中外两种地震灾害经济损失评估模型比较研究*

杨　妍　李　霖

(武汉大学资源与环境科学学院， 武汉430079)



中外两种地震灾害经济损失评估模型比较研究*

杨妍※李霖

(武汉大学资源与环境科学学院， 武汉430079)

摘要地震灾害经济损失评估能对地震灾后恢复和重建提供重要决策支持。 目前国内外对于地震经济损失的评估模型较多， 其中国际上最为经典的是由美国联邦应急管理局为主开发的HAZUS-MH评估模型， 它是世界上许多其他国家地震灾害经济损失评估模型的基础。 本文采用定性比较的方法将该模型与我国目前常用地震经济损失评估模型进行客观比较， 具有一定的借鉴性。

关键词地震； 经济损失； 评估

引言

地震所带来的灾害不言而喻， 而导致灾害的主要原因是地震波从震源传播到地表所引起的地表附着物剧烈震动， 当地表附着物不能承受震动强度， 从而发生破坏。 受到震源强度、 地表附着物到震源的距离等多种因素的不同而产生的影响也不同。 地震灾害所带来的最为常见和直接的损失就是建筑物倒塌所导致的经济损失和人员伤亡。 其中， 对地震引发经济损失的评估， 对震后恢复、 重建以及规划有着重要意义。 本文将着重对地震灾害经济损失的国内外评估模型进行定性比较。

1　地震灾害经济损失评估模型概述

地震灾害经济损失评估是地震灾害损失评估的一个重要部分。 通常来说， 由于地震灾害经济损失评估是基于建筑物易损性分析的评估， 且由于不同国家的基础数据的完备性、 建筑物结构类别及其筑造方式等不同。 因而， 适用于某个国家的地震灾害经济损失评估方法不一定适用于其他国家。 此外， 由于各个国家的基础数据完备性、 建筑物结构的抗震设计等均受到国家经济发展和技术水平的限制， 故而对于发达国家所适用的地震灾害损失评估方法， 也不一定适用于非发达国家。 表1列出了地震灾害损失评估中， 对任一评估区域内建筑物所需要的各项评估因素的数据信息， 在各发展水平的国家的易获取程度(表1也一并包括了地震灾害人员损失评估方法的各项因素)。 通过表1可以看出， 对于发达国家来说， 其数据完备性较好， 特别是， 美国和日本等一些较早开始地震灾害损失评估研究的国家， 在历史地震信息的记录上更为系统和完善， 有利于地震灾害损失评估方法的分析和研究， 特别是在建筑物破坏数据上的系统记录， 有利于对地震灾害损失评估过程中最重要部分建筑物易损性进行分析和研究。

表1　各发展水平国家的因素数据易获取程度

注： (1) “●”表示已有数据或数据易收集的几率较大； “○”表示有部分数据或数据有可能收集的几率较大； “-”表示无数据或数据很难收集的几率较大。 (2) 发达国家， 是指经济发展水平较高、 技术较为先进的国家， 如美国、 日本、 德国、 法国、 英国等； 发展中国家， 是指相对于发达国家而言， 经济水平较低、 技术相对落后的国家， 包括亚洲、 非洲、 拉丁美洲等的130多个国家， 占世界陆地总面积和总人口的70%以上， 这里为了方便区别各发展中国家的数据易收集程度， 又依据数据信息完备性， 将其分为发展中国家①和发展中国家②两部分

通过文献分析可以知道， 美国是最早开始地震灾害研究的国家[1-2]， 且美国联邦应急管理局(U.S. Federal Emergency Management Agency， FEMA)与美国国家建筑科学研究所(U.S. National Institute of Building Science， NIBS)自20世纪90年代中期起合作开发的HAZUS-MH(Hazards U. S. -Multi-Hazard)[3-4]中所采用的评估方法， 是目前国际上经典的地震灾害损失评估方法， 也是许多其他国家地震灾害损失评估方法和系统开发的基础[5]。 这里将与我国《灾害直接损失评估(GB/T 18208.4-2005)》[6]中的地震灾害损失评估方法进行定性比较和分析。

地震灾害损失评估由地震灾害分析、 建筑物易损性分析以及社会经济损失分析3个部分组成， 将各部分所涵盖的不同因素进行组合， 可形成不同的评估方法。 表2给出了几种常用评估方法的因素组合方式以及它们的研究现状。

通常， 建筑物的破坏状态信息可以通过实地现场调查、 建筑物破坏历史数据的概率分布分析以及专家定义/评分的分析方法来获取， 而经济因素主要包括基于重置单价的评估方法和基于经济指数(特别是宏观经济指数)的评估方法等。 因此， 通过因素组合即由表2中以Chen等[7]、 FEMA[3]、 Wang等[8]、 袁一凡等[6]以及王慧彦等[9]为典型代表的组合1～6 。 其中， 专家定义/评分法通常是基于历史数据的评定， 很少单独使用， 通常结合历史数据共同分析， 因此， 作为建筑物破坏信息获取源因素， 也可以将其划作历史数据源， 故组合3可以等同于组合1， 而组合4等同于组合2。 建筑物结构体的物理破坏是引起经济损失的重要主因， 是地震灾害损失评估的基础和重要部分， 因而绕开这个重要因素的经济损失评估方法是不合适的。 表2中的组合7虽然不是直接采用建筑物的破坏信息， 但可以间接地通过其他因素来反映建筑物的破坏信息， 如结合GDP分档来反映建筑物的抗震性能， 并建立经验公式进行直接经济损失评估。 将在本文中进行比较分析的直接经济损失评估方法即涵盖了以上几种因素的组合。

表2　基于因素组合的7组地震灾害直接经济损失评估方法

注： 其中建筑物获取方法还可以结合地震信息得到震害系数， 因为各发展水平的国家均可获取地震基础信息， 故该表中不将其列入。 表中“√”表示目前已有研究， “-”表示目前尚无研究或未知

2　标准法与国外经典经济损失评估模型的定性比较

目前， 评估地震灾害直接经济损失的非经验模型主要有两种典型类型： 一是美国FEMA与NIBS自20世纪90年代中期开始合作开发的HAZUS-MH系统中所采用的直接经济损失评估法(简称HAZUS法)[3-4]， 二是我国地震《灾害直接损失评估标准(GB/T 18208.4-2005)》中所采用的直接经济损失评估法[6]。 下面主要从因素选取和方法组合两个方面对它们进行定性比较和分析。

表3给出了HAZUS法与标准法的定性比较， 主要从两种方法所适用的区域、 适用的评估场景、 所选用因素的差异以及评估方法的因素组合差异进行比较。

总体来说， 这两种方法的共同之处在于：

(1) HAZUS法和标准法均是通过获取各种结构类别的建筑物在不同破坏程度下的比值作为直接经济损失评估计算的基础， 并结合该建筑物结构类别所对应的重置经费， 计算各类别建筑物的直接经济损失， 最后叠加计算得到研究区域的总直接经济损失；

(2) 两种方法均将建筑物破坏程度分为5个等级， 且划分方式基本相同。 HAZUS方法的分类： 无破坏、 轻度破坏、 中度破坏、 严重破坏、 完全毁坏； 标准法的分类： 基本完好、 轻微破坏、 中等破坏、 严重破坏、 毁坏；

(3) 两种方法在地震灾害分析部分均可以根据需求， 采用基于确定性地震灾害分析的方法或概率性地震灾害分析的方法；

(4) HAZUS法和标准法均采用重置单价作为直接经济损失评估中的经济因素。

两类典型评估方法的不同之处主要在于：

(1) HAZUS法是以各结构类别和使用类别的建筑物在不同破坏状态下的破坏概率

表3　HAZUS法与标准法的定性比较

矩阵作为评估的基础， 因此， 在建筑物数据的收集上要求更全面， 需要有充分的历史数据来获取建筑物的易损性曲线， 从而计算各结构类别建筑和使用类别建筑物在不同破坏程度下的概率密度分布函数； 而标准法主要以现场实际调查得到的建筑物的破坏比和损失比作为衡量建筑物易损性的定量指标；

(2) 由于HAZUS法中的建筑物破坏概率矩阵是基于美国的建筑物在历史地震中的破坏记录所统计分析和计算得到的概率矩阵， 因此， 只针对美国， 具有地域局限性， 不能直接用于其他国家， 故其他国家在借鉴其方法时， 需要依据该国国情， 计算适用于自己的建筑物破坏概率矩阵； 而标准法中的建筑物破坏易损性矩阵是震后现场调查得到的， 不受历史数据限制， 故其方法更易于发展中国家或其他建筑物破坏历史数据记录尚不完善的国家所借鉴；

(3) 两者对建筑物的结构类别的划分不同。 HAZUS法根据美国国情将建筑物分为16种主要结构类别， 并考虑建筑物的高度进一步细化为36类； 标准法则是根据我国建筑物特点将其大致划分为7种建筑材料类别和11种承重结构系统类别；

(4) 两者所采用的建筑物破坏等级划分相似， 但对建筑物破坏等级的定义方式不同。 HAZUS法中对建筑物破坏等级的定义是依据各结构类别的建筑物分别进行的定义； 而标准法则是对所有结构类别统一定义建筑物破坏等级的内容， 并结合各结构类别的差异进行了简要的说明和补充。

3　结语

总体来说， HAZUS法和标准法的差异主要是源于建筑物破坏历史数据的完备性以及建筑物结构和筑造方式的差异， 基本代表了目前地震灾害损失评估常遇到的两种情况， 可以为具有相似情况的国家进行地震灾害损失评估提供借鉴。

参 考 文 献

[1] Gilbert G K. Earthquake forecast. Science， 1909, 29(1): 121-138

[2] Gilbert G K. The California earthquake of 1906. American Journal of Science， 1909, 27(157): 48-52

[3] Federal Emergency Management Agency (FEMA). HAZUS-1999， Earthquake Loss Estimation Methodology： Technical and User Manuals. Federal Emergency Management Agency： Washington， D.C.， 1999

[4] Federal Emergency Management Agency (FEMA). “Multi-hazard Loss Estimation Methodology Earthquake Model HAZUSRMH MR4 Technical Manual”. http:∥www.fema.gov/plan/prevent/hazus/hz_manuals.shtm， 2003

[5] Daniell J E. Comparison and Production of Open SourceEarthquake Loss Assessment Packages. Ph.D. dissertation， Rose School， http:∥www.roseschool.it/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=191， 2009

[6] 袁一凡. 地震现场工作第4部分： 灾害直接损失评估(GB/T 18208.4-2005). 北京: 地震出版社, 2007

[7] Chen Q -F， Chen Y， Liu J， et al. Quick and approximate estimation of earthquake loss based on macroscopic index of exposure and population distribution. Natural Hazards， 1997, 15(2-3): 217-229

[8] Wang X -Q, Ding X， Chen Q F， et al. Study on the assessment of China earthquake losses in 2006-2020∥3rdAOGS (Asia Oceania Geosciences Society) 2006 Annual General Meeting. Singapore， July 10-14， Abstract， 946/1202, 2006

[9] 王慧彦， 黄敏， 梁瑞莲， 等. 地震灾害损失经济统计学评估方法初步研究. 自然灾害学报， 2009, 18(3): 106-110

* 收稿日期：2016-03-09； 采用日期： 2016-05-05。

基金项目：国家自然科学青年基金项目(编号：41301585)资助。

中图分类号：P315.9；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.07.009

Comparison of two economic loss estimation models of seismic hazard

Yang Yan, Li Lin

(School of Resource and Environmental Sciences， Wuhan University，Wuhan 430079， China)

AbstractEstimation of economic loss is significant for reconstructions after earthquake. This paper aims to compare qualitatively the classical model HAZUS-MH， which is built up in US and applied as the basic model of developing seismic loss estimation models in many countries， with the one that are generally applied in China. The comparison results can be applied as an important reference to decision makers.

Keywordsearthquake; economic loss; estimation

※通讯作者： 杨妍， e-mail: yy5290@whu.edu.cn。