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台湾防震经验:耐震建筑 预警速报

(2013-04-20 13:58:32)
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杂谈

台湾防震经验:耐震建筑 <wbr>预警速报

《凤凰周刊》2010年13期 《凤凰周刊》 郑东阳

[内容摘要]:地震多发地区的台湾很早就发展了一套地震损失评估系统,结合台湾气象局的地震速报与早期警报系统,能在地震发生后几秒钟内分析可能的地震灾情。同时还成立了地震工程研究中心,负责监督建筑工程的防震质量。在经历“9·21”大地震后,更加大了地震自救知识的普及程度。

    从西宁辗转格尔木,770公里,13小时的火车跋涉,让台湾红十字会玉树地震医疗队副领队陈大诚习惯了在高原呼吸和工作。由于距离玉树较近,格尔木成为玉树地震中受伤民众的救治点。

来青海前,陈大诚是汶川地震台湾红十字会驻成都的重建办公室主任,和他同行的20名台湾医生与护士中,超过一半曾参与汶川大地震医疗队工作。

“小时候老师教我们地震来了,要躲在桌子底下是不对的。”除了救援与重建经验外,在玉树发生地震灾害后,汶川地震期间广为流传的网帖《台湾地震经验:躲在桌下最危险》再一次被网友们疯狂转发,成为“科普”知识。

“以台湾为师”的背后是,十年前曾经历过“9·21”大地震的台湾,“位于环太平洋地震带上,每年发生数万次大大小小的地震,平均每隔十年左右即会发生一次灾害性的大地震”。台湾教科书上的官方数据显示,台湾的地震断层为42条,近100年来岛上总共发生9起造成重大灾难的强震。

与大陆一样,台湾在很长一段时间里,地震知识也仅在中小学“地球科学课程”中有所介绍,防范知识也只有在“军训课程教材”中出现。但是经历过“9·21”大地震后,专门的地震与防灾课程与实战演练逐渐出现在中小学课堂上,公众也能不断通过大众媒体获得自救知识。

台湾很早就发展了一套地震损失评估系统,结合台湾气象局的地震速报与早期警报系统,能在地震发生后几秒钟内分析可能的地震灾情,以作为是否需要成立紧急应变中心和进行救灾资源调度的依据。同时还成立了地震工程研究中心,负责监督建筑工程的防震质量。

“中国地区一半以上的地震发生在台湾,加强地震的测报和研究就显得十分重要。两岸可以在这方面合作,更好地防震减灾,给民众带来福祉。”台湾中央气象局地震测报中心主任郭铠纹说。

早期警报系统和地震速报

在汶川和玉树地震中,大陆地震专家受到不少公众的质疑,台湾地震工程研究中心副主任黄世建却表示:“大陆在地震研究各分领域力量都很强,尤其是大陆的预测地震研究令人印象深刻。”

    不过,台湾的地震学者并没有把重心放在“预测”上,地震后的快报与预警才是他们关注的重心。 

“先生,你都不知道,太紧张了,我以为会完蛋掉。”2010348时,欲前往台中出差的高雄人潘乃昌,乘坐由高雄始发的台湾高铁正闭目养神时,突然被剧烈晃动惊醒。时速近300公里的列车紧急刹车,造成车头轻微出轨,所幸无人伤亡。

当日818分,台湾高雄县甲仙乡发生里氏6.7级地震。高铁沿线的的51处地震侦测器发挥了作用。地震发生后,高铁沿线的地表加速度超过了安全值40gal(相当于4级地震),警告系统立即发出讯号,受影响的区域内列车暂停运转,同时传递讯号到高铁行控中心进行后续应变调度,并提供维修单位检查及设施维护的参考。

正在行驶的6趟列车收到警讯后立即刹车,因当时的车速不同,最短的花了19 秒、最长的花82秒才完全刹住车。这场地震对运营3年多的台湾高铁而言,是影响最大的一次。6列运行中的列车停在轨道上,台湾高铁依标准作业程序,花4个多小时才疏散完旅客。

事后,台湾学界与媒体保持一贯的批评作风,对台湾高铁的防震能力、应变措施提出质疑。虽然批评不断,但不少台湾人感到庆幸。在“9·21”大地震后,台湾高铁为提升耐震度,重新检视高铁设计,花了四五百亿元台币强化土建工程,将高铁耐震度提高到7级,加上车内的地震告警系统,才避免了此次发生灾难。

“高铁的地震告警系统确实发挥了保护人命的功能,但是再多震三五秒,列车就飞出去了!”台湾逢甲大学运输科技与管理系副教授李克聪称,“台高铁建置的地震告警系统虽然师从日本,但是还是属于消极性、被动的灾害防制,日本的地震预警系统是积极性作为。”

李克聪所介绍的“日本地震预警系统”最早专门用于日本新干线的列车减速。20041023日,日本东北部发生6.8级地震,当时一趟新干线列车正好经过那里。地震预警系统此时发挥作用,得到警报后,列车断开电流,紧急刹车。不幸的是,3秒钟内,地震就呼啸而至,列车来不及完全刹住,稍微出轨,这是新干线40年来第一次出轨。但由于出轨不算严重,虽然乘客饱受惊吓但全员平安。

地震预警系统的原理十分简单。科学家认为,地震首先由从被称为P波的震动开始,P波波长很短,一般不会引起损害,但人类感觉不到。几秒钟之后(精确时间取决于该地与震中的距离),被称为S波的长波震动到达,它才是“罪魁祸首”。S波导致大地和建筑物摇撼,引起灾害。而地震预警系统就是依据一系列对P波的监测,赶在S波到达前发出电子警报。

预测地震是世界性难题,但是预警却被日本证明并非不能做到,虽然只能提供几秒到几十秒的预警,但常常足够让人采取适当的保护措施。200710月,日本将这种预警系统面向普通民众推广,通过大众媒体(包括电视和因特网)发布警报,让他们采取相应措施,包括离开电梯、藏身或避开砖石墙等。

在这次甲仙地震后,台高铁局提出仿效日本高铁,设置地震预警中心(之前的高铁是被动警告系统,未安装预警中心),为列车争取更多的刹车反应时间,降低地震损害。

事实上,除了高铁的防震系统外,台湾的早期警报系统和地震速报技术一直居于世界前列。

台湾的早期警报系统(EWS)是因19861115日花莲6.8级地震而开始推动建设的。当时,虽然震中位于花莲,但是大部分严重破坏却发生在离震中120公里远的台北地区。台湾地震专家测算,这个距离,S波到达需要30秒。因此,如果地震监测系统能对本地区产生威胁的大地震发生30秒内可靠地发布地震地点和地震级别,那么就能获得相应的预警时间。

而地震速报系统(RRS)则是早期警报系统发挥作用的重要保障。速报系统负责提供地震发生后1分钟以内的一切地震信息。

1995年,台湾中央气象局能做到在地震发生1分钟内提供地震烈度图、震中和震级参数和可能的破坏等信息,并以电子信息文件形式提供给政府机构和科学家,以便其作出决策。不过在1999年的“9·21”地震中,当时台湾气象局地震测报中心在地震发生后102秒,才监测到地震相关讯息,并向民众发出警报。

2008年,台中央气象局启用新的地震预警系统。该系统能够将规模大于四级以上的地震在35秒内速报,较1999年快67秒,能将地震所带来的损失降到更低。

2009年底,台气象部门称,已完成“地震实时预警系统”,地震发生时,防灾单位、台铁、捷运、医院、高科技产业等,将有“黄金20秒”应变时间。

不过台湾的预警系统很难被陆地面积广大的大陆复制,除台湾外,全世界也只有墨西哥、日本等国家在运用。有分析称,大地震并非经常发生,因此大部分国家和地区的政府都缺乏动力部署预警网络。

“中央灾害应变中心”

“报告‘总统’,我人现在就在指挥所!”20103月甲仙地震后,台陆军第八军团司令严德发在地震发生后第一时间就和副指挥官傅永明前往旗山甲仙乡公所开设成立指挥所。

当天上午830分,地震发生10分钟后,马英九办公桌上就已经摆上了最新灾情反应,847分第一架侦察机升空。1040分马英九准备前往高雄时,台湾军方传来消息:因为灾情完全控制,甲仙和旗山的指挥所已经完成任务,马英九不必亲自去了。

第一时间能获得“地震信息”,与台湾的地震损失评估系统(TELES)有关。

在地震发生后,TELES立即启动,包括地震灾害危险性分析、工程结构物损害评估、地震引发的二次灾害评估和社会经济损失评估四个方面。

TELES有助于地震发生后,应急部门制定紧急响应措施。在收到台中央气象局提供的震源参数资料后,加上当地地质条件和工程建筑物特性等参数,TELES可推测出地震可能导致的灾害规模和分布。如系统中的“震灾早期评估”功能,在参数输入后,该模块将自动启动,30秒至2分钟内会提供灾害评估结果的数据和图形,供应急响应指挥中心参考。

目前,TELES已陆续应用于台北市、嘉义市灾害防救计划的研究制定、国道高速公路通车路段桥梁的抗震加固效果评估、台北市一般建筑物震灾损失风险评估、台北市最大可能地震作用下的灾情分布和灾害规模等项目中。

当然,这套系统也已经应用于地震保险费率和风险分散对策的研究,成为提升社会整体抗灾能力的有效工具。

TELES的结果会摆在“中央灾害应变中心”桌面上。“中央灾害应变中心”是台当局在突发灾难时设立的临时机构,重大灾害发生或有发生之虞时,“中央灾害防救业务主管机关”在研究后,立即通知相关机关(团体)进驻该中心工作。在灾害情况紧急时,“中央灾害防救业务主管机关”首长可以以口头报告汇报召集人,书面报告三日内补提即可。

以地震为例,在地震强度达6级以上、预估有15人 以上伤亡或失踪,灾情严重、亟待救助时,“中央灾害应变中心”就应设立,进驻机关包括“内政部”、“外交部”、“国防部”、 “法务部”、“经济部”、“交通部”、新闻局、卫生署、环保署、海岸巡防署、公共工程委员、原住民族委员会、“国家搜救指挥中心”、“国家灾害防救科技中 心”、红十字会总会等,几乎涵盖了整个行政体系。

相对大陆解放军而言,台军在地震后的应变能力一直被诟病。不过在甲仙地震后,台军在地震第一时间前进灾区,将灾情降至最低,有舆论称,台军观念转型一大步,主要是已将救灾纳为“中心任务”之一。而严德发也在台湾南部民众心目中留下深刻印象。

台湾抗震工程

“台湾的前辈早就知道地震对台湾来讲是宿命。”台湾地震工程研究中心主任蔡克铨说。

他所在的台湾地震工程研究中心成立于1990年,主要是通过配合震前准备、震时应变、震后复建需要,整合台湾相关研究人员,强化对外合作管道,减轻地震灾害损失。目前中心建有地震模拟震动台、反力墙实验系统等。

地震工程研究中心与前文提到的中央气象局地震测报中心、还有各个大学的地质科学研究所是台湾地震研究的三大分支。“他们两个较注重地球板块运动和地震问题,而地震工程研究中心则较偏重结构工程的研究。”

此外,地震工程研究中心还负责抗震工程现状研究。

在“9·21”地震中,仅南投县的约500间校舍就有293间倒塌或者严重损坏。所幸地震发生在凌晨2时,倘若发生在上课时间,南投县中小学生总数约6.5万人,后果不堪设想。

此后,地震工程研究中心与台“教育部”合作,设计出一套抗震简易调查与评估方法,并利用实际校舍建筑进行实地试验验证,建立了数据库与审查机制。其中,数据库中包括了1.1万余座校舍的资料。通过计算发现,其中有相当一部分不合格,需要采取加固措施。

2001年开始,地震工程研究中心联合教育部门,对台湾省的中小学校舍进行加固工作。这项工作取了显著成效,同时吸引了印度、印尼、墨西哥等国的学者和研究人员在台湾参与各种各样的加固实验,学习台湾经验。

除了学校建筑外,受到“9·21”大地震的冲击,台湾其他建筑物结构耐震安全问题纷纷浮上台面。有鉴于此,台“内政部”建筑研究所与台湾建筑中心于2003年公布了“耐震标章认证制度”。

据台湾建筑中心介绍,“耐震标章”审查共包括设计与施工两阶段。在建筑物结构系统确定后,设计阶段完成30~40%时,建筑单位必须办理第一次设计察证,完成专业结构后,进行第二次设计察证。

“这样做的主要目的是为申请人提供结构设计技术与施工方法等建议,若设计审查通过,他们可以获得‘耐震设计标章’之殊荣。”

施 工阶段方面,为了得到“耐震标章”,建筑单位除了落实“建筑物耐震设计规范之耐震工程品管”等台湾法规规定外,其申请人还要聘雇一位以上有资格执行特别监 督工作项目的结构专业技师。专业技师针对建筑物的结构安全等相关项目进行周期性监督,定期打报告,以备耐震标章审查委员会审查。最后,施工审查通过后,才 可获得“耐震标章”。

为了能获得购房者的青睐,台湾开发商往往会以获得“耐震标章”为行销广告,获此标章的建筑物在结构安全上相对更完善,市场价值也更高。

此外,2000年,台湾“行政院”曾出台了《建筑物实施抗震能力评估及加固方案》,提出了20012006年的五年计划。这套方法和系统已延伸到警政消防建筑等其他公共建筑上,而私人建筑由于法规限制,还需靠民众自觉。

在“耐震标章制度”出台前,台湾虽然有越来越多建筑物采用减震系统,但系统各不相同,也没有第三方认证。如全台第一栋耐震豪宅、由富邦建设建造的“富邦戴维营”用的是免震装置,但是除了建筑方的承诺外,并没有第三方机构对其防震功能进行鉴定。

“耐震标章制度”诞生后,建筑物的耐震设计从此有了公正独立的第三方特别监督,对于攸关结构体安全的重点施工与恶意的偷工减料等问题,能实施更好的质量控管。

“夺 命的是建筑物。汶川地震有很多严重倒塌的学校带来的遗憾,这给台湾一个警惕,除住宅该重视耐震设计外,出入人数众多的公共领域更需要注重施工质量与地震安 全规划,如公共工程、老旧校区改建等率先响应‘耐震标章’等制度,将是最容易起步的方式。” 台湾建筑中心董事长徐文志称。

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