粤港澳大湾区建筑工程自然灾害风险管理

强烨佳 QIANG Ye-jia

（华南理工大学，广州 510641；广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州 510500）

0 引言

广东省所处沿海地区生态环境敏感，加之人类活动密集、各种社会经济要素集聚，使广东省成为对全球气候变化响应最为强烈的区域之一。随着国家大力发展建设粤港澳大湾区，各类建筑工程建设加块，而频繁发生的自然灾害可能对建筑工程造成威胁，造成经济损失甚至造成人员的伤亡。面对复杂的自然环境，有必要对建筑工程的自然灾害风险进行评估和管理。本文分析了粤港澳大湾区的水文地理环境和常遇的自然灾害类型，提出了建筑工程定量化自然灾害风险管理的方法，而后针对洪涝、滑坡和泥石流灾害提出了风险缓解和控制的方案。

1 粤港澳大湾区建筑工程面临的自然灾害类型

广东省面临中国南海，海岸线超过450 公里。粤港澳大湾区是由包括香港、澳门、广州、深圳等11 个城市组成的都市圈，总面积5.6 万平方公里，总人口约为7200 万，是中国最具经济活力的地区之一，对中国的发展有重要战略作用。大湾区大部分地区的地形为三角洲平原，包括西江、北江、东江三角洲和珠江入海口的下部。粤港澳大湾区河网密布，有8 个主要入海口，河流总长度超过1600 公里，河网密度达到0.83 公里/平方公里。粤港澳大湾区属于亚热带季风气候，年平均降雨量超过1400 毫米/年，月降雨量每年有两个高峰期。第一个雨季是4 月至6 月，降雨主要为冷暖空气的交汇形成锋面雨，第二个雨季是7 月至9 月，降水主要是由台风和热带气旋引起的。

广东省每年夏秋雨季都受到台风的侵袭，是我国台风灾害最严重的省份，而广东沿海地区受台风影响更深，灾情更严重。广东沿海地区台风登陆次数有从西向东减少的趋势。50 年中，在珠江口岸段登陆的台风共62 个，占全省的32%[1]。台风影响带来的强风有强大的破坏力，台风中心风力可达12 级以上，甚至超过16、17 级。强风会摧毁房屋、建筑，破坏建筑幕墙和窗户玻璃，刮断电力和通讯线路。台风还会带来强降雨，引起风暴潮而导致海平面上升，对沿海工程安全产生不良影响。

广东省雨季常遇暴雨，无论是台风降雨还是锋面雨，短历时或连续的强降雨会造成河流水量水位迅猛上升，再加上城市雨水排水系统能力不足，会引发洪涝灾害。洪涝灾害对建筑工程造成的影响包括直接冲击和淹没浸泡。特别是对于村镇地区的低矮建筑，洪涝灾害可能造成房屋的基础滑移、墙柱倾斜、屋盖断裂等破坏。而风暴潮引起的海平面上升可能会造成海水倒灌沿海低洼地区，也会加剧城市排水系统的压力，导致海水回流倒灌排水系统。海水的浸泡可能对钢筋混凝土结构造成腐蚀，从而造成建筑力学性能的变化。

粤港澳大湾区除了大部分为地势较低的三角洲平原，还有丘陵、山地地形，包括天露山、古兜山、罗浮山、莲花山等山脉。肇庆市怀集县的大稠顶是粤港澳大湾区的最高峰，海拔1626 米。在坡度陡峭的山地区域，常发生由暴雨引起的浅层滑坡灾害，滑坡和泥石流灾害冲击掩埋房屋和道路，造成工程损毁破坏和人员伤亡，有很大危害。

随着快速的城市化进程，大湾区的城市用地迅速扩张，主要城市的城市化比例达到80%-100%。粤港澳大湾区是世界上最容易发生自然灾害的地区之一，经常遭受与风暴有关的灾害。高度发达的经济和密集的人口意味着面对自然灾害时的高风险。根据瑞士再保险公司的数据[2]，在全球主要大都市地区之中，粤港澳大湾区在与台风相关的风暴、风暴潮和河流洪水的潜在影响人数上排名第一。此类自然灾害对粤港澳大湾区的建筑工程，特别是沿海的建筑工程，会造成安全风险，须对自然灾害给工程项目带来的风险进行分析和评估，并采取有效风险控制措施。

2 工程自然灾害风险管理方法

工程风险管理过程包括三项内容（如图1 所示），一是识别和分析对工程产生不利影响的风险事件（即风险分析）；二是在风险分析的基础上对能够容忍的风险做出判断，同时考虑影响因素（即风险评估）；三是通过风险减缓和控制措施降低风险，从而把风险控制在可容忍的范围之内（即风险管理）。

图1 工程自然灾害风险管理框架

对自然灾害给工程带来的风险大小，一般采用以下公式进行计算：R（风险）=H（灾害的危险性）×E（受灾对象的暴露度）×V（受灾对象的易损性）。

对于建筑工程的自然灾害风险评估，首先需要进行风险识别，通过收集工程所处地区的气象水文地质资料识别可能发生的灾害风险事件。对于灾害的危险性的评估包括灾害的强度及其对应的发生概率，需要利用历史观测资料进行频率分析，估计未来不同强度的灾害发生概率。在粤港澳大湾区，常发生台风、暴雨、洪涝、风暴潮、滑坡等自然灾害，可根据工程所在位置对附近可获得的观测资料进行频率分析。在频率分析中，给定强度等级的回归期是预计该事件只发生一次的平均年数，可以用年最大序列或部分持续时间序列计算。频度分析的结果通常由特定地点的强度-时间-频率关系来总结[3]。面对多种自然灾害风险事件同时发生的可能时，需要考虑多种灾害风险之间的关联性，依据历史观测资料，可采用统计学方法或连续的模拟。比如台风、暴雨、风暴潮灾害之间存在明显的关联性，在计算不同强度组合的多种灾害事件发生的概率时需要考虑多种灾害的联合概率分布。

面临自然灾害，风险的高低还与受灾对象暴露度有关。城市化发展使得建筑设施以及人口密集，灾害发生时，暴露于灾害影响范围内的工程设施及人口大大增加，更多生命财产会受到损失。评估工程自然灾害风险的暴露度时，需要识别易受灾害影响的区域，以及区域中的工程和人口的分布情况。在识别易受灾害影响的区域时，可通过对历史灾害记录进行统计分析或数值模拟等方法确定不同强度灾害的影响范围以及受灾程度。受灾对象的易损性与工程本身的结构类型和质量有关。目前，针对不同的自然灾害种类，国内外有多项相关研究通过灾害数据反演、数值模拟、模型试验等方法得出不同结构类型、设计等级的建筑工程的易损性曲线。对于洪涝和泥石流灾害，最常见的是将建筑易损性与流速和流深建立关系曲线。

综合灾害的危险性、受灾对象暴露度和易损性即可对区域的建筑工程自然灾害风险高低进行分析。通过将研究区域网格化可对网格的风险进行量化，从而对研究区域的建筑工程自然灾害风险分布进行分区。

对风险容忍度取决于社会对于不同类型的风险事件的价值判断。对于自然灾害对建筑工程造成的风险判断，一般可采用以下公式计算：k=F×Nα，F 表示会引起N 损失的事件的年重现概率，N 一般是指建筑破坏导致的人员伤亡数，也可表示经济损失。决策方可根据当地的实际情况选取k 的值，来区分可接受和不可接受的风险范围，以及定义需要“尽可能合理降低”的风险范围。

3 粤港澳大湾区工程自然灾害风险管控措施

对于自然灾害风险评估过高的区域，需要通过缓解手段来进行风险管理，将风险降低至可接受的范围内。针对前文所总结的粤港澳大湾区的常见自然灾害，一般可采用工程性或非工程性两类风险缓解方法。

对于粤港澳大湾区沿海地区的洪涝灾害来说，工程性减灾措施包括建设改善排水设施、防洪堤/海堤、水闸、堤坝、潮汐控制结构、防浪墙/风暴墙和疏水通道。非工程性措施通过将人员和财产转移出风险区域来减少损失，包括建立相关法律以避免在低洼地区建造建筑物等。根据美国联邦紧急事务管理局发布的美国评估减轻包括洪水在内的自然灾害项目的报告[4]，降低洪水风险的方法包括雨水分流和储存、利用洪泛区和河流对雨水进行再存储，进行低影响开发、建立绿色基础设施等。相对其他粤港澳大湾区的内地城市来说，香港对洪涝灾害风险的防控措施较为领先。香港市区排水干渠及支渠系统的设计洪水重现期分别为200 年及50 年，远高于其他内地城市的水平[5]。针对洪涝风险较高的地区，香港政府采用了一些针对性的结构性措施。为了截流和转移上游的雨水，香港建造了多条排水隧道，包括荃湾雨水排放隧道（5.1 公里）、荔枝角雨水排放隧道（3.7 公里）、港岛西雨水排放隧道（11 公里）及启德雨水转运计划。在中游兴建地下蓄洪池以暂时储存雨水（如图2 所示），包括大坑东蓄洪计划及跑马地地下蓄洪计划。针对香港近年经历严重的热带气旋及风暴潮，在易受风暴潮严重淹没的地点，建造了防洪墙、安装可拆卸的防洪屏障，以及在排水口安装翻板阀。

图2 大坑东蓄洪计划地下蓄洪池

对于滑坡和泥石流灾害，非工程措施包括建立土地使用法规来避开滑坡多发地区、建立基于监测和预测的预警系统、确定易发地点并张贴警示标志、加强公众教育和宣传活动等。工程措施包括通过边坡加固工程以降低滑坡发生的概率，或修建防御性工程以减轻后果。在滑坡源区域，可通过土层处理、加固和排水、清除陡坡和不稳定材料等措施加固边坡，降低滑坡发生的概率。在滑坡和泥石流体可能经过的危险区域沿线或末端采取防护措施，如拦挡坝、碎石屏障、梳子坝等。香港针对不同类型有潜在危险的自然边坡采取了不同的工程缓解措施[6]。对于开放式山坡崩塌危险，可在山坡源区、曾发生山泥倾泻的地区或侵蚀严重的地区进行原位巩固工程（如打钉、表面保护、排水）。对于渠化泥石流灾害，除了在源头区域采取类似的稳定措施外，还可沿流出路径设置刚性或柔性屏障。对于落石和巨石坠落危险，可在被保护设施附近采用岩钉、岩齿和柔性屏障等稳定措施。

4 总结

本文分析了粤港澳大湾区的水文地理环境和常遇的自然灾害类型，大湾区常遇台风、暴雨、洪涝、滑坡泥石流等灾害，会对建筑工程的结构安全及人民生命财产安全造成威胁。阐述了建筑工程定量化自然灾害风险管理的方法，包括风险分析、评估、管控三个步骤。而后，针对大湾区易发生的洪涝、滑坡和泥石流灾害对建筑工程造成的风险提出了风险缓解和控制的方案，其中重点以香港的自然灾害风险减缓方案为例，阐述了包括工程性和非工程性的风险缓解措施，对粤港澳大湾区其他内地城市的建筑工程自然灾害风险缓解有重要参考意义。