住宅类建筑抗震隐患及薄弱区排查方法

[摘要]历次地震灾害情况表明，城镇住宅建筑在地震灾害发生时造成伤亡最大，损失最多。某部门对城区住宅类建筑抗震薄弱区域抗震隐患进行调查。本次调查的主要任务是确定城区的抗震薄弱区，并查找薄弱区房屋建筑的抗震薄弱环节及抗震安全隐患，为城市安全提供数据支持，为政府主管部门在棚户区、城中村和危房改造决策过程中提供依据。此外，本次调查可为即将开展的第一次全国自然灾害综合风险普查工作提供部分数据，减少镇江市房屋建筑普查的工作量。

[关键词]抗震隐患，抗震薄弱区，住宅建筑，排查导则

国外在建筑抗震排查领域，特别是在快速鉴定建筑抗震性能方面的研究，美国、日本、欧洲一些国家和新西兰具有代表性且走在时代前列。美国联邦应急事务管理局，制定了建筑抗震能力快速判定方法RVS[1]，对以往地震中房屋的损坏情况进行调查研究后，不同于以往的评分系统，它不再依赖结构上的任何计算，而是完全根据建筑的结构样式、使用功能、场地环境、外观质量与规范的符合情况等各方面的调查数据进行评分。日本有很多关于抗震能力评定的方法，现在使用最广泛的是根据日本建筑防灾协会颁布的《既有钢筋混凝土结构建筑物抗震诊断标准同解说》中的三级评价法进行评定[2-3]，该三级评价程序适用于同区域同类型的既有建筑的评价，采用低级的评价程序筛选出安全的建筑，而对不满足要求的建筑用高等级的评价程序进一步评价[4-5]。欧洲规范体系为响应国家防震减灾的决策，为现有建筑的抗震性能制定了相应的评价标准，结构抗震设计篇为建筑物全寿命周期内的建筑结构抗震安全提供了依据。2006年，新西兰地震工程师协会颁布了《既有建筑抗震评价与抗震性能提高措施指南》，在对既有建筑的评价方面，该指南着眼于震中房屋倒塌带来的生命安全问题，重点在于减少甚至消除结构出现不良倒塌模式时对局部或整体结构抗震性能的影响[6]。以往抗震理论都是建立在地震灾害的调研基础上，结构的基本抗震构造措施恰当与否同样以震灾的调研作为检验标准。1968年，我国开始编制有关抗震鉴定与加固的标准规范，至今已有49年，在这近半个世纪的时间里，我国经历了几次大的地震灾害，标准也随之进行了几次修订，总的来说我国现有建筑抗震排查的发展主要经历了以下三个阶段[7-8]：第一阶段：从1966年河北邢台地震至1975年辽宁海城地震，这是我国抗震鉴定加固的萌芽阶段。这一阶段主要对抗震评估方法和加固技术进行了基本的探索，并在实践中验证了开展鉴定加固工作的有效性。第二阶段：自1975年海城地震后至1989年《建筑抗震设计规范》（GBJ11—1989）的出台，是我国抗震鉴定的蓬勃发展时期。这标志着抗震鉴定与加固已成为我国抗震工作的重点，并逐渐变得规范化，具有里程碑意义。第三阶段：自1989年规范执行起，我国抗震鉴定及加固进入了综合发展阶段。1995年《建筑抗震鉴定标准》（GB50023—95）（以下简称“95”规范）的制定和实施是该阶段的标志性进展。纵观国内外研究现状，我国的抗震排查过程还需要构建更加完整的快速排查理论体系，同时应该开发快捷高效的排查措施。20世纪80年代以前兴建的各类建筑物基本上都未采取有效的抗震设防措施，现存的绝大部分城中村的房屋抗震能力难以满足抗震设防要求。另外，城区内存在的解放前后建设的住宅现状也是破旧不堪。一旦发生地震灾害，中心城区存在的这些老旧房屋遭受的破坏将非常严重，容易造成“小震大灾”。这些存量的抗震隐患大的建筑对城市抗震安全提出了严峻挑战，对城市韧性发展形成了较大阻碍。镇江市房屋安全和抗震技术指导中心联合南京工大建设工程技术有限公司，组织技术力量对镇江市中心城区抗震薄弱区域住宅类建筑抗震隐患进行了调查。调查工作主要采取典型随机调查的方式，以划分好的工作单元作为平台，在各类型住宅建筑中随机选取调查对象，通过整理分析调查结果，既为镇江市城市韧性发展方案和城市空间发展总体规划的制定提供理论依据，也为市政府在城市抗震薄弱区域的抗震性能提升改造提供决策依据。

1方法概述

由于抗震风险调查需要的目标建筑物数量庞大，在实际工作中一般采取抽样的方法进行建筑物风险评估。因此需按照适宜的比例进行目标建筑的初筛，从而为后续工作提供开展的方向，且有利于各个工作组的工作安排。不同年代的建筑物，抗震设防标准与建筑物抗震设计管理制度不同，因此可根据建筑物年代对需要进行抗震风险排查的建筑物进行筛选。为了保证抗震风险调查建筑初筛的合理性，必须进行以下资料的准备：遥感影像图、地形图、房屋分布现状图、房屋分布历史图、建筑设计图、结构设计图。然后对不同年代的地形图、遥感影像进行配准处理，然后再进行图像的叠加和标识，从而选取出指定年代的建筑物。对于正规小区，当小区内房屋建造年代、结构类型、户型/层数等基本相同，可将整个小区划分为一个工作单元；当小区内房屋建造年代、结构类型、户型/层数等不相同，应根据建造年代、结构类型、户型/层数等将小区划分为多个工作单元；小区周边零星房屋可划分为一个单独的工作单元（若建造年代、结构类型不同，应将其细分为多个工作单元）；对于城中村及棚户区，应根据房屋建造年代、结构类型，并结合道路、桥梁、地形、水系等进行工作单元划分。对于工作单元抽样方法，对于正规小区抽取不少于总样本数5%（且各类型建筑不少于2栋）的房屋进行薄弱区调查，在薄弱区抽样比例基础上额外抽取不少于总样本数10%（且各类型建筑不少于4栋）的房屋进行隐患调查，同时根据专家意见：实际调查中应抽取不少于总样本数15%（且各类型建筑不少于6栋）的房屋，同时进行薄弱区和隐患调查；对于城中村及棚户区：抽取不少于总样本数10%（且各类型建筑不少于4栋）的房屋进行薄弱区调查，在薄弱区抽样比例基础上额外抽取不少于总样本数20%（且各类型建筑不少于8栋）的房屋进行隐患调查，同时根据专家评审意见：实际调查中应抽取不少于总样本数30%（且各类型建筑不少于12栋）的房屋，同时进行薄弱区和隐患调查。对于单体建筑抗震性能的快速评定方法也是本项目的创新之一，主要流程为：根据结构类型的不同选取不同的建筑物抗震能力影响因子；进行建筑物抗震能力影响参数的采集，对于有设计图纸的建筑物可直接根据设计图纸采集相应能力影响参数，对于无设计图纸的建筑物则需到现场进行采集；对建筑物抗震能力影响因子，进行分级评判，得出不同因子的抗震能力指数；对不同抗震影响因子的抗震能力指数采用层次分析法[9]（AHP法，AnalyticHierarchyProcess）进行综合分析；建筑物抗震能力指数的计算公式为：SC=∑PiIi其中：SC为建筑物抗震能力指数，PiIi为建筑物不同抗震能力影响因子的权重，Ii为建筑物不同抗震能力影响因子的指数，i为建筑抗震影响因子个数；采用层次分析法进行综合分析后，将建筑物抗震能力分为良好（SC≥0.8）、中等（0.5≤SC<0.8）、差（SC<0.5）三个等级。抗震薄弱区评定方法是在统计分析大量单体抗震性能评价基础上进行的，其评价方法也是本项目中的特色内容。抗震薄弱区划分需要综合考虑基准系数、经济条件、抗震设防等级以及政府部分的决策等多方面因素。抗震薄弱区的基本比例可以确定为6∶4，该比例作为考虑其它因素调整的基础。考虑经济条件，以江苏省为例，江苏地处长江经济带，省域经济综合竞争力居全国前列，是中国经济最活跃的省份之一，是唯一所有地级市都跻身百强的省份。江苏人均GDP、综合竞争力、地区发展与民生指数均居中国各省前列，成为中国综合发展水平最高的省份之一。但由于历史原因，江苏省内各市的经济发展程度不一，总的来说，以南京和南部地区较为发达，北部地区和中部地区稍有落后。以江苏省内各市的GDP为依据，并根据该数据给出了相应的调整系数。江苏省处于华北地震区的郯城-营口地震带上，同时因为江苏省人口密度较大、工业化程度较高，因此地震对江苏省人民生命财产安全有着较大的威胁。江苏省内各地区的地理环境和地质构造不同，其抗震设防等级也不同，按照《中国地震动参数区划图》进行划分，并以此为依据给出相应的调整系数。最后政府部门可以根据当地当时的各种条件，设定决策调整系数，系数取值不应低于1.0，不宜大于1.25。对于抗震隐患评定其调查结论可以分为：（1）应采取措施：即当主控项有一项不符合相关要求时，可判断该房屋存在抗震隐患，应采取措施；（2）应进一步抗震鉴定：即当主控项全部符合要求，一般项有两项及以上不符合相关要求时，可判定该房屋应进一步抗震鉴定；（3）基本满足抗震要求：即当主控项全部符合要求，一般项有一项不符合或全部符合相关要求时，可判定该房屋基本满足抗震要求。当抽测单元中同时具有抗震能力为良、中、差的房屋，导致无法进行抗震薄弱区判定时，应对抗震能力评定为中的房屋，结合隐患调查结果进一步判定。当抗震隐患结果评定为应采取措施或应进一步鉴定时，该房屋抗震能力等同于差；当抗震隐患结果评定为基本满足抗震要求时，该房屋抗震能力等同于良，最终重新进行薄弱区判定。

2项目简介

2.1区域概况

镇江市地处江苏省南部，位于长江下流南岸、长江三角洲顶端，长江和京杭大运河交汇处。东南接常州市，西衔南京市，北望扬州市，东北邻泰州市。地跨北纬31°37′～32°19′、东经118°57′～119°58′。面积3840km2，城区面积1088km2。常驻人口319.64万人，户籍人口270.78万人。镇江市为江苏省省辖市，现辖丹徒、京口、润州3个市辖区及镇江新区、镇江高新技术开发区2个部级开发区，代管丹阳、句容、扬中3个县级市，有31个镇、25个街道办事处、1个场圃和281个居委会、489个村委会。镇江市地处淮阳山字型构造东翼的宁镇反射弧的中东段，茅山山脉为反射弧的脊柱，而东昌大断裂南侧的句容、丹阳之间的相应凹陷盆地为马蹄形盾地，市区正处在弧顶部位，呈典型的山字型构造形迹。由于新华夏系压性兼扭性构造带从茅山地区北向延伸，反接于弧顶，破坏了原反射弧弧顶构造的完整性和连续性，呈现目前的构造特征。地震活动资料表明：镇江市历史上曾经发生过4次破坏性地震，最大震级为5级。历史上发生的破坏性地震使镇江市遭受了一定的人员伤亡和财产损失，它们既有发生在镇江市范围内的地震，也包括发生在镇江市邻近地区的地震。现代小震活动相对也比较频繁。2000年以来，镇江市辖区内发生ML≥1.5级以上地震多次。其中，2008年7月6日句容与南京栖霞交界处发生的ML3.6级地震和2009年11月13日句容与南京江宁交界处发生的ML3.4级地震，其震中有明显震感。同时，镇江邻近地区的常州、扬州、常熟以及南黄海等地区多次发生5级以上地震，镇江市均受到不同强度的波及，造成了一定的社会影响。遭受最大的远场强震影响的是1668年7月25日山东郯城发生的8.5级大地震，该地震对镇江的影响烈度可达Ⅵ度。2008年5月12日四川汶川发生的8.0级地震，镇江市也有明显震感。镇江市辖区内所有陆地面积全部位于国务院确定的地震重点监视防御区内，全市所有行政区域均需进行抗震设防。镇江市城镇密集、人口密度大、经济发达、社会财富集中，一旦发生中强地震，极有可能造成较大的经济损失和人员伤亡。据中长期预报分析：镇江市具备发生5级及以上地震的构造背景，震情不容乐观。地震震源浅、灾害重是镇江市的基本市情之一。

2.2调查范围

经统计，镇江市共需完成225个社区房屋建筑调查工作，不完全估计，镇江市中心城区现有建筑16.9万多栋，逐一排查工作量巨大并会耗费大量的时间。且目前城市建设速度快，发展变化大，每年都有大量新建建筑物竣工，也有不少城市建筑物被拆除。如果本次调查拖的时间过长，建筑物抗震排查就失去了意义。因此，应坚持宜简不宜繁、宜粗不宜细、宜快不宜慢的原则，对城区的建筑物进行相对科学的筛选。综合考虑后，调查工作组决定对城区国有土地上建造的所有住宅类房屋进行调查。根据各版本抗震设计规范实施时间进行分析后，认为2001年以后（即执行2001版《抗震设计规范》）建造的住宅建筑抗震性能较好，本次调查中没有对其进行现场调查，直接判定其抗震性能满足要求。根据镇江市勘察测绘研究院统计结果，镇江市中心城区现有建筑169000多栋，根据上述原则初步筛选后，2001年之前现存量住宅建筑65000多栋，建筑面积1310000多m2。排除已拆迁及不在本次调查范围内的房屋。根据镇江市勘察测绘研究院提供的资料筛选出调查建筑后，现场走访时发现部分房屋已拆迁或即将拆迁。图1、图2为现场调查走访时拍摄的已拆迁房屋的现状照片。

3项目实施

3.1导则编制及试点

本次调查涉及225个社区房屋建筑，近16.9万多栋建108筑，工作量巨大、实施难度高，因此合理地进行工作安排至关重要。为保证项目组织实施有效进行，镇江市房屋安全和抗震技术指导中心在大量调研的基础上组织编制了《工作导则》，并结合试点社区的调查工作验证了本次调查组织实施的科学性、合理性。

3.2人员组织

本次调查工作在江苏省住房和城乡建设厅、镇江市房屋安全和抗震技术指导中心的组织领导下，依托南京工大建设工程技术有限公司、南京工业大学土木工程学院及测绘科学与技术学院、镇江市建设工程质量检测中心有限公司、镇江市勘察测绘研究院等多家单位作为技术支撑，共同合作完成。

3.3调查计划

按照镇江市房屋安全和抗震技术指导中心制定的工作计划，自2019年10月开始，南京工大建设工程技术有限公司及镇江市建设工程质量检测中心有限公司按照工作计划采取分块包干制，按时、按量、按质完成各自调查范围内房屋建筑抗震隐患调查工作，并定期向镇江市房屋安全和抗震技术指导中心汇报工作进展。对于在调查过程中发现的问题，各参与单位充分讨论、论证，及时修改、补充、完善《工作导则》。2020年5月中旬，所有现场调查工作全部顺利完成，基本满足了原定工作总体计划安排要求。各社区调查情况单独进行了汇总，并进行数据分析。

4创新调研方式

4.1建筑物筛选方法

本次调查时间紧、涉及住宅数量巨大，如果采用常规的通过调阅被调查建筑物的图纸资料或建造资料获取建筑相关信息的方式，不仅要耗费大量的人力和时间，而且有可能不能取得调查需要的建筑相关信息，按照排定的工作计划很难按时完成任务。本次调查过程中创新性地采用将遥感图、地形图的图像进行叠加和标识，从而将所需的建筑筛选出来，大大提高了工作效率。首先，根据2001年和2018年的地形图和遥感影像图，通过数字化手段分别提取房屋建筑数据，形成2001年历史房屋建筑数据和2018年现状房屋建筑数据。其次，借助于GIS空间分析方法，对2001年历史房屋建筑和2018年现状房屋建筑进行叠加对比分析，将2018年现状房屋建筑按建设年代分为2001年之前和2001年之后，并通过人工判读方法提取2001年之前的住宅建筑，形成2001年之前住宅建筑现状数据。最后，给每栋建筑进行唯一编码标识，并叠加地形图和影像图，制作抗震薄弱区现场调查底图。其工作流程详见图4.

4.2调查软件平台研发

本次调查工作量巨大，涉及面较广。为缩短现场调查时间，根据《工作导则》的相关内容预先设计了一系列表格，调查人员现场判断出房屋的结构类型后直接在对应的表格内打勾即可。但后期资料电子化时还需要再重新整理录入一遍，加上每天现场拍摄的照片量很大，稍不注意会造成照片与房屋不对应的情况。为解决这一问题，南京工大建设工程技术有限公司组织专业人员开发了抗震调查软件平台，包括手机外业参数采集APP和后台分析与报告管理系统。同时采集信息数字化、集中化管理，后台自动生成社区调查报告。由于采用信息化手段，大大节约了现场采集及后期数据处理的时间，提高了工作效率，同时数据未来可以接入智慧城市系统。本软件分为手机端和PC端两个平台，手机端用于现场数据录入，采用微信小程序开发。PC端采用B/S架构，将小程序采集的数据，进行分类、统计、绘图，并输出相关调查报告。数据采用MySQL，云平台系统采用CentOS，后台采用Java开发。手机端主要是现场数据的采集输入，分为：基本信息、抗震因子、抗震调查几个部分。基本信息输入中，通过GPS定位获得调查地点的坐标，通过手机相机获得现场图片。小程序开发完全根据《镇江市中心城区抗震薄弱区域住宅类建筑抗震隐患调查工作导则》，根据手机端输入的特点进行了优化。增加了GPS地址定位功能，为方便现场输入，可以进行语音输入等功能。部分界面如图6。信息统计模块中，通过搜索栏，对特定城市、街道、社区进行选取、查询。报告模块中，可以通过搜索栏，对特定城市、街道、社区进行查询，按小区生成总结报告的word文档。本调查系统开发完全根据《工作导则》的要求，通过互联网云平台，使得现场数据收集，后台统计分析，做到无纸化采集信息，调查效率得到了较大提高。

4.3无人机拍摄辅助现场调查

在工作单元划分及抽样这一环节，需要现场调查人员了解社区内每栋房屋的情况，前期基本靠调查人员实地走访调查，工作效率很低且人力成本较高。后期南京工大建设工程技术有限公司采用无人机航拍技术，无人机环绕调查范围飞一圈采集建筑形式、高度、分布等信息，然后现场调查人员再针对性地进行现场作业。本次调查过程中，试点采用了恩维工蜂倾斜航摄系统（WorkBee1代微型无人机飞行系统+EWCAM1代微型五镜头倾斜相机），取得了较好的效果，无人机航拍的照片见图7所示。

5结论

在十多名有着丰富经验的工作人员全面投入、深入调查工作的努力之下，工作组于2020年5月中旬完成镇江市中心城区抗震薄弱区域住宅类建筑抗震隐患现场调查工作。通过本次调查形成了以下成果：（1）调查给出了市/区/社区/小区的多空间尺度的镇江住宅类建筑抗震薄弱区域，查明了该市住宅类建筑抗震隐患，给出了相应处置对策，可服务于不同层级城市建设与管理。（2）调查采用的无人机航拍、地图匹配等技术，以及手机APP现场采集系统，结合快速的群体建筑物抗震薄弱区调查方法，编制工作导则，具有较好的操作性。（3）调查区域发现住宅建筑存在的主要抗震隐患包括：①安全性，主要指正常使用情况下存在的安全隐患，包括由于年久失修，材料风化、缺损导致的承重构件截面削弱、减小和沉降裂缝等。②结构体系不满足，包括房屋高度、层数超过相关规范的允许值。③整体性不足，包括墙体连接未采取措施，未设构造柱、圈梁。④局部构造问题，窗间墙、窗边墙等局部小墙垛尺寸不能满足相关规范的要求。

参考文献

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作者：王琛 轩元 冒鹏飞 单位：镇江市房屋安全和抗震技术指导中心