地震动参数区划对北京城乡规划的指引

施卫良　郭睿　何永

地震动参数区划对北京城乡规划的指引

施卫良郭睿何永

施卫良，现任北京市规划委员会总规划师，北京市城市规划设计研究院院长，中国城市规划协会副会长、中国城市规划学会常务理事、市政府专家咨询委员会委员，教授级高级工程师，专业领域：城市规划。长期从事城乡规划编制工作，主持或参与了《北京市城市总体规划》、《首都区域空间发展战略研究》、《北京市东部及西部发展带协调规划》、《顺义新城规划》、《北京市区绿地系统规划》等大量规划项目的编制，多项成果荣获北京市和建设部优秀规划设计奖。

郭睿，现就职于北京市城市规划设计研究院规划研究室，注册规划师，工程师，主要从事城市规划编制工作，侧重城市生态规划领域。主要参与了《北京市城市总体规划》、《北京市节约用水规划》、《北京市限建区规划》，北京市山区和浅山区协调发展规划、北京城市低碳发展系列规划，以及北京城市总体规划修改中生态红线的划定及管理办法编制工作。

何永，清华大学环境工程系环境工程本科，澳大利亚昆士兰大学环境管理硕士，中国科学院生态环境研究中心生态学博士。1988-2001年从事城市基础设施规划。2002至今从事城市生态规划相关工作。主要参与并完成了2004年和2014年《北京城市总体规划》修编工作中的城市生态规划部分、《北京城市空间发展战略研究》的生态专题和综合工作、《生态北京人口承载力分析研究》，《北京市节约用水规划》、《北京市限建区规划》；亦庄、昌平和延庆等新城的生态规划；北京市山区和浅山区协调发展规划、北京城市低碳发展系列规划等。发表论文、专著及学术演讲40余篇，省部级以上获奖20余次，其中《北京市限建区规划》获全国优秀工程勘察设计奖金奖。

目前我国城市防震目标主要是通过单体建筑工程满足抗震设防要求来实现，从而实现提高整个城市震害防御水平的目的。随着大城市和超大城市不断涌现，规模大、人口密度高、生命线工程密集等特点，将对城市的震害防御能力产生较大影响。因此，城市规划工作者应清楚不同地区的地震危险水平和可能会发生的地震灾害强度，进而在规划的不同阶段，以地震动参数区划为依据进行城市空间布局和建设选址。本文梳理了近三次城市总体规划关于抗震防灾的具体内容和规划建议，重点以2015年北京城市总体规划修改为背景，比较了2015年颁布的强制性国家标准《中国地震动参数区划图（GB 18306—2015）》和《中国地震动参数区划图（GB 18306—2001）》的北京市地震动峰值加速度区划图矢量数据，结合两版地震动参数区划变化对城乡规划的影响，提出城乡抗震防灾规划建议，为北京城市总体规划修改后的规划实施奠定基础。

背景

地震是地壳构造运动的产物，也可以说是现代地壳构造运动的一种特殊表现形式。其主要破坏现象包括地表破裂、建筑物及水利工程的破坏和次生地质灾害。如果发生中强地震，会在Ⅶ度以上的地区造成人员伤亡和经济损失，这主要是由于地震造成的建、构筑物破坏引起的。北京最早的地震发生在294年9月，自公元1000年以来，影响北京地区的强震（Ms≥6）有25次之多。其中1676年平谷区马坊镇8级大地震造成极其严重破坏，对北京的影响最大，1057年幽州6¾级地震和1730年西苑6½级地震也造成了严重破坏。1976年的唐山7.8级强震波及北京，使地面建筑和水利设施遭到不同程度的破坏。

2000年以前的地震烈度区划

中国从20世纪30年代开始进行地震区划工作。地震区划是按照地震危险性的程度将国土划分为若干区域，针对不同区域提出抗震设防要求。新中国成立以来，曾经编制过三次（1956年、1977年和1990年）地震烈度区划图。中国地震烈度区划图（1990年）用于指导当时国家经济建设和城乡规划的编制，是工业与民用建筑的抗震设防依据，也是制定防御和减轻地震灾害对策的重要依据。

《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001）

地震灾害严重影响本地区人民的日常生活和经济发展，因此定性和定量描述灾害影响的范围、大小、持续时间，会对抗震设防起到至关重要的作用。随着科技进步、观测水平提升以及调查资料的不断丰富，中国地震局编制了《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001）（以下简称“GB 18306—2001”）来满足《中华人民共和国防震减灾法》（中华人民共和国主席令第94号，1997年12月29日颁布）提出的一般建设工程的抗震设防要求，该标准于2001年8月1日开始实施。和1990年中国地震烈度区划图相比，其采用的参数从宏观定性的、非物理量的地震烈度过渡到直接以地震动参数表示的、可直接为工程抗震设计规范所使用、可定量的物理参数，克服了我国上一代地震烈度区划图不能反映地震大小、远近对反应谱形状影响的缺点。地震动是地震波引起的地面运动，地震动参数表征地震引起的地面运动的物理参数，包括峰值、反应谱和持续时间等。

自GB 18306—2001颁布之日起，抗震设计验算直接采用地震动参数（地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期），不再采用地震基本烈度。当涉及地基处理、构造措施或其他防震减灾措施时，地震基本烈度数值可由该标准查取地震动峰值加速度并按表1确定，也可根据需要做更细致的划分。在该标准颁布十多年来，在我国一般建设工程抗震设防、各类建设工程规划选址、社会经济发展和国土利用规划编制等方面发挥了重要作用。

表1　地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照

《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）

近年来，国家对地震安全提出了更高的要求，社会对地震安全提出了新需求。GB 18306—2001实施以来我国积累了大量地震、地质、地球物理等新资料，在地震构造环境和地震活动特征等方面取得了新认识，同时国内外在地震区划图编制原则与方法方面取得了新进展。此外，2008年5月12日中国汶川8.0级地震和2011年3月11日日本东部海域9.0级地震等国内外特大城市地震灾害也提供了重要经验借鉴。基于上述背景，中国地震局于2007年启动了GB 18306—2001的修订工作，2015年5月15日，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准发布了强制性国家标准《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）（以下简称“GB 18306—2015”），该标准于2016年6月1日开始实施。GB 18306—2015的发布实施，将为新时期全面提高我国的抗震设防能力提供法律保障和科学依据。

与GB 18306—2001（第四代图）相比，GB 18306—2015（第五代图）基础资料更加扎实，技术依据更加充分，科学认识更加全面，具有很强的科学性、先进性和工程适用性。标准中的“两图”包括中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动加速度反应谱特征周期区划图，它们是确定抗震设防要求的核心技术要素。“两图”修订后，全国抗震设防要求有所提高，其中地震动峰值加速度小于0.05 g的分区不再出现；基本地震动峰值加速度0.10 g（即Ⅶ度）及以上地区面积有所增加，从49%上升到58%。基本地震动加速度反应谱特征周期0.40s地区的面积从24%增加到27%，0.45s地区的面积从31%增加到32%。

新版地震动参数区划图针对北京的变化

针对北京地区，第五代地震动峰值加速度区划图相比第四代图，首次出现地震动峰值加速度0.30 g（Ⅷ度半）区域，该区域位于平谷区马坊镇，占全市总面积0.06%。地震动峰值加速度0.2 g（Ⅷ度）区面积增加，占全市总面积比例从39.71%提高到59.34%，增加了近20%，涉及全市中心城区及全部新城所在地；地震动峰值加速度0.15 g（Ⅶ度半）区面积减少，占全市总面积比例从44.68%减少到23.25%，原位于该区域的密云新城所在地提高到0.2 g（Ⅷ度）区；地震动峰值加速度0.10 g（Ⅶ度）面积略有增加，占全市总面积比例从15.61%增加到17.35%。具体如表2和图1所示。

针对北京地区，地震动加速度反应谱特征周期区划图的调整主要体现在0.40 s区域涉及的新城所在地有所增加。在第四代区划图中，仅密云、怀柔、昌平、门头沟等4个区反应谱特征周期为0.40 s（相当于抗震设计规范的设计地震分组为第二组），其余的12个区县均位于0.35 s区（设计地震分组为第一组）。而在第五代区划图中，北京市全区整体提升为0.40 s区（设计地震分组为第二组），仅在西部、北部山区的23个乡镇提升为0.45 s区（设计地震分组为第三组）。对比结果如表3所示。

表2　北京市地震动峰值加速度分区第四代图与第五代图对比

图1　北京市地震动峰值加速度区划对比图（a）2001年第四代图；（b）2015年第五代图

表3　北京市地震动加速度反应谱特征周期区划图第四代图与第五代图对比

抗震设防要求对历次总体规划的指引

依据《中华人民共和国防震减灾法》（第十一届全国人民代表大会常务委员会第六次会议于2008年12月27日修订通过，2009年5月1日起施行），各级政府应当防御与减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，保障城乡建设顺利进行。在抗震设防地区，新建、扩建、改建的建设工程必须达到抗震设防要求。对于重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，必须进行地震安全性评价，并根据地震安全性评价的结果与要求进行抗震设防。对于已经建成的属于重大建设工程、可能发生严重次生灾害、有重大文物价值和纪念意义以及位于地震重点监视防御区的建筑物、构筑物中未采取抗震设防措施的，应当按照国家有关规定进行抗震性能鉴定，并采取必要的抗震加固措施。地震时可能发生严重次生灾害的工程，不得建在城市建设区内，已建在城市建设区内的应结合城市改造逐步迁出。

抗震设防要求一直是城乡规划布局、建设选址的前置条件，在历次城市总体规划中都有重要的篇章进行阐述。1983年颁布的《北京城市建设总体规划方案》（以下简称“83版总体规划”）和1993年颁布的《北京城市总体规划（1991年至2010年）》（以下简称“93版总体规划”）以工程地质分区和地震烈度区划作为规划依据之一，2004年颁布的《北京城市总体规划（2006—2020年）》（以下简称“04版总体规划”）以工程地质分区、地震烈度区划和地震动参数区划为规划依据之一。

83版总体规划对“北京地区的地震”有独立的篇章进行阐述，详细描述了北京地区地震特点和历史上的地震对城市建设的影响。规划以中国地震局1976年10月编制的《京津唐地区地震烈度区划图》为指引，将北京市分为4个不同的基本烈度区，如图2所示，包括安定—青云店—漷县一线以南，本市东南部为Ⅸ度区；上述Ⅸ度区的西北，长沟镇—周口店—石景山—东北旺—沙河镇一线以东，怀柔茶坞—密云西田各庄一线以南的大部分平原地区为Ⅷ度区；沿山地带，延庆盆地，平谷为Ⅶ度区；西部和北部山区大多属于Ⅵ Ⅶ度区，即在大面积Ⅵ度范围内，部分地区不排除有发生影响烈度为Ⅶ度的地震的可能。

图2　北京地区地震影响小区域划分图（83版总体规划）

图3　平原区工程地质条件分区及地震断裂带分布图（04版总体规划）

此外，83版总体规划还提出场地条件对震害的影响，主要体现在两方面，其一是由于砂土液化、震陷、地裂缝、滑坡等产生地基失效现象，直接造成构筑物的破坏；其二是地基虽未失效，但不同的场地条件可能对地震波的大小、周期、持续时间产生不同的影响，从而在某些条件下可能加剧或减轻工程建筑的震害。从整体上看，北京平原对抗震不利的地段主要分布于平原区的东南部，该区域不仅地震基本烈度偏高，也是可液化场地的主要分布区。

在地震烈度区划和工程地质条件区划的指引下，83版总体规划中有关备战与抗震提出的规划建议。第一，北京是个设防的城市，又处于地震区，城市建设必须注意备战和抗震。第二，城市布局要避免过于集中，城市人口不宜过分密集。旧城要疏散过密的人口，居住区内要有绿地、运动场，以利防空、防火和避震防灾。城市供水、供电、通信、道路、交通等城市基础设施要分别采取措施，保证震期或战时能够使用。第三，要按照平战结合的原则，搞好地下工程建设。要结合地面的基本建设，修建平战结合的地下商场、旅馆、食堂、仓库、车库和医院等。在人口稠密地区、商业街道、火车站等处修建地下商业街和地下停车场，并尽可能与地下铁道出入口连接起来，逐步形成以地铁为骨干的平战结合的地下建筑系统。第四，国家地震局初步确定北京的地震基本烈度为Ⅷ度，要据此搞好建筑和城市基础设施的抗震工作。新建永久性建筑物和构筑物，均按Ⅷ度抗震的要求设防，原有建筑物和构筑物也要抓紧进行抗震加固工作。第五，各种建设必须严格执行国家颁布的防火规范。城市消防站点与消火栓要合理布局，纳入城市建设规划。

93版总体规划在上一版总体规划的基础上，进一步强化了对易燃、易爆和剧毒化学品的生产、储存和输送设施的管理，防止出现一种灾害引发多种次生灾害的情况；建立城市灾害预测和应急报警系统，健全城市防灾组织机构；加强对军事设施和城市要害部位的保护。

04版总体规划首次将综合生态规划作为独立篇章，其中关于北京工程地质区划、地震烈度区划和地震动参数区划等内容进行了详细的阐述和说明，同时在城市综合防灾减灾规划篇章中的防震减灾规划里提出了抗震设防要求并划定了地震小区划，同时对地震灾害预测、监测预报、救援等内容提出了规划建议。

关于工程地质区划，04版总体规划的综合生态规划篇章中提到：“根据地形、地基土特性、地基土层分布规律、地下水分布规律、地震液化等控制要素，将北京市的平原区和延庆山间盆地的工程地质条件分成4类，如图3所示。第一类是工程地质条件良好地区，主要分布在永定河、温榆河、拒马河、大石河、潮白河、妫水河、泃河等洪冲积扇形地的顶部或洪冲积阶地上。地势较高，地形较平坦，平均坡度在2‰ 10‰，排水条件好。高层、低层建筑一般均可采用天然地基方案，特殊情况采取适宜措施。第二类是工程地质条件较好地区，主要分布在山前洪冲积台地、黄土台地、阶地斜坡地带以及各大河系洪冲积台地沉积亚区。由于分布有冲沟和沿山阶梯，地形高低相差较大，平均坡度一般为5%～10%。冲沟和沿山阶梯处考虑环境景观问题一般不宜进行高层建筑，其他地区高层、低层建筑一般可采用天然地基方案。特殊情况采取适宜措施。第三类是工程地质条件一般地区，主要为冲击平原新近沉积亚区和北京旧城区及通州旧城区人工堆积亚区。区内存在砂土液化地区和不均匀沉降问题，城镇建设应采取适宜措施。第四类是工程地质条件较差地区，主要分布在现代河床与河漫滩，地形受河流的冲刷与沉积的影响可能变化较大。区内存在砂土液化地区和不均匀沉降、地下水埋深较浅、地势低洼等问题，城镇建设应采取适宜措施。”关于地裂缝位置：“北京地处华北地震带和张家口—渤海地震带交会处，地震活动十分频繁并且具有发生强震的构造背景，主要断裂带包括延矾盆地北缘断裂、南口山前断裂、南口—孙河断裂、小汤山—东北旺断裂、黄庄—高丽营断裂、八宝山断裂、永定河断裂、顺义—前门—良乡断裂、南苑—通县断裂。”“在断裂带附近进行城市建设时，有必要通过探测工作查明断裂的位置、断裂的最近活动时代、第四系覆盖层厚度等，并评价断裂活动可能对地面工程造成的影响。”

在城市综合防灾减灾篇章中提到：“严格执行2001年实施的强制性国家标准《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），该图中北京地区的地震动峰值加速度值与地震基本烈度关系及占全市面积比重为：地震动峰值加速度值为0.20 g和0.30 g的地区，相当于地震烈度Ⅷ度区，建筑抗震设计按Ⅷ度设防，约占全市面积的37%。地震动峰值加速度值为0.15 g的地区约占45%，其他地区为0.10 g区。加速度值0.15 g和0.10 g地区均相当于地震烈度Ⅶ度区，建筑抗震设计按Ⅶ度设防。”具体如图4所示。

2006年编制的《北京市限建区规划（2006—2020年）》中也将地震风险作为限制城乡建设的条件之一。针对地震断裂带的抗震设防要求，“在平原区活动断裂上升盘埋藏深度小于100 m，距断裂轴部100 m范围内，城市建设特别是高层建筑、地下空间设施及重要的建筑物、构筑物应避让，禁止建设永久性居住设施、生命线工程以及易产生火灾、爆炸等次生灾害的项目。由于目前尚未完全探明北京市地震活动断层的准确位置、活动性和对建设工程的影响，因此在活动断裂带两侧2000 m划定缓冲区，在缓冲区范围内的新建、扩建工程应进行地质勘察和地震安全性评价”。同时，限建区规划设立专门章节对北京地区地震动峰值加速度区划进行分析，并提出设防标准要求。同时针对城市总体规划层面，地震动峰值加速度区划图精度不能满足的问题，限建区规划将地震动峰值加速度边界两侧4 km划定为地震动分界区，如图4所示，提出“对于地震动峰值加速度分区界限两侧各4 km区域内的城市建设，应通过地震动参数复核确定抗震设防要求；如果不进行相应复核，则该地的建设项目须按分界线两侧相对高的地震动参数值作为抗震设防要求”。

2015年，随着中国地震动参数区划图的修订，抗震设防要求对北京城乡规划提出新的挑战。一方面，高烈度地区面积增加，涉及人口规模和用地面积增加，对北京市地震设防提出更高的要求；另一方面，随着北京人口规模不断增加，城乡规模不断扩张，生命线工程越发密集，对城乡抗震设防能力要求也不断提高。从目前的抗震设防标准看，城市防震目标的实现主要是通过单体建筑工程满足抗震需求要求来达到提高整个城市的震害防御水平目的。因此，应在城市规划的各个层级继续加强地震动参数区划对城乡规划空间布局、建筑选址及工程设防的指引作用。

图4　北京市域地震断裂带及地震动参数区划与城镇关系图（04版总体规划）

由于全国地震动参数区划图的比例尺为1∶400万，为更好地指导城乡规划，将地震动参数区划分界线两侧划定4 km作为地震动分界区，各区划面积如表4所示。2015年北京城市总体规划修改结合市域环境容量以及功能疏解、减量发展的目标，初步划定了城市增长边界和生态红线，构建了“城市集中建设区、限制建设区和生态红线区”的全域空间管制体系，其中城市集中建设区是城市发展刚性约束红线，是未来城市主要的建设空间，面积约2267 km2，约占市域总面积的14%。2015年划定的城市集中建设区主要分布在地震动峰值0.20 g（Ⅷ度）区域，占全市集中建设区总面积的87%，如图5所示。同时，随着全国地震动参数区划图的修订，约有100万人所处地域地震动峰值加速度从0.15 g提高到0.20 g（从Ⅶ度半提高到Ⅷ度），约有2万人所处地域地震动峰值从0.20 g提高到0.30 g（从Ⅷ度提高到Ⅷ度半），其抗震设防要求大幅度提高。

图5　北京市地震动分界线与规划集中建设区关系图

表4　 北京市地震动参数区划影响增长

城市防灾减灾规划建议

北京市的城乡规划建设应严格执行2015年实施的强制性国家标准《中国地震动参数区划图（GB 18306—2015）》，并在此基础上提出城乡防灾减灾规划建议。

坚持合理控制人口密度，确定城市空间布局

控制合理的城市建设强度，避免因人口密度过大、城市建设过度密集导致的灾损严重、次生灾害倍增、疏散救援困难等因素影响。确定合理的城市空间布局，防止城市盲目扩张和建设用地无序蔓延。大规模集中建设应控制在城市开发边界内，并提高基础设施和公共服务投资效率，以此推动城市由外延扩张向内涵提升转变。城市集中建设区划分防灾分区，坚持完善开敞空间系统，以控制灾害蔓延，留有避难空间和中长期安置重建空间。

完成中心城区、新城及重点发展区域地震小区划工作，加强城乡一体化抗震设防管理体系

对中心城区中的高层、超高层建筑、重大建设工程项目和城市主要基础设施等提出更高的抗震设防要求，从而保障城市的正常运转。加强城镇抗震设防管理，建立和完善城镇抗震设防工作管理体系，做好主要城镇地震小区划工作。对北京通州副中心、新机场等重点区域，加强抗震设防规划引导。对建制镇进行地震活断层的基础探测，给出限建区和可建区的抗震设防要求；完成农居建筑设计的“抗震设计规范”；实现城乡一体化的“抗震设防要求管理”和服务体系。

深化落实地震动峰值加速度分界区抗震设防复核工作

进一步深化落实在地震动峰值加速度分界区两侧4 km区域内城乡建设的抗震设防复核工作。对于地震动峰值加速度分界区两侧4 km区域内的城乡建设，应通过地震动参数复核确定抗震设防要求；如果不进行相应复核，则该地的建设项目须按分界线两侧相对高的地震动参数值作为抗震设防要求。

以京津冀协同发展为背景，制定共同防御体系

以京津冀协同发展为指导思想，构建区域多城市联防、互相支援备份的广域防灾体系：建立多路多源的生命线战略安全体系，水电油气等重要供给线确保广域联通；建设空、铁、陆协同的区域疏散救援通道，提高通道抗震设防等级，健全京津冀突发事件协同应对和联合指挥机制、应急资源合作共享机制以及应急平台互联互通机制，保障灾时广域物资和救援支援通道畅通。

保障城市生命线工程，提高城市整体防御能力，加强灾害预测、监测和管理水平

加强易损点段管理，重点保护城市生命线工程，降低城市脆弱度。完善各灾种及其次生灾害易发区的识别和划定，对位于地震断层、地裂缝分布带、崩塌滑坡等地质灾害易发区的各类现状建设加快治理，并严防新增建设；加强城市内部老旧破损市政基础设施的数字化勘察、评估、监测和管理，有计划的实施改造和更新；完善现状建筑物构筑物的抗灾性能评估机制，对抗震不达标的建构筑物予以加固或更新；适度提高重要设施设防等级，并加强监测管理。