生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法与流程

本发明属于地震工程领域，涉及一种生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法。
背景技术：
：中国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，地震区域广，强度大，发生频率高，与此同时，我国正处于经济快速发展的使其，城市中社会财富和人口高度集中，确保城市地震安全将是我国长期面临和需要解决的问题。生命线工程系统指维系城镇与区域经济、社会功能的基础设施与工程系统。主要包括交通系统、供(排)水系统、输油系统、燃气系统、电力系统、通讯系统、水利工程等工程系统，为人们日常提供基本服务和必需品的分布网络系统，是重要的物资和能源的输运系统，也是现代化城市、商业经济区和农工地区能够正常运转的基本因素，它是现代社会人类生产生活所依赖的工程系统，更是地震发生后一切应急救援活动的重要依托和前提。生命线系统震害损失评估工作的研究起源于20世纪70年代，美国政府颁布了国家减轻地震灾害法，在全国重点城市开展生命线工程震害损失评估研究。随后，美国、日本等国陆续开始了生命线工程震害损失评估方法的研究；20世纪90年代，人工神经元网络和专家系统对生命线工程震害损失分析方法以及模糊数学和灰色系统理论也在生命线系统评估中得到广泛应用。我国的生命线工程震害损失评估开始于20世纪90年代初。生命线工程地震损失＝地震危险*抗震能力*损失比*社会财富抗震能力也称易损性，它既包括工程结构的抗震能力，也包括社会系统、政府部门和人对地震的反应能力、承受力等，一般用震害矩阵或破坏概率矩阵表示。损失比是指给定破坏等级下的损失与工程设施重置价之比，是随破坏状态(等级)不同而变化的量。生命线工程具有复杂性、网络性、广泛性以及重要性等特性。首先生命线工程包括的工程系统众多，每类工程系统的地震灾害响应和失效机理都不相同。其次，不同地区的不同类型的生命线工程系统的损失比千差万别。因此，生命线工程地震灾害损失评估是一项十分复杂的工作，尤其是快速评估。我国先后开展了一些针对大中城市的震害预测研究及首都圈城市防震减灾示范研究等，部分城市还建立了城市防震减灾信息管理与辅助决策系统。周神根、朱美珍、郭恩栋、冯启民、谢礼立等对生命线工程各个系统震害损失评估开展了大量的研究工作。但是地震灾害损失评估方法还处在依赖评估人员实地考察确定震害等级，进而计算经济损失的阶段。而建筑工程结构的震害评估工作，基于这些结构日趋完善的地震易损性关系，在基础资料详实可靠的情况下，已经能做到真到的快速评估。当前对生命线工程震害损失评估方法的基础性研究很多，但是目前已有的评估方法存在以下几个方面的问题：1.基础资料收集困难导致评估方法有很大的局限性：由于生命线工程包含多个系统，如供电系统、通讯系统、交通系统等，各个系统涵盖的内容不同，基础资料的收集渠道十分复杂，开展一个城市或地区的基础资料收集工作一般需耗费十余人、月余时间才能完成，有时候尚需做补充调查。在没有开展基础资料调查收集的地区，无法对生命线工程系统进行分析和预测，导致评估方法具有很大的局限性。2.目前现有的生命线工程震害损失评估方法适用范围较窄，尚无一种方法，能够涵盖大到市中区，小至村庄中生命线系统的地震损失评估方法，不能及时且较准确地对所有可能发生地震的地区的生命线工程给出震害损失评估结果。因此，本发明公开了一种生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，采用分区分类的方法建立生命线工程经济损失与建筑物地震直接经济损失的函数关系，可基于建筑物的经济损失计算生命线工程的地震直接经济损失。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，用以解决现有技术中评估方法中基础资料收集难度大、适用范围窄导致无法及时且较准确地对所有可能发生地震的地区的生命线工程给出震害损失评估结果的问题。本发明提供了下述方案：一种生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，其用于快速评估不同区域在概率地震或设定地震作用下生命线工程经济损失值，包括以下步骤：步骤一：建立分区模型，对模型区域进行网格分区分类，根据所述模型区域内各网格综合抗震能力影响系数分布将所述模型区域网格划分为若干分区；步骤二：收集模型区域历次历史地震的灾害直接损失评估报告震害资料，获取不同分区的生命线工程经济损失同建筑物直接经济损失的比值关系，建立各分区损失模型；步骤三：对预评估地区按照步骤一进行网格分区分类，并获取其建筑物在概率地震或设定地震作用下的直接经济损失；步骤四：将步骤三中所得数据带入到步骤二中的分区损失模型中，得到所述预评估地区内各网格的生命线工程经济损失值。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，所述模型区域以公里为单位进行网格分区分类，所述网格按照综合抗震能力影响系数划分为6个分区。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，所述网格的综合抗震能力影响系数为所述网格内综合土地利用类型公里网格数据、人口公里网格数据、GDP公里网格数据和设防烈度矢量数据及行政区划影响通过层次分析法、综合评价法等数学方法计算得到的综合抗震能力影响系数。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，所述土地利用类型公里网格数据中土地利用类型根据行政区划和城镇建设用地比例分成省会级城市城镇建设用地、省会级城市非城镇建设用地、地级市城镇建设用地、地级市非城镇建设用地、及县级市城镇建设用地和县及县级市非城镇建设用地六类，其影响系数分别为0.6、0.15、0.45、0.1、0.3和0.05。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，所述设防烈度矢量数据中，设防烈度为8度及以上对应的影响系数为0.1，设防烈度为6-7度地区对应的地震影响数据为0.05，其他为0。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，其特征在于，当烈度为I时，所述建筑物直接经济损失的计算公式为：其中：L1(I)——烈度为I时的建筑物直接经济损失总和；Ps[Dj|I]——s类建筑的易损性矩阵；Bs——s类建筑的总面积；bs——s类建筑的重建费用(元/m2)；εbj——s类建筑发生j级破坏时的损失比。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，所述易损性矩阵的计算公式为：式中：D——欲模拟地区某类建筑的震害矩阵；A1——已知样本某类建筑中设防结构的震害矩阵；A2——已知样本某类建筑中未设防结构的震害矩阵；α——预测区设防结构建筑面积占整体结构建筑面积的比值；β——预测区未设防结构建筑面积占整体结构建筑面积的比值；ξ1i——预测区设防结构的影响因子大小；ξ2i——预测区未设防结构的影响因子大小；n——影响因素的个数；其中：如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，建筑的总面积分类统计，其中所述建筑分为四类，分别为钢及钢筋混凝土结构、混合结构、砖木结构和其他结构。如上所述的生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，进一步优选为，根据所述预评估区域在概率地震或设定地震作用下各网格的生命线工程直接经济损失值，绘制基于网格的生命线工程地震直接经济损失分布图。本发明公开了一种生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，能够方便快捷地计算生命线工程地震直接经济损失，解决了生命线工程评估困难的问题。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、将生命线工程直接经济损失评估按六类分区分别考虑，比以往按城市和农村进行简单划分更加科学合理；2、利用震害资料建立实际地震下不同地区建筑物损失和生命线工程损失的函数关系，解决了生命线工程复杂繁多、难以统计和计算其经济损失的难题；3、以公里网格为单位比以往按行政区划进行统计，在空间分布上更加科学准确；4、本发明可通过更新基础数据，以及丰富震害资料的方法动态的修正和调整分区损失模型。附图说明图1为本发明的分区分类流程图；图2为本发明的生命线工程地震直接经济损失评估方法的流程图；图3a-3f为本发明各类地区生命线工程经济损失同建筑物经济损失比值；图4为本发明建筑物地震直接经济损失计算流程。具体实施方式下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。如图1-2所示，本发明公开了一种生命线工程分区分类地震直接经济损失评估方法，其用于快速评估不同区域在概率地震或设定地震作用下生命线工程直接经济损失，包括以下步骤：步骤一：建立分区模型，对模型区域进行网格分区分类，根据所述模型区域内各网格综合抗震能力影响系数分布将所述模型区域网格划分为若干分区；步骤二：收集模型区域内历次典型历史地震的灾害直接损失评估报告等震害资料，获取不同分区的生命线工程经济损失同建筑物直接经济损失的比值关系，建立各分区损失模型；步骤三：对预评估地区按照步骤一进行公里网格分区分类，求出其建筑物在概率地震或设定地震作用下的直接经济损失；步骤四：将步骤三中所得数据带入到步骤二中的分区损失模型中，得到所述预评估地区内各网格的生命线工程经济损失值。上述步骤主要是考虑模型区域内不同省份、同一省份不同城市、郊区及农村等不同区域人口数量及空间分布情况、经济发展水平情况、土地规划利用情况、设防烈度差异情况以及各地区生命线工程结构构造特点等因素均具有差异，首先将模型区域进行网格划分，并综合核算各网格中情况给出权重值及影响系数，然后根据影响系数分布将模型区域内网格划分为若干分区；其次，收集并查询历次典型历史地震的灾害直接损失评估报告等震害资料，通过整理报告中建筑物直接经济损失同生命线工程经济损失的关系，寻找二者之间的规律；考虑到不同地区发展规模和经济水平不同，按照上述分类方法对不同分区分别进行分析，然后统计整理六类地区建筑物地震直接经济损失和生命线工程经济损失，并对其进行线性统计回归分析，分别得到若干分区生命线工程经济损失同建筑物直接经济损失的比值关系，建立各分区损失模型；再次，计算预评估区域内各网格的建筑物直接经济损失；最后，将预评估区域内各网格的建筑物直接经济损失代入上述生命线工程经济损失同建筑物直接经济损失的比值关系公式中，得到其生命线工程经济损失。进一步的，模型区域以公里网格为单位进行网格划分。本实施例中均采用公里为单位进行网格划分。进一步的，网格的综合抗震能力影响系数为综合所述网格内土地利用类型公里网格数据、人口公里网格数据、GDP公里网格数据和设防烈度矢量数据及行政区划影响通过层次分析法、综合评价法等数学方法计算得到的综合影响系数。以上数据可通过购买或自行进行数据处理来获得，可通过收集整理我国人口普查数据、统计年鉴数据、地震年鉴数据、地震应急数据库数据等资料，创建模型区域土地利用类型、人口、GDP的公里网格数据库，以及设防烈度适量数据库。模型区域分区分类方法研究对于上述数据，有如下数据要求：(1)土地利用类型公里网格数据：该地区每个公里网格内包含城镇建设用地百分比的值以及土地利用类型；(2)人口公里网格数据：该地区每个公里网格内包含人口数量值；(3)GDP公里网格数据：该地区每个公里网格内包含GDP产值；(4)设防烈度矢量数据：该地区每个区域包含设防烈度值，6～9。然后基于上述基础数据，利用统计学方法，分别给出权重值及影响系数，最终通过各影响系数加权，建立分区分类规则。本实施例中还给出了上述基础数据的影响系数确定方法：1)公里网格土地利用类型影响系数的确定首先将模型区域每个公里网格按行政区划分成省会级城市市区、地级市市区和县级县级市三类，然后分别赋予土地利用类型中城镇建设用地的百分比。通过大量数据分析及同实际情况对比得出，当城镇建设用地>40％时，则该网格为该类人口和房屋较密集区，为城镇建设用地，否则为非城镇建设用地。分别统计分析省会级城市、地级市和县及县级市城镇建设用地情况，得出土地利用类型影响系数。2)公里网格人口影响系数的确定以每个省省会级城市为参考，计算市区公里网格人口平均值，并以此值作为人口影响系数的基准值(人口≥平均值的影响系数计为1)，同时赋予权重值，将我国大陆地区所有公里网格附值，得到每个公里网格人口影响系数值。3)公里网格GDP影响系数的确定同样以每个省省会级城市为参考，计算市区公里网格GDP平均值，并以此作为GDP影响系数的基准值(GDP≥平均值的影响系数计为1)，赋予权重值，将我国大陆地区所有公里网格附值，得到每个公里网格GDP影响系数值。4)公里网格设防烈度影响系数的确定采用模型区域内的地震烈度区划图中的的设防烈度值，分别考虑设防烈度8度及以上地区，设防烈度6-7度地区和其他地区三种情况，根据历次地震震害统计数据并依靠专家经验，给出影响系数值。对于中国，可采用第四代《中国地震烈度区划图》中格线设防烈度值。5)网格公里综合影响系数的确定将上述4个影响系数值加权求和，得出每个公里网格总影响系数值ωn。分析各公里网格的影响系数值的分布情况，综合考虑行政区划等因素，将上述公里网格分为若干地区，进行分类统计。优选的，本发明中，将上述公里网格分成六类区域。生命线工程地震直接经济损失分析方法研究收集整理模型区域内5.0级以上的地震的灾害直接损失评估报告，通过整理报告中建筑物直接经济损失同生命线工程经济损失关系，寻找二者之间的规律。考虑到不同地区发展规模和经济水平不同，按照上述分类方法分成六类地区分别进行分析。统计整理六类地区建筑物地震直接经济损失和生命线工程经济损失，并对其进行线性统计回归分析，得到六类地区生命线工程经济损失同建筑物直接经济损失比值关系。如图3a-3f，本发明以中国为例，收集整理了自2006年以来大陆震级为5.0级以上的63次地震的灾害直接损失评估报告，分别整理了出了六个分区的生命线工程经济损失同建筑物经济损失比值。建筑物直接经济损失的计算参照上述网格划分方法，在概率地震或设定地震作用下，对预评估地区首先进行公里网格分区分类。然后根据预评估区域的建筑物分布计算建筑物地震直接经济损失。在已知公里网格的建筑物地震直接经济损失的情况下，对应其所述分区的生命线工程经济损失同建筑物经济损失比值，计算得到该公里网格设定地震区域内生命线工程直接经济损失值。进一步的，基于上述公里网格的生命线工程直接经济损失值，利用GIS软件平台，绘制基于公里网格的生命线工程地震直接经济损失分布图。本发明以乌兰察布作为预评估区域，进行其生命线工程直接经济损失值的计算，以辅助说明本发明所公开的方法。在本实施例中，其主要分为3个步骤：(1)将内蒙古自治区乌兰察布市按公里网格对生命线工程进行分区；(2)计算内蒙古自治区乌兰察布市建筑物地震直接经济损失；(3)计算内蒙古自治区乌兰察布市生命线工程直接经济损失。1、乌兰察布市分区分类计算1)公里网格土地利用类型影响系数的确定首先将内蒙每个公里网格按行政区划分成省会级城市(呼和浩特)市区、地级市市区和县及县级市三类，然后分别赋予土地利用类型中城镇建设用地的百分比。以城镇建设用地40％为界限，将内蒙分别按照省会级城市、地级市、县及县级市分成六类，分别统计分析六类城镇建设用地所占比例情况，给出影响系数，见下表。2)公里网格人口影响系数的确定首先计算呼和浩特市市中区所有网格人口平均值，以此值作为人口影响系数的基准值(人口≥平均值的影响系数计为1)，同时赋予权重值，得到内蒙每个公里网格人口影响系数值。3)计算呼和浩特市市中区所有网格GDP平均值，以此值作为GDP影响系数的基准值(GDP≥平均值的影响系数计为1)，赋予权重值，得到内蒙每个公里网格GDP影响系数值。4)公里网格设防烈度影响系数的确定5)将上述4个影响系数值加权求和，得出每个公里网格总影响系数值ωn。分析内蒙综合影响系数分布情况，将内蒙按照下表分成六类。类别综合影响系数ωn10.6<ωn≤1.020.42<ωn≤0.630.3<ωn≤0.4240.2<ωn≤0.350.15<ωn≤0.26ωn≤0.15利用GIS软件，绘制内蒙古自治区乌兰察布市抗震能力的分区分类图。2、乌兰察布市建筑物地震直接经济损失计算1)建筑物地震直接经济损失计算公式当烈度为I时，房屋建筑的直接经济损失值按以下公式计算：其中：L1(I)—烈度为I时的房屋建筑直接经济损失总和；Ps[Dj|I]—s类建筑的震害矩阵；Bs—s类建筑的总面积；bs—s类建筑的重建费用(元/m2)；εbj—s类建筑发生j级破坏时的损失比。2)建筑物地震直接经济损失计算模块根据上述公式，基于GIS平台编制一个计算模块，其中计算模块中建筑物地震直接经济损失计算流程的如图4所示。a)计算地震易损性矩阵(模拟震害矩阵)根据设防水准的不同，参考建筑物群体震害预测方法，计算得到不同设防水准的标准震害矩阵，然后得到易损性矩阵：式中：D——欲模拟地区某类建筑的震害矩阵；A1——已知样本某类建筑中设防结构的震害矩阵；A2——已知样本某类建筑中未设防结构的震害矩阵；α——预测区设防结构建筑面积占整体结构建筑面积的比值；β——预测区未设防结构建筑面积占整体结构建筑面积的比值；ξ1i——预测区设防结构的影响因子大小；ξ2i——预测区未设防结构的影响因子大小；n——影响因素的个数；其中：通过整理分析2006年以来我国大陆地区震级为5.0级及以上的63次地震的灾害直接损失评估结果，按照六类地区划分结果(已经由步骤1得到)，综合专家经验，给出六类地区五种结构类型的调整系数，标准矩阵分别乘以调整系数α、β、γ等得到该类地区的易损性矩阵，其中调整系数因分区不同而不同。b)收集房屋公里网格数据本实施例中，分别收集乌兰察布市内钢筋混凝土结构、砌体结构、砖木结构和其他结构的网格分布图，并分别计算各公里网格内各结构的面积，并生成表格。c)通过年鉴或其它资料获取重置单价表乌兰察布地区不同结构的重置费用表单位：元/平方米d)收集房屋破坏等级折损数据根据国家标准GB/T18208.4—2011《地震现场工作第4部分：灾害直接损失评估》中的规定进行取值，并可根据实际情况进行微调；e)建筑物地震直接经济损失计算结果四类数据(分区分类结果、房屋面积、重置费用、损失比)准备好以后，就可以编制建筑物直接经济损失评估模块进行计算。之后带入模型区域中生命线工程经济损失同建筑物直接经济损失的比值关系，计算设定地震作用下地震直接经济损失，并基于GIS平台绘制公里网格分布图。与现有技术相比，本发明所公开的一种低导热遮阳窗套板2具有以下有益效果:1、创新按经济发展水平将生命线工程分为多类地区，比以往按城市和农村进行简单划分更加科学合理；2、利用震害资料建立实际地震下不同地区建筑物损失和生命线工程损失的函数关系，解决了生命线工程复杂繁多、难以统计和计算其经济损失的难题；3、以公里网格为单位比以往按行政进行统计，在空间分布上更加科学准确；4、本发明可通过更新基础数据，以及丰富震害资料的方法动态的修正和调整分区损失模型。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页1 2 3