91卫图助手在建筑结构震害预测工作中的应用★

张 乙 王 俊 陈寒万平 高 霖

(重庆文理学院土木工程学院，重庆 402160)

1 概述

就结构震害预测而言，目前进行震害预测的途径多以现场调查勘察为主，需要较高的时间和经济成本，同时一些重要信息难以获得。而利用91卫图助手可以更经济高效地收集到研究所需的数据。本文使用91卫图助手调研重庆永川城区建筑结构基本信息，然后使用考虑地形地势影响的群体震害预测方法对其进行震害预测，得到建筑结构群体震害预测结果。

2 91卫图助手软件简介

91卫图助手作为Google Earth影像下载的引领者，至今已在测绘、地质[1]、土壤[2]、水利[3]等领域中广泛使用。它可以直接下载无水印标识、无偏移，且无需重投影的影像数据，带有历史影像和高程下载功能，支持全国100多个城市建筑轮廓数据下载，操作方便，可较为全面地完成区域震害研究所需数据的采集工作。

3 永川区建筑结构基本信息获取

3.1 永川城区简介

永川区城区有7个街道，16个镇，占地面积约1 576 km2。地质构造属扬子准地台重庆地台向斜的一部分，为新华夏系次级沉降带，川东南弧形褶皱带华莹山带状褶皱永川帚状褶皱束；境内云雾山、巴岳山、黄瓜山、阴山、箕山5条低山山脉呈东北—西南走向，呈川字排列。永川区城区三维地形图见图1。

3.2 建筑信息提取步骤

1)进入91卫图助手软件页面内，在“按行政区域下载”的栏目中手动输入或选择自己需要的城市地区信息，视图将自动切换至相关区域。2)根据位置信息，在二维视图中缩放视图搜索定位到某一小区或某一建筑，以重庆文理学院红河A区为例，其位于永川区红河大道319号，地处于兴龙大道与学府大道之间。3)定位建筑群体后，可精准定位于某一建筑单体，如图2所示。根据图2可以看出重庆文理学院知津楼形状大致为“几”字形分布，属平面不规则结构。4)运用软件“实用工具”下拉列表中的“测量面积”工具，手动框选所测建筑物的轮廓，可以初步统计建筑物的占地面积。还可以运用工具对图中建筑的长、宽进行测量等。5)将地图切换至企业版专属图层后，选择矢量建筑轮廓(无偏移)视图，可直观地在二维平面上观察知津楼的整体形状，也可以运用实用工具中的测量工具对二维图进行测量。6)用软件截取的三维视图与知津楼无人机航拍进行对比，见图3。

对比图2，图3可以发现运用91卫图助手采集到的建筑信息与实际信息相一致。利用91卫图助手，对永川区城区建筑物数据进行收集整理后，根据城市建筑群动态矩阵方法对永川区城区建筑结构进行震害预测。

4 城市建筑群动态矩阵方法

通过比较和分析，最终确定了影响建筑结构震害的7个主要因素，即设防烈度、场地环境、场地类别、结构类型、层数、建造年代和使用现状，并定义为震害因子，用字母d表示。

由于建筑物的破坏程度与震害因子之间一般不存在线性关系，所以假定建筑物破坏程度的震害指数Dij是各个震害因子影响系数的乘积，如式(1)所示：

(1)

其中，Da为所选地区或区域的平均震害指数；T为对应第i个震害因子的取值分类的类别数；d0为统计系数，取1.0；dij为符合第j项分类的第i个震害因子；mij为幂指数，当第i个震害因子的实际情况符合第j种分类时取1，其余取0；ω为加权系数，∑ω=1.0，一般为各个分类所占的比例；N为指定某一区域内某类结构房屋的总栋数。

在有限数据情况下，选取影响结构抗震性能的主要因素按式(1)计算，对于缺失的因素可以选取一般情况的缺省值进行计算。对于特定结构，j值即为定值。

在地震灾害中，建筑结构受地形因素的影响较大。通常，平原地区的建筑结构以直接震害造成的结构破坏为主；而山区丘陵地区，结构不仅会受到地震直接震害，还会受到地形因素导致次生灾害，比直接震害要严重许多。同时，地形的不同会导致地震波在场地中的传播及衰减规律不同，即地形效应。在建筑结构震害预测工作中引入地形地势系数以考虑地形地势(即平原、浅丘、深丘、山区四类地形，平坦和陡峭两类地势)对建筑结构的影响。

《建筑抗震设计规范2016》建议不利地段水平地震影响系数最大值应乘以1.1～1.6范围内的增大系数。考虑地形地势影响的建筑结构震害预测结果修正的步骤如下：1)使用式(1)计算得到建筑物震害指数；2)将第1)步骤中得到的震害指数根据建筑物所处的地形地势乘以地形系数，得到修正后的震害指数；3)将修正后的震害指数查表，确定建筑物的地震震害等级。在上述过程中则考虑了地形地势对建筑结构震害的影响。

通过使用91卫图软件，绘得了永川区的高程图，永川区范围内明显存在4个高程凸起区域和局部一些小凸起，详见图1。当建筑结构处于凸起区域时，则必须考虑地形地势对其抗震性能的影响。

5 永川城区建筑结构震害预测结果

使用现场实地勘察、同类结构类比等方法建立永川区城区建筑结构基本信息数据库，统计得到永川城区多层钢筋混凝土结构868栋，高层建筑结构447栋。多层钢筋混凝土结构大多为1层～14层钢筋混凝土框架结构，少部分为2层～14层钢筋混凝土剪力墙、短肢剪力墙及框架—剪力墙结构等。永川新城区建筑结构所处地势平坦，老城区部分建筑结构所处地势陡峭，需考虑地形对预测结果进行修正。对于不规则结构，在使用第4节中的方法得到结果并考虑结构所处地形地势的基础上调高一个震害等级作为不规则结构的震害预测结果。根据建筑结构基本信息数据库资料，对建筑结构进行基于地震烈度的群体建筑结构震害预测。

6 结语

本文以建筑结构震害预测为研究对象，为提高建筑物信息调查效率、降低成本支出、避免现场勘查时的危险和不利因素提出了91卫图助手在建筑结构震害预测工作中的应用方法及流程。在建筑结构震害预测方法中，还建立了考虑地形地势影响的建筑结构震害预测方法，比已有方法应用范围更广泛。基于91卫图助手的建筑结构震害预测方法与传统现场调查法相结合将大大提高工作的精度和效率。