2019年17日22時(shí)55分，四川宜賓市長(zhǎng)寧縣發(fā)生6.0級(jí)地震。截至18日16時(shí)，地震已造成宜賓市和樂山市8縣（區(qū)）9.75萬人受災(zāi)，因?yàn)?zāi)死亡13人，受傷199人，其中6人危重。地震還造成部分房屋、道路、電力、通訊等設(shè)施受損，目前災(zāi)區(qū)仍有余震發(fā)生。

愿所有在宜賓長(zhǎng)寧地震中逝去的生命，

都能在天堂安息。

愿所有生者，

都能更加堅(jiān)強(qiáng)。

地震頻頻發(fā)生，往往引起大家廣泛關(guān)注。2017年發(fā)生的九寨溝7.0級(jí)地震，雖然震級(jí)很大，但只有76間房屋倒塌。而半個(gè)月以后，意大利發(fā)生了一起4.3級(jí)地震，此次地震卻導(dǎo)致很多建筑物倒塌，2人遇難。不難發(fā)現(xiàn)這次意大利遭受的災(zāi)情也很嚴(yán)重。于是大家不禁要產(chǎn)生一些疑惑：不是說破壞性地震一般要到5.0級(jí)以上么？不是說地震震級(jí)差1級(jí)，能量相差30多倍么？（也就是說，理論上7.0級(jí)的地震要比4.3級(jí)的地震能量大幾千倍）。為什么意大利4.3級(jí)的地震居然看起來和7.0級(jí)的地震差不多？

意大利4.3級(jí)地震建筑物破壞

地震的一個(gè)重要指標(biāo)是震級(jí)，地震的破壞力，除了震級(jí)以外，還有一個(gè)很常用的指標(biāo)，就是“烈度”，它表示地面晃動(dòng)的強(qiáng)弱。很多人說的“8級(jí)設(shè)防”，實(shí)際上是“8度設(shè)防”。每次地震都是一次能量釋放，所釋放的能量是一個(gè)確定的數(shù)值，而地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱（即“烈度”）確是不一樣的，“里氏震級(jí)”它根據(jù)離震中一定距離所觀測(cè)到的地震波幅度和周期，并且考慮從震源到觀測(cè)點(diǎn)的地震波衰減，經(jīng)過一定公式，計(jì)算出來的震源處地震的大小。

里氏震級(jí)表

通過對(duì)地震中地面運(yùn)動(dòng)的“烈度”進(jìn)行了分析，把“烈度”分為若干等級(jí)，中國(guó)采用12個(gè)等級(jí)，日本采用7個(gè)等級(jí)。知道某個(gè)地區(qū)的烈度是多少，就可以大概知道某個(gè)地區(qū)的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱。這樣就可以對(duì)地震破壞進(jìn)行較為合理的估計(jì)。我國(guó)每次地震后，一般都會(huì)把不同受災(zāi)地區(qū)，標(biāo)記上從6度到10度不同的烈度區(qū)。我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)，也是覆蓋了從6度到9度不同的烈度。比如北京就是8度設(shè)防，九寨溝地震的受災(zāi)區(qū)也是8度設(shè)防。注意，老師敲黑板了，是“8度”，不是“8級(jí)”。

那“8度”和“8級(jí)”到底是一個(gè)什么關(guān)系呢？這個(gè)倒真是一個(gè)非常有趣的問題。一般說，震中地區(qū)的烈度大概是震級(jí)+1.5~2。也就是說，6級(jí)地震，震中烈度大概是7.5到8度。換句話說，北京8度設(shè)防，對(duì)應(yīng)的大概是6.5級(jí)左右地震的震中附近地面運(yùn)動(dòng)。但是，這個(gè)“大概”可是非常非常的不準(zhǔn)確。這也就終于說到我們今天的主旨話題：為什么需要大力發(fā)展城市抗震彈塑性分析？

我們對(duì)比九寨溝7.0級(jí)地震和意大利4.3級(jí)地震中測(cè)得的震中附近地面運(yùn)動(dòng)和反應(yīng)譜（圖3、圖4）。雖然從理論上來說，九寨溝7.0級(jí)地震引起的地面運(yùn)動(dòng)應(yīng)該比意大利4.3級(jí)地震要強(qiáng)很多，但事實(shí)卻并非如此，真實(shí)的地震往往更加復(fù)雜，意大利4.3級(jí)地震的地面運(yùn)動(dòng)要顯著強(qiáng)于8.8九寨溝7.0級(jí)地震引起的地面運(yùn)動(dòng)。如果我們采用城市抗震彈塑性分析方法，把這兩個(gè)地面運(yùn)動(dòng)同時(shí)輸入阿壩地區(qū)典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可以看到震害對(duì)比如圖5所示。所以圖1中意大利建筑物遭受的嚴(yán)重破壞，從科學(xué)上是可以解釋的。因此，從這個(gè)對(duì)比案例就可以看出，用震級(jí)來判斷地震的破壞力大小，實(shí)際上很多時(shí)候是不準(zhǔn)確的，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的震害預(yù)測(cè)結(jié)論。

圖3 地震震中附近反應(yīng)譜對(duì)比

圖4 地震震中附近地面運(yùn)動(dòng)對(duì)比

圖5 采用城市抗震彈塑性分析方法對(duì)比九寨溝7.0級(jí)地震和意大利4.3級(jí)地震震中附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑物破壞

房屋的破壞程度除了和地震動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)以外，還和房屋的抗震能力密切相關(guān)。同樣的地面運(yùn)動(dòng)，性能差的房屋破壞得多，性能好的房子破壞得少，如何將實(shí)測(cè)地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的破壞建立起關(guān)系來，這個(gè)是一個(gè)很復(fù)雜的話題。國(guó)內(nèi)外很多課題組包括我們課題組都做了很多研究，但是目前來說還沒有一個(gè)很好的答案。不過至少大家已經(jīng)公認(rèn)地面峰值加速度這個(gè)指標(biāo)是存在比較大的問題的，比如日本2011年“311”大地震實(shí)測(cè)到峰值加速度2.9g（將近3倍重力加速度）的地面運(yùn)動(dòng)，但是現(xiàn)場(chǎng)震害卻非常輕。也就是說，地面峰值加速度大的地方，震害未必一定嚴(yán)重。

那有沒有更好的解決方案呢？我們認(rèn)為，城市抗震彈塑性分析就是一個(gè)可供考慮的解決辦法。所謂城市抗震彈塑性分析，就是把地震真實(shí)測(cè)得的地震動(dòng)，輸入到城市建筑模型里面去進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，進(jìn)而直接可以得到地面運(yùn)動(dòng)對(duì)不同建筑的破壞情況（Earthquake Disaster Simulation of Civil Infrastructures: From Tall Buildings to Urban Areas, Springer, 2017）。城市抗震彈塑性分析通過將真實(shí)或模擬的地震動(dòng)逐個(gè)輸入不同的建筑物，可以得到建筑群地震動(dòng)力響應(yīng)的全過程?？粗麄€(gè)城市高高低低的建筑物在那里“群魔亂舞”，相比起利用震級(jí)或根據(jù)震級(jí)推斷的震中附近烈度來預(yù)測(cè)震害而言，城市抗震彈塑性分析用的是真實(shí)的地震動(dòng)，其精度的提升顯而易見。與儀器烈度相比，城市抗震彈塑性分析綜合考慮了地震動(dòng)的幅值、頻譜、持時(shí)特性和建筑物的抗震性能，自然也更加的合理。

圖6 典型城市抗震彈塑性分析結(jié)果

但是，從科學(xué)研究和防震減災(zāi)的角度上說，僅僅這樣一個(gè)晃動(dòng)過程模擬其實(shí)還很不夠。因?yàn)槲覀冃枰肋@樣的晃動(dòng)會(huì)引起建筑物多大程度的破壞，進(jìn)而才能有針對(duì)性的提出相應(yīng)的防震減災(zāi)對(duì)策。

城市抗震彈塑性分析存在兩個(gè)制約條件：(1) 真實(shí)地震動(dòng)是否可以及時(shí)準(zhǔn)確獲取，以及(2)城市建筑模型是否準(zhǔn)確可靠。真實(shí)地震動(dòng)的獲取依賴于地震臺(tái)網(wǎng)的布設(shè)以及通訊網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)問題有望得到逐步解決，大家想想我們身邊無處不在的手機(jī)信號(hào)，應(yīng)該可以對(duì)未來充滿希望。

們認(rèn)為城市抗震彈塑性分析在城市地震災(zāi)害分析等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。而且，除了建筑震害以外，在次生災(zāi)害分析、疏散模擬等方面也都有很多發(fā)展空間。特別是在地震臺(tái)網(wǎng)越來越健全、通訊手段越來越發(fā)達(dá)、計(jì)算機(jī)越來越快速的情況下，發(fā)展城市抗震彈塑性分析已經(jīng)具備了非常良好的條件。

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