段可定义为地震发生到震后4～8小时，主要工作为：地震灾情信息的收集上报、灾民自救互救、“第一响应人”参与救援、做好受灾群众基本生活的初步救助工作；紧急救援阶段为震后7～10日，该阶段的主要工作是人员的搜救和医疗救护;过渡性安置:对于重大地震，过渡性安置通常持续10～15日。对于特别重大地震，过渡性安置通常持续1～3个月。过渡性安置阶段的主要工作是安置灾民的生活。国家标准《地震现场工作第二部分：建筑物安全鉴定GB18208.2-2021》（报批稿）第3.2条规定[17]：“地震现场建筑物安全鉴定，是指在发生较强地震后的应急期间，通过检查受震建筑的震损状况和原建筑的抗震能力，对其在预期地震作用下的安全进行鉴别和评定”。预期地震作用，是指依据震情分析，预估受震建筑可能再次遭受到的地震影响。可以分为小震作用、等震作用和大震作用，一般依据地震预报专家组给出的震后地震趋势意见，由现场抗震救灾指挥部确定。震损是指在破坏性地震发生后，建筑物遭受地震破坏、损坏等各种现象的统称，是建筑物安全鉴定的主要依据之一[17]。建筑物安全鉴定，目前只是针对单体建筑物进行，不涉及群体建筑。现场鉴定一般以目测震损为准，特殊情况下才会采用仪器测试。由于地震现场安全鉴定工作是要在应急期完成，所以对于它的时效性要求较强。同时，鉴定工作是对单体建筑进行的，因此对于灾区大量的受震建筑，鉴定强度将是非常大的。另外，最重要的一点，就是鉴定结果的可靠性。我们不仅要求鉴定工作快速完成，也得要求鉴定结果可信，不然有可能造成更大的二次伤害和伤亡。1.2国内研究现状我国的地震现场安全鉴定工作相对国外开展较晚，是始于1996年2月3日发生的云南丽江7.0级地震。当时还没有制定实施安全鉴定标准，鉴定工作主要靠有地震现场经验的专家来完成。为了与国际接轨，也为了安全鉴定工作更标准、更规范地实施，中国地震局组织了以中国地震局工程力学研究所杨玉成研究员为首的编制团队，在2001年编写并实施了国家标准《地震现场工作第二部分：建筑物安全鉴定》（GB18208.2-2001）。该标准适用于多层砌体房屋、多层和高层钢筋混凝土房屋、内框架和底层框架砖房、单层钢筋混凝土柱厂房、单层砖柱厂房和空旷房屋、木结构房屋、土石墙房屋的地震现场安全鉴定。2021年，以中国地震局工程力学研究所孙柏涛研究员为组长的专家组对该安全鉴定规范进行了修订，除了保留以上几种结构类型，新增加了大跨屋盖建筑和钢结构房屋两种结构的安全鉴定。文献[17]将应急期内安全建筑根据结构类型、设防状况、震损现状等分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别的安全建筑。从Ⅰ类到Ⅳ类，重要性依次递减。该标准还规定[17]：建筑物安全鉴定，宜在现场调查时当即或在现场工作期间给出鉴定意见。在预期地震作用改变和（或）再次受震时，建筑的安全性应做复查，并需考虑损伤积累，重新给出鉴定意见。鉴定结果可以分为三种：安全建筑、暂不使用建筑和危险建筑。受震建筑的安全鉴定，应根据环境影响、预期地震作用和震后震损状况进行综合判断。首先，对环境影响和预期地震作用进行判断，如果这两个因素不满足要求，则判为危险建筑；如果这两个因素满足要求，则需要根据震损状态进一步判断。安全鉴定流程图如图1-2所示。环境影响一般是指场地及周围环境的影响。安全建筑的场地要稳定，不能发生泥石流、液化、滑坡等危及建筑安全的现象；地基持力层要稳定，不能发生不均匀沉降、承载力下降等现象；毗邻建筑的震损不能危及到被鉴定建筑的安全。预期地震作用为小震作用时，满足要求可进一步进行判断；预期地震作用为等震或大震作用时，被鉴定建筑可判定为危险建筑。当环境影响和预期地震作用均满足要求时，破坏等级为基本完好和轻微破坏偏轻的建筑可判定为安全建筑；破坏等级为严重破坏和倒塌的建筑可判定为危险建筑；除安全建筑和危险建筑之外的其他建筑可判定为暂不使用建筑。该标准对每种结构类型下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ安全建筑容许的震损都有详细的描述，鉴定人员可以进行相应的借鉴。该标准的实施也标志着我国地震现场安全鉴定向标准化和规范化又迈进了一大步。依据安全鉴定标准和大量实际震害经验，我国科研人员做了大量的研究工作。2003年，孙柏涛、王东明[40-41、50-51]建立了多层砌体结构安全鉴定方法。该方法以多级模糊综合评判法为基础，将多层砌体结构震损的影响因素分为15个，而这15个因素作为第一级评价指标又分别属于4个第二级评价指标，再通过综合第二级这4个评价指标，进一步得到整体结构的安全等级。方法会根据第一级15个评价指标所符合的安全等级的震损状态，赋予不同的单因素评价向量，这些向量都是经过作者与多位专家深入探讨后才给定的。为了体现各因素之间的重要程度，每一个评价指标都被赋予了一个权重值。权重值是根据专家经验法确定的，它反映了专家大量的实际经验，具有较高的可信度。基于这个方法，通过VB、VBA计算机语言开发了地震现场建筑物安全鉴定智能辅助系统(IASSAB)。该系统方便、直观、易于操作，能出具word鉴定报告，但该系统只能针对多层砌体结构，给出的鉴定结果是安全等级，还不能给出一个具体的整体震损指数。孙柏涛、王旭[43-44、58]（2007年）通过大量震害实例分析，得出了整体震损指数的数学计算方法。该数学方法的计算步骤如下：（1）根据国家安全鉴定标准，划分出要评定结构的两级影响因素；（2）根据国家安全鉴定标准，对各影响因素做量化处理（即给出震损评价系数）。同时，应用AHP法（层次分析法）计算出各部位的权重值；（3）根据数学方法，计算出各部位的震损指数；（4）将各部位权重值和对应的震损指数相乘求和，就可以计算出整体震损指数，进而得出房屋的震损状态。基于这个数学方法，开发了安全鉴定辅助决策系统（AidedDecisionSystem，简称ADS）。该方法和系统适用于安全鉴定标准中所有的结构类型，且鉴定结果为整体震损指数，在实际应用中更方便、直观。柴相花[1]（2009年）介绍了三种安全鉴定算法，三种算法的计算精度都比较高。对于公式中的构件权重值、细部评价系数和系统修正系数，作者也给出了详细的计算方法。最后，以三种安全鉴定算法为基础，通过应用VB、C#语言和GIS技术，开发了地震现场安全鉴定系统。但到目前为止，以上开发的安全鉴定系统均为单机版，如图1-3所示。张兴华[74]（2011年）在课题组研究的基础上，结合J2EE和Ajax技术，开发了一套基于J2EE的安全鉴定系统。该系统为网络版安全鉴定系统，如图1-4所示。该系统拥有多个功能模块，能够与用户实现在线QQ交流。张昊宇、孙柏涛[69]（2013年）针对结构中非结构构件地震现场安全鉴定和应急对策进行了探讨。他们指出，当一栋建筑在强烈地震后作为安全建筑使用时，不但它的结构构件震损要满足一定要求，它的非结构构件震损也要满足一定的要求。张亮泉等[72]（2015年）以钢筋混凝土框架结构为研究对象，提出一套基于损伤指数的结构震后安全性鉴定新方法。试验对框架结构典型构件进行低周反复加载试验，利用构件的损失照片计算出对应控制位移下的损伤指数。再将损伤指数与宏观损伤现象对应起来，建立图例集。最后再根据构件的损伤指数来计算出整体结构的损伤指数，进而根据整体损伤指数来确定结构损伤水平。郭峦川[9]（2016年）对剪力墙和连梁进行了低周反复加载试验，建立构件损伤指数跟宏观震害现象的对应关系，即“损伤图集”。最后也是根据构件的损伤指数来计算出整体结构的损伤指数，进而根据整体损伤指数来确定结构损伤水平。张磊、孙柏涛[70-71、107]（2015、2016年）基于国家安全鉴定规范、汶川和芦山的地震震害现象，通过残差分析法建立了多层砌体结构、多层和高层钢筋混凝土结构、底层框架结构的地震现场安全鉴定方法，并应用最小二乘法计算得到适合我国西南地区的方法系数。最后，以该方法为基础，建立了一套基于网络平台的地震现场建筑物安全鉴定系统。该方法用于回归、检验的震害实例均来自与汶川和芦山地震，具有较高的可信度。开始鉴定开始鉴定预期地震作用环境影响预期地震作用环境影响是否符合要求是是否符合要求是否震损状态否震损状态安全建筑危险建筑暂不使用建筑安全建筑危险建筑暂不使用建筑鉴定结束鉴定结束图1-2安全鉴定流程图图1-3IASSAB的主工作界面[41]图1-4网络版系统的主界面[74]1.3国外研究现状国外的安全鉴定最早起源于1978年，日本和希腊首先对地震后现场房屋的安全性予以重视[45]。与国内相似，国外早期的安全鉴定工作也是由地震领域的相关专家开展的，所依赖的也是专家多年的经验，而不是行业标准。随着安全鉴定发展的迫切需求和各国地震现场安全鉴定实际经验的积累，各国陆续编制了他们的安全鉴定行业标准，并且以标准为基础，提出了安全鉴定算法以及安全鉴定系统。美国的应用技术委员会（ATC—AppliedTechnologyCouncil）在地震现场安全鉴定方面进行了大量的研究和调查工作，并编制了多本国家标准。例如：在1989年，ATC编制了《建筑物震后安全评估程序》（ATC-20,1989）（《ProceduresforPostearthquakeSafetyEvaluationofBuildings》（ATC-20,1989））[87]，这本标准也标志着美国地震现场安全鉴定标准化和规范化的正式开始;在2003年，ATC编制了《用户手册:移动震后建筑安全评估数据采集系统（1.0版本）》（ATC-20i,2003）（《Usersmanual:MobilePostearthquakeBuildingSafetyEvaluationDataAcquisitionSystem,(Version1.0)》（ATC-20i,2003））[88]，该系统介绍了安全评估数据采集的程序，也使安全评估数据的采集更加灵活和方便；在2005年，ATC对标准ATC-20进行了修订，修订后的新标准为《现场手册:建筑物震后安全评估，第二版》（ATC-20-1,2005）（《FieldManual:PostearthquakeSafetyEvaluationofBuildings，2ndedition》（ATC-20-1,2005））[89]。新标准规定安全鉴定一般分为三种类型：快速鉴定、详细鉴定、工程鉴定。快速鉴定一般是通过快速目测建筑物外观的震损情况，给出被鉴定建筑的安全类别。建筑物的安全类别一般分为三类：安全建筑、不安全建筑、限制使用的建筑。无法快速做出鉴定的建筑，一般需要做详细鉴定。详细鉴定一般是指专业的技术人员通过详细地检查建筑的震损情况，给出的安全鉴定。哥伦比亚是一个地震多发国家，在安全鉴定方面也进行了大量的研究。哥伦比亚地震工程协会（AIS-AsociaciónColombianadeIngenieríaSísmica）就针对该国实际情况编制了多本安全鉴定国家标准。2002年，AIS编制了《地震后建筑物检查技术指南:现场手册》（2002）（《Guíatécnicaparainspeccióndeedificacionesdespuésdeunsismo.ManualdeCampo》（2002））[96]，该标准针对地震现场安全鉴定的技术方面的问题进行了详细地介绍，但基本都是受震建筑本身而言的；2003年，AIS编制并出版了两本国家安全标准。《地震后建筑物检查现场手册》（2003a）（《ManualdeCampoparainspeccióndeedificiosdespuésdeunsismo》（2003a））[100]，该标准是在2002年的《地震后建筑物检查技术指南:现场手册》的基础上编制的，该标准内容丰富，除了详细地介绍了安全鉴定的技术问题外，也增加了很多其它内容，比如地形地质的考察，建筑物周边环境的检查等。2003年编制的另一本标准是《地震后建筑物可居住性和可修复性决策专家系统》（2003b）（《Sistemaexpertoparalatomadedecisionesdehabitabilidadyreparabilidaddeedificiosdespuésdeunsismo》（2003b））[106]，该系统能够根据收集到的受震建筑的震损信息，快速准确地判断出该建筑是否可以继续居住，如不能居住，需要做哪种修复处理；2004年，AIS出版了《震后建筑损伤评估专家系统》（2004）（《Sistemaexpertoparalaevaluaciónpost-sísmicadeldañoenedificaciones—EDEBogotá》（2004））[105]，并将该系统通过计算机语言做成CD光盘，这样就实现了快速建筑损伤评估的单机版系统。哥伦比亚之所以能在这么短几年时间内完成对安全鉴定工作的一系列工作，完全取决于他们丰富的地震现场经验以及较高的科学水平。不光是国家层面，哥伦比亚的有关研究学者在地震现场安全鉴定也进行了大量的研究并取得了一定的成果。Carreño,M.L[90]（2001年）根据自己的研究建立了建筑损伤评估专家系统，这个是要早于哥伦比亚国家的专家系统。该系统利用收集到的震损信息，通过已植入计算机系统的数学方法进行快速计算，最后给出震损建筑的损伤等级。Carreño,M.L，Cardona,O.D和Barbat,A.H[91-94](2004年、2010年)提出了一种基于神经模糊系统的强震后建筑损伤评估方法。神经网络系统有三个层次：输入层、隐藏层、输出层，如图1-5所示。输入层的神经元分为四组，分别对应于隐藏层的结构元素、非结构元素、地面条件和预先存在的条件。每一个都向中间层的神经元提供信息。输入层的神经元的数量不是固定的，这跟评估的建筑个体本身有关。根据观察到损伤，将结构和非结构元素分为五个损伤等级：基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、毁坏。地面和预先存在的条件在评定中可以分为：非常好、中等、非常差。整个评定的流程为：=1\*GB3①根据结构和非结构元素的破坏等级评定出整个结构的破坏等级，整体结构的破坏等级划分与结构、非结构的划分是一致的；=2\*GB3②根据整体结构的破坏状态和地面条件评定出建筑状况和建筑的可居住性；=3\*GB3③根据建筑状况和预先存在的条件评定出建筑的可修复性。评定流程图如图1-6所示。最后，提出的安全鉴定方法在计算机程序建筑物地震损害评估(EDE)中得到了实施。输入层隐藏层输出层结构构件结构柱子结构构件结构结构指数梁结构指数节点非结构构件结构隔墙非结构构件结构非结构指数正立面非结构指数可居住性、可修复性可居住性、可修复性土体裂缝地面条件指数地面条件结构和滑坡地面条件指数地面条件结构液化和沉降材料质量已存在条件指数已存在条件结构不规则性已存在条件指数已存在条件结构结构布局图1-5神经网络结构[91]日本的地震现场安全鉴定也是开始于1978年。同年，日本出版了《地震后损害评估和恢复技术指南》[98]，并于1989年进行了修订。受损建筑的鉴定一般分两步进行：=1\*GB3①目测评估建筑的损坏程度和可居住性；=2\*GB3②评估结构损坏程度。《地震后损害评估和恢复指南》[97]（1991年）作为安全鉴定技术基础，为工程师对建筑物损坏进行定量识别和评级时提供合理的标准，并为修复受损建筑物提供技术上合理的解决方案。该指南涉及日本三种典型结构体系，即钢筋混凝土结构、钢结构和木结构建筑的损伤评估基础和修复技术。NAKANOY[101]（2004年）等人基于剩余抗震能力指数R的损伤评级程序研究了日本钢筋混凝土建筑震后评估和修复。对每一栋建筑均应进行基础和上部结构的损伤评估。基础如发生破坏，一般会是建筑物沉降和地基倾斜，并且需要将基础恢复到震前状态。对于上部结构，通过收集到的结构震损信息计算得到整体结构的剩余抗震能力指数R，并进一步确定建筑物上部结构的损坏等级，即基本完好、轻微、中等、严重和倒塌。剩余抗震能力指数R被定义为损伤后的能力与损伤前的能力的比率。当95%≤R，结构为基本完好；当80%≤R<95%，结构为轻微破坏；当60%≤R<80%，结构为中等破坏；当R<60%，结构为严重破坏；当由于整体或部分倒塌而被视为R≈0，结构为倒塌。AnagnostopoulosS,MorettiM[86](2008年)介绍了希腊震后受损建筑应急检查的一些技术问题和地震损伤检查表（EDIF-EarthquakeDamageInspectionForm）。跟其他许多国家的做法一样，遭受地震损坏的建筑根据安全性和可实用性被分为三类：可安全使用、不可安全使用、危险。绿色、黄色和红色分别用于对这三类建筑的标记。与其他不同的是，希腊对于震损严重等级一般分为四类：基本完好、轻微破坏、中等到严重破坏、严重到倒塌。与之对应的破坏数量等级也被分为四级。首先，根据结构构件、非结构构件破坏的严重等级和数量等级评定出构件的破坏等级：红、黄、绿，如图1-7所示；然后，再根据不同结构构件、非结构构件破坏等级的组合，评定出整体结构的破坏等级，如图1-8所示。当然，构件破坏严重程度的判断是严格按照标准来判断的。非结构构件破坏结构构件破坏非结构构件破坏结构构件破坏非结构构件基本非结构构件基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏毁坏结构构件基本完好NLLMM轻微破坏LLMMM中等破坏MMMHH严重破坏HHHSS毁坏SSSSS建筑物破坏的规则基础结构构件破坏与非结构构件破坏N:基本完好L:轻微破坏M:中等破坏H:严重破坏S:毁坏建筑物破坏地面条件建筑物破坏地面条件地面条件地面条件非常好好中等差非常差建筑物破坏基本完好NLMHS轻微破坏LLMHS中等破坏MMHSS严重破坏HHSSS毁坏SSSSS建筑物状态的规则基础建筑物破坏与地面条件N:基本完好L:轻微破坏M:中等破坏H:严重破坏S:毁坏地面条件非常好好中等差非常差建筑物破坏基本完好UURPD轻微破坏UURPD中等破坏RRPDD严重破坏DDDDD毁坏DDDDD建筑物可居住性的规则基础建筑物破坏与地面条件U:可使用的R:受限制的P:禁止使用的D:危险的先存条件建筑物状态先存条件建筑物状态先存条件先存条件非常好好中等差非常差建筑物状态基本完好MMMRS轻微破坏MMRSS中等破坏RRSSS严重破坏SSSDD毁坏DDDDD建筑物破坏的规则基础结构构件破坏与非结构构件破坏M:不需修复或需轻微修复R:需修复S:需加固D:可能需拆除建筑物可修复性建筑物可居住性建筑物可修复性建筑物可居住性图1-6可修复性和可居住性评定流程图[91]GouletJ.A、MichelC和KiureghianA.Der[95]（2015年）通过地震前后对建筑物的几项环境振动监测，发现建筑物的损坏程度与固有频率的降低有关。他们希望了解震后城市中少量受损建筑的频率偏移和损坏状态之间的关系，进一步预测未经检查但受到监控的建筑物的安全状态。NouraH、MebarkiA和AbedM[102](2017年)用人工神经网络评估震后结构损伤。用于神经网络的控制参数有两组：结构部件组、辅助部件组。通过控制建筑物整体损坏的部件损坏的最佳组合来评定整体损坏。用于研究的3614座受损建筑是来自于阿尔及利亚布默德斯:Mw=6.8级（2003年5月21日）地震震后调查的一个数据库。人工神经网络预测和观察到的整体震害表明：70%的建筑物整体震害需要考虑辅助部件的损害；80%的建筑物整体震害需要考虑结构部件的损害；86%的建筑物整体震害需要同时考虑结构部件和辅助部件的损害。AllaliS.A、AbedM和MebarkiA[85](2018年)提出了一种基于模糊逻辑的震后建筑物损伤评估方法。收集了2003年阿尔及利亚布默德斯地震(Mw=6.8级)后的数千份震后调查评估表，每个部件的损坏程度从D1(无损坏)到D5(倒塌)不等，建筑物的整体损坏程度也是从D1(无损坏)到D5(倒塌)不等。结构整体的损伤程度等于各构件的损伤程度与对应权重乘积之和。在应用隶属度函数时，一个损伤等级为具有最高隶属值的最主要损伤等级，而其余损伤等级尽管影响较小，也是需要被考虑的。收集的数据库覆盖27，000多栋建筑，用于培训和验证程序。结果表明：90%的被调查建筑的理论评估值与实测值一致。损坏类型评估破坏程度破坏数量A.承重构件（柱、梁、剪力墙、框架节点、砌体墙）绿色1,21,2黄色23,432红色33,442,3,4B1.楼梯绿色1,21,2黄色23,432红色33,442,3,4B2.砌体填充墙绿色1,21,2,3,432黄色33,442红色43,4B3.女儿墙、屋顶、烟囱绿色1,21,2黄色23,432红色42,3,4C.建筑竖向垂直性绿色1,2黄色3红色4D.地面问题绿色1黄色2,3,4,5红色6图1-7构件损坏评估标准[86]编号各类构件的损伤评估建筑的整体评估1A或B1或B2：红色红色2A或B1或B2：黄色；B3：绿色黄色3A和B：绿色；C和D：黄色或红色黄色或红色4A和B：黄色；C和D：黄色或红色红色5A、B1和B2：绿色；B3：黄色或红色;C或D：绿色绿色（建筑局部需要处理）6A、B1、B2和B3：绿色绿色图1-8整体结构损坏评估标准[86]参考文献[1]柴相花.基于VB的地震现场建筑物安全鉴定系统[D].哈尔滨:中国地震局工程研究所硕士学位论文,2009.[2]陈国兴,柳春光,邵永健,等.工程结构抗震设计原理（第二版）[M].北京:中国水利水电出版社,知识产权出版社,2009.[3]陈贻源.模糊数学［Ｍ］.武汉:华中工学院出版社,1984.[4]地震现场工作第二部分:安全鉴定(GB18208.2-2001)[S].北京:中国标准出版社,2001.[5]东南大学，同济大学等．混凝土建筑结构设计—中册[M]．北京：中国建筑出版社，2003．[6]冯远,刘宜丰,肖克艰,等.来自汶川大地震亲历者的第一手资料—结构工程师的视界与思考[M].北京:中国建筑工业出版社,2009．[7]高建国.地震应急期的分期[J].灾害学.2004,19(1):11-15.[8]国家基本建设委员会建筑科学研究院主编.工业与民用建筑抗震设计规范(TJ11-78)[S].北京:中国建筑工业出版社,1979．[9]郭峦川.钢筋混凝土剪力墙结构震后安全性鉴定试验研究[D].哈尔滨:东北林业大学硕士学位论文,2016.[10]韩立岩,汪培庄.应用模糊数学[M].北京:首都经济贸易大学出版社,1998.[11]贺伸雄.模糊数学及其应用[M].天津:天津科学技术出版社,1982.[12]胡静娴.基于模糊综合评判的绿色建筑评价体系应用研究[D].河北工程大学硕士学位论文,2014.[13]胡淑礼.模糊数学及其应用[M].成都:四川大学出版社,1994.[14]胡晓鹏,徐雷,韩晓雷.汶川8.0级地震单层工业厂房的震害分析[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版