地震人员伤亡评估方法概述

2021-06-21地震工程与工程振动重点实验室中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080

安徽建筑 2021年6期

王野（地震工程与工程振动重点实验室中国地震局工程力学研究所，黑龙江哈尔滨 150080）

我国是一个人口密度相对较大，部分地区建筑结构抗震性能较差，震源深度较浅，且大震频发的国家，在过去50年中，唐山大地震、汶川大地震以及青海玉树大地震等都造成了大量的人员伤亡，因此地震在我国是造成人员伤亡的主要自然灾害之一。近几十年来随着经济的快速发展，城市人口迅速增长，在目前地震准确预报依旧是世界难题的情况下，为减少地震造成的人员伤亡，地震预防和震后应急工作尤为重要。而强烈破坏性地震所造成的人员伤亡情况，又是一个地区制定合理准确的抗震设防标准等地震预防工作的标准和参考，也是政府有关部门开展震后应急工作的重要依据。因此对于破坏性地震所造成的震区的人员伤亡评估工作尤为重要。

本文以地震人员伤亡评估方法、评估结果表达方式为依据，对国内外地震人员伤亡评估方法和模型进行了总结和概括，并对地震人员伤亡评估方法的发展方向作出了展望。

1 地震人员伤亡评估方法

对于地震人员伤亡的评估方法，经过国内外学者多年的研究与分析，目前对于地震人员伤亡的评估方法以其评估结果表达方式来划分，则主要分为两类，其一是给出地震造成人员伤亡的期望值；其二是给出地震造成人员伤亡数在某一范围内的概率。两种地震人员伤亡评估方法各有利弊，适用范围有一定的差异。

1.1 地震人员伤亡期望值评估方法

给出地震造成人员伤亡期望值结果的评估方法，是基于地震参数或建筑结构易损性，给出地震造成人员期望值的一类评估方法。

国外的Samardjieva等学者根据20世纪全球范围内的地震震害人员伤亡统计数据，总结分析得到人员伤亡经验公式，见式(1)。此评估方法适用于地震人员伤亡的快速评估，但其未考虑建筑结构易损性的影响，且评估精度相对较差。

式中:D是伤亡人数；M是地震震级；ρ是受影响区域的人口密度；b和c是回归参数，取决于受影响区域的平均人口密度ρ。

美国推出的HAZUS模型，是通过运用事故树的理论来进行人员伤亡的期望值评估；但该模型是基于美国实际情况给出的评估模型，仅适用于美国地区，对于其他国家地区需进行模块的调整。我国的李媛媛、陈建国等在HAZUS方法的基础上进行相应的改动，给出符合我国实际情况的近似人员伤亡评估方法。

国内的肖光先在1987年根据能收集到的震害数据资料，将房屋的破坏数作为影响人员伤亡的主要参数，同时考虑相对人口密度对其的影响，分析总结给出烈度大于等于Ⅶ时，近似的伤亡人数期望值经验公式，如式（2）所示。根据国内外统计的资料，伤残人数取为死亡人数的3倍。该评估方法同样存在评估精度相对较低的问题。

式中：N为死亡人数；I为地震烈度；SB为(倒塌+1/2严重破坏)房屋间数,且以万间计；ρ为相对人口密度，即为计算单元人口密度/城市平均的人口密度。

肖光先在1991年又针对地震发生地区的差异，给出3种人员伤亡期望值估算方法。分别是针对城市中范围相对较小的行政区域、农村地区及震害波及范围较大的区域的伤亡人数期望值经验评估模型，如式（3）～（6）所示，其中式（3）、式（4）为针对城市中范围相对较小的行政区域的估算公式，式（5）为农村地区的人员伤亡估算公式，式（6）为针对震害波及范围较大的区域的估算方式。

式中：I为地震烈度；μ为地震烈度为I时的死亡率；ρ为人员密度；D为死亡人数；q为b村人口总数。A为烈度大于等于I的面积；I为遭受到的最大烈度；I为开始出现破坏的烈度为6度。

刘金龙等对地震人员伤亡因素综合分析，给出了以震中烈度为主要参数的人员伤亡期望值评估模型，同时考虑到震级差异和人口密度的影响，给出了震级差异和人口密度的修正系数。刘吉夫、陈颙等通过收集大量中国大陆破坏性震害数据,采用符合实际地震影响场的人口分配方法,同时考虑了生命损失率为0时的情况,拟合给出了更加符合实际地震情况的人员伤亡期望值评估模型。

郑山锁、张睿明等考虑了人员密度、建筑结构类型及其功能、不同时段人员在室率和建筑结构在不同破坏状态下的伤亡率等因素，给出了伤亡人数期望值评估模型，见下式（8）～（10）所示。该评估方法虽然考虑到了建筑结构易损性对人员伤亡的影响，但其仅能给人员伤亡期望值的评估结果，然而由于实际的震害表现具有非常强的不确定性，因此单一的期望值评估结果是很难满足对伤亡不确定性的描述的。

式中：N、N和N依次为伤亡评估区域的死亡人数、重伤人数和轻伤人数，其中死亡人数是指因地震而导致的直接死亡或受重伤3日内死亡的人数；重伤人数是指因地震而导致的需依靠住院来治疗伤病的受伤人员；轻伤人数则为只需要提供简单的医疗治疗的受伤人员；α为建筑结构分布区域调整系数，文中建议取值为农村区域取值为0.6，城郊结合区域取值为0.8，城市区域取值为；η为单栋建筑结构在不同发震时间的人员在室率，文中通过问卷调查和网络上的抽样调查，给出了适用于全国的人员在室率数据；ρ为单栋建筑结构的人员密度；A为单栋建筑物的使用面积；DS为建筑结构发生不同破坏状态的概率，x=1～5分别对应基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏及倒塌状态；d、s和m分别为不同破坏状态下的死亡概率、重伤概率及轻伤概率；i、j、k=1～5。

1.2 地震人员伤亡基于概率的评估方法

地震人员伤亡基于概率的评估方法是指将人员伤亡的评估结果用概率的形式表达出来。国内的李帆等同时考虑了人口密度、人员在室率和结构在不同破坏状态下的伤亡率，通过运用中心极限定理，给出了在给定预测概率下的伤亡人数上限，如式（10）所示。

式中：P为地震发生在不同时间段个体的平均伤亡率；R为给定预测概率；Z为标准正态偏量，φ（Z）=R ；n为震区的居民总数；Y为给定预测概率下的伤亡人数上限值，即在预测概率R下，最大的伤亡人数为Y人。

国外的USGS于2007年发布的全球地震快速评估系统PAGER，在人员伤亡评估方面，给出基于历史震害数据拟合分析得到的人员伤亡经验评估模型，得到伤亡人数落在某两个阈值区间的概率，见式（11）。此种方法能给出伤亡人数在死亡人数阈值区间的概率结果，但其未考虑建筑结构易损性的影响，不能反映出人员伤亡与建筑物易损性的联系。

式中：s为实际人员伤亡数；a,b为伤亡人数阈值点；E为地震可能造成的死亡数；ξ为累计残差值。

2 人员伤亡评估方法展望

总结地震人员伤亡评估方法现状可发现，无论是给出地震造成人员伤亡期望值的评估方法，还是给出地震造成人员伤亡数在某一范围内的概率的评估方法，在结果表达上都不能充分描述评估震害损失的不确定性。前者仅仅能给出地震造成伤亡人数期望值的评估结果，然而由于实际的房屋建筑的震害表现具有非常强的不确定性，因此单一的期望值评估结果是很难满足对伤亡不确定性描述的。而后者虽然对于地震人员伤亡能给出一定的不确定性概率评估结果，但其往往未考虑建筑结构易损性，不能反映出人员伤亡与建筑物易损性的联系。

因此，基于目前地震人员伤亡评估方法的现状，对地震人员伤亡评估方法作出展望，即在考虑建筑易损性的前提下，可给出人员伤亡的函数曲线，给出更多人员伤亡基于概率的表达结果，如何给出某个数量级的伤亡人数、某个范围内的伤亡人数或超过某个关心阈值的可能性有多大等。