地震動參數區劃對北京城鄉規劃的指引

施衛良　郭睿　何永

地震動參數區劃對北京城鄉規劃的指引

施衛良郭睿何永

施衛良，現任北京市規劃委員會總規劃師，北京市城市規劃設計研究院院長，中國城市規劃協會副會長、中國城市規劃學會常務理事、市政府專家咨詢委員會委員，教授級高級工程師，專業領域：城市規劃。長期從事城鄉規劃編制工作，主持或參與了《北京市城市總體規劃》、《首都區域空間發展戰略研究》、《北京市東部及西部發展帶協調規劃》、《順義新城規劃》、《北京市區綠地系統規劃》等大量規劃項目的編制，多項成果榮獲北京市和建設部優秀規劃設計獎。

郭睿，現就職于北京市城市規劃設計研究院規劃研究室，注冊規劃師，工程師，主要從事城市規劃編制工作，側重城市生態規劃領域。主要參與了《北京市城市總體規劃》、《北京市節約用水規劃》、《北京市限建區規劃》，北京市山區和淺山區協調發展規劃、北京城市低碳發展系列規劃，以及北京城市總體規劃修改中生態紅線的劃定及管理辦法編制工作。

何永，清華大學環境工程系環境工程本科，澳大利亞昆士蘭大學環境管理碩士，中國科學院生態環境研究中心生態學博士。1988-2001年從事城市基礎設施規劃。2002至今從事城市生態規劃相關工作。主要參與并完成了2004年和2014年《北京城市總體規劃》修編工作中的城市生態規劃部分、《北京城市空間發展戰略研究》的生態專題和綜合工作、《生態北京人口承載力分析研究》，《北京市節約用水規劃》、《北京市限建區規劃》；亦莊、昌平和延慶等新城的生態規劃；北京市山區和淺山區協調發展規劃、北京城市低碳發展系列規劃等。發表論文、專著及學術演講40余篇，省部級以上獲獎20余次，其中《北京市限建區規劃》獲全國優秀工程勘察設計獎金獎。

目前我國城市防震目標主要是通過單體建筑工程滿足抗震設防要求來實現，從而實現提高整個城市震害防御水平的目的。隨著大城市和超大城市不斷涌現，規模大、人口密度高、生命線工程密集等特點，將對城市的震害防御能力產生較大影響。因此，城市規劃工作者應清楚不同地區的地震危險水平和可能會發生的地震災害強度，進而在規劃的不同階段，以地震動參數區劃為依據進行城市空間布局和建設選址。本文梳理了近三次城市總體規劃關于抗震防災的具體內容和規劃建議，重點以2015年北京城市總體規劃修改為背景，比較了2015年頒布的強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖（GB 18306—2015）》和《中國地震動參數區劃圖（GB 18306—2001）》的北京市地震動峰值加速度區劃圖矢量數據，結合兩版地震動參數區劃變化對城鄉規劃的影響，提出城鄉抗震防災規劃建議，為北京城市總體規劃修改后的規劃實施奠定基礎。

背景

地震是地殼構造運動的產物，也可以說是現代地殼構造運動的一種特殊表現形式。其主要破壞現象包括地表破裂、建筑物及水利工程的破壞和次生地質災害。如果發生中強地震，會在Ⅶ度以上的地區造成人員傷亡和經濟損失，這主要是由于地震造成的建、構筑物破壞引起的。北京最早的地震發生在294年9月，自公元1000年以來，影響北京地區的強震（Ms≥6）有25次之多。其中1676年平谷區馬坊鎮8級大地震造成極其嚴重破壞，對北京的影響最大，1057年幽州6?級地震和1730年西苑6?級地震也造成了嚴重破壞。1976年的唐山7.8級強震波及北京，使地面建筑和水利設施遭到不同程度的破壞。

2000年以前的地震烈度區劃

中國從20世紀30年代開始進行地震區劃工作。地震區劃是按照地震危險性的程度將國土劃分為若干區域，針對不同區域提出抗震設防要求。新中國成立以來，曾經編制過三次（1956年、1977年和1990年）地震烈度區劃圖。中國地震烈度區劃圖（1990年）用于指導當時國家經濟建設和城鄉規劃的編制，是工業與民用建筑的抗震設防依據，也是制定防御和減輕地震災害對策的重要依據。

《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001）

地震災害嚴重影響本地區人民的日常生活和經濟發展，因此定性和定量描述災害影響的范圍、大小、持續時間，會對抗震設防起到至關重要的作用。隨著科技進步、觀測水平提升以及調查資料的不斷豐富，中國地震局編制了《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001）（以下簡稱“GB 18306—2001”）來滿足《中華人民共和國防震減災法》（中華人民共和國主席令第94號，1997年12月29日頒布）提出的一般建設工程的抗震設防要求，該標準于2001年8月1日開始實施。和1990年中國地震烈度區劃圖相比，其采用的參數從宏觀定性的、非物理量的地震烈度過渡到直接以地震動參數表示的、可直接為工程抗震設計規范所使用、可定量的物理參數，克服了我國上一代地震烈度區劃圖不能反映地震大小、遠近對反應譜形狀影響的缺點。地震動是地震波引起的地面運動，地震動參數表征地震引起的地面運動的物理參數，包括峰值、反應譜和持續時間等。

自GB 18306—2001頒布之日起，抗震設計驗算直接采用地震動參數（地震動峰值加速度和地震動反應譜特征周期），不再采用地震基本烈度。當涉及地基處理、構造措施或其他防震減災措施時，地震基本烈度數值可由該標準查取地震動峰值加速度并按表1確定，也可根據需要做更細致的劃分。在該標準頒布十多年來，在我國一般建設工程抗震設防、各類建設工程規劃選址、社會經濟發展和國土利用規劃編制等方面發揮了重要作用。

表1　地震動峰值加速度分區與地震基本烈度對照

《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）

近年來，國家對地震安全提出了更高的要求，社會對地震安全提出了新需求。GB 18306—2001實施以來我國積累了大量地震、地質、地球物理等新資料，在地震構造環境和地震活動特征等方面取得了新認識，同時國內外在地震區劃圖編制原則與方法方面取得了新進展。此外，2008年5月12日中國汶川8.0級地震和2011年3月11日日本東部海域9.0級地震等國內外特大城市地震災害也提供了重要經驗借鑒。基于上述背景，中國地震局于2007年啟動了GB 18306—2001的修訂工作，2015年5月15日，國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會批準發布了強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）（以下簡稱“GB 18306—2015”），該標準于2016年6月1日開始實施。GB 18306—2015的發布實施，將為新時期全面提高我國的抗震設防能力提供法律保障和科學依據。

與GB 18306—2001（第四代圖）相比，GB 18306—2015（第五代圖）基礎資料更加扎實，技術依據更加充分，科學認識更加全面，具有很強的科學性、先進性和工程適用性。標準中的“兩圖”包括中國地震動峰值加速度區劃圖和中國地震動加速度反應譜特征周期區劃圖，它們是確定抗震設防要求的核心技術要素。“兩圖”修訂后，全國抗震設防要求有所提高，其中地震動峰值加速度小于0.05?g的分區不再出現；基本地震動峰值加速度0.10?g（即Ⅶ度）及以上地區面積有所增加，從49%上升到58%。基本地震動加速度反應譜特征周期0.40s地區的面積從24%增加到27%，0.45s地區的面積從31%增加到32%。

新版地震動參數區劃圖針對北京的變化

針對北京地區，第五代地震動峰值加速度區劃圖相比第四代圖，首次出現地震動峰值加速度0.30?g（Ⅷ度半）區域，該區域位于平谷區馬坊鎮，占全市總面積0.06%。地震動峰值加速度0.2?g（Ⅷ度）區面積增加，占全市總面積比例從39.71%提高到59.34%，增加了近20%，涉及全市中心城區及全部新城所在地；地震動峰值加速度0.15?g（Ⅶ度半）區面積減少，占全市總面積比例從44.68%減少到23.25%，原位于該區域的密云新城所在地提高到0.2?g（Ⅷ度）區；地震動峰值加速度0.10?g（Ⅶ度）面積略有增加，占全市總面積比例從15.61%增加到17.35%。具體如表2和圖1所示。

針對北京地區，地震動加速度反應譜特征周期區劃圖的調整主要體現在0.40 s區域涉及的新城所在地有所增加。在第四代區劃圖中，僅密云、懷柔、昌平、門頭溝等4個區反應譜特征周期為0.40 s（相當于抗震設計規范的設計地震分組為第二組），其余的12個區縣均位于0.35 s區（設計地震分組為第一組）。而在第五代區劃圖中，北京市全區整體提升為0.40 s區（設計地震分組為第二組），僅在西部、北部山區的23個鄉鎮提升為0.45 s區（設計地震分組為第三組）。對比結果如表3所示。

表2　北京市地震動峰值加速度分區第四代圖與第五代圖對比

圖1　北京市地震動峰值加速度區劃對比圖（a）2001年第四代圖；（b）2015年第五代圖

表3　北京市地震動加速度反應譜特征周期區劃圖第四代圖與第五代圖對比

抗震設防要求對歷次總體規劃的指引

依據《中華人民共和國防震減災法》（第十一屆全國人民代表大會常務委員會第六次會議于2008年12月27日修訂通過，2009年5月1日起施行），各級政府應當防御與減輕地震災害，保護人民生命和財產安全，保障城鄉建設順利進行。在抗震設防地區，新建、擴建、改建的建設工程必須達到抗震設防要求。對于重大建設工程和可能發生嚴重次生災害的建設工程，必須進行地震安全性評價，并根據地震安全性評價的結果與要求進行抗震設防。對于已經建成的屬于重大建設工程、可能發生嚴重次生災害、有重大文物價值和紀念意義以及位于地震重點監視防御區的建筑物、構筑物中未采取抗震設防措施的，應當按照國家有關規定進行抗震性能鑒定，并采取必要的抗震加固措施。地震時可能發生嚴重次生災害的工程，不得建在城市建設區內，已建在城市建設區內的應結合城市改造逐步遷出。

抗震設防要求一直是城鄉規劃布局、建設選址的前置條件，在歷次城市總體規劃中都有重要的篇章進行闡述。1983年頒布的《北京城市建設總體規劃方案》（以下簡稱“83版總體規劃”）和1993年頒布的《北京城市總體規劃（1991年至2010年）》（以下簡稱“93版總體規劃”）以工程地質分區和地震烈度區劃作為規劃依據之一，2004年頒布的《北京城市總體規劃（2006—2020年）》（以下簡稱“04版總體規劃”）以工程地質分區、地震烈度區劃和地震動參數區劃為規劃依據之一。

83版總體規劃對“北京地區的地震”有獨立的篇章進行闡述，詳細描述了北京地區地震特點和歷史上的地震對城市建設的影響。規劃以中國地震局1976年10月編制的《京津唐地區地震烈度區劃圖》為指引，將北京市分為4個不同的基本烈度區，如圖2所示，包括安定—青云店—漷縣一線以南，本市東南部為Ⅸ度區；上述Ⅸ度區的西北，長溝鎮—周口店—石景山—東北旺—沙河鎮一線以東，懷柔茶塢—密云西田各莊一線以南的大部分平原地區為Ⅷ度區；沿山地帶，延慶盆地，平谷為Ⅶ度區；西部和北部山區大多屬于Ⅵ Ⅶ度區，即在大面積Ⅵ度范圍內，部分地區不排除有發生影響烈度為Ⅶ度的地震的可能。

圖2　北京地區地震影響小區域劃分圖（83版總體規劃）

圖3　平原區工程地質條件分區及地震斷裂帶分布圖（04版總體規劃）

此外，83版總體規劃還提出場地條件對震害的影響，主要體現在兩方面，其一是由于砂土液化、震陷、地裂縫、滑坡等產生地基失效現象，直接造成構筑物的破壞；其二是地基雖未失效，但不同的場地條件可能對地震波的大小、周期、持續時間產生不同的影響，從而在某些條件下可能加劇或減輕工程建筑的震害。從整體上看，北京平原對抗震不利的地段主要分布于平原區的東南部，該區域不僅地震基本烈度偏高，也是可液化場地的主要分布區。

在地震烈度區劃和工程地質條件區劃的指引下，83版總體規劃中有關備戰與抗震提出的規劃建議。第一，北京是個設防的城市，又處于地震區，城市建設必須注意備戰和抗震。第二，城市布局要避免過于集中，城市人口不宜過分密集。舊城要疏散過密的人口，居住區內要有綠地、運動場，以利防空、防火和避震防災。城市供水、供電、通信、道路、交通等城市基礎設施要分別采取措施，保證震期或戰時能夠使用。第三，要按照平戰結合的原則，搞好地下工程建設。要結合地面的基本建設，修建平戰結合的地下商場、旅館、食堂、倉庫、車庫和醫院等。在人口稠密地區、商業街道、火車站等處修建地下商業街和地下停車場，并盡可能與地下鐵道出入口連接起來，逐步形成以地鐵為骨干的平戰結合的地下建筑系統。第四，國家地震局初步確定北京的地震基本烈度為Ⅷ度，要據此搞好建筑和城市基礎設施的抗震工作。新建永久性建筑物和構筑物，均按Ⅷ度抗震的要求設防，原有建筑物和構筑物也要抓緊進行抗震加固工作。第五，各種建設必須嚴格執行國家頒布的防火規范。城市消防站點與消火栓要合理布局，納入城市建設規劃。

93版總體規劃在上一版總體規劃的基礎上，進一步強化了對易燃、易爆和劇毒化學品的生產、儲存和輸送設施的管理，防止出現一種災害引發多種次生災害的情況；建立城市災害預測和應急報警系統，健全城市防災組織機構；加強對軍事設施和城市要害部位的保護。

04版總體規劃首次將綜合生態規劃作為獨立篇章，其中關于北京工程地質區劃、地震烈度區劃和地震動參數區劃等內容進行了詳細的闡述和說明，同時在城市綜合防災減災規劃篇章中的防震減災規劃里提出了抗震設防要求并劃定了地震小區劃，同時對地震災害預測、監測預報、救援等內容提出了規劃建議。

關于工程地質區劃，04版總體規劃的綜合生態規劃篇章中提到：“根據地形、地基土特性、地基土層分布規律、地下水分布規律、地震液化等控制要素，將北京市的平原區和延慶山間盆地的工程地質條件分成4類，如圖3所示。第一類是工程地質條件良好地區，主要分布在永定河、溫榆河、拒馬河、大石河、潮白河、媯水河、泃河等洪沖積扇形地的頂部或洪沖積階地上。地勢較高，地形較平坦，平均坡度在2‰ 10‰，排水條件好。高層、低層建筑一般均可采用天然地基方案，特殊情況采取適宜措施。第二類是工程地質條件較好地區，主要分布在山前洪沖積臺地、黃土臺地、階地斜坡地帶以及各大河系洪沖積臺地沉積亞區。由于分布有沖溝和沿山階梯，地形高低相差較大，平均坡度一般為5%～10%。沖溝和沿山階梯處考慮環境景觀問題一般不宜進行高層建筑，其他地區高層、低層建筑一般可采用天然地基方案。特殊情況采取適宜措施。第三類是工程地質條件一般地區，主要為沖擊平原新近沉積亞區和北京舊城區及通州舊城區人工堆積亞區。區內存在砂土液化地區和不均勻沉降問題，城鎮建設應采取適宜措施。第四類是工程地質條件較差地區，主要分布在現代河床與河漫灘，地形受河流的沖刷與沉積的影響可能變化較大。區內存在砂土液化地區和不均勻沉降、地下水埋深較淺、地勢低洼等問題，城鎮建設應采取適宜措施。”關于地裂縫位置：“北京地處華北地震帶和張家口—渤海地震帶交會處，地震活動十分頻繁并且具有發生強震的構造背景，主要斷裂帶包括延礬盆地北緣斷裂、南口山前斷裂、南口—孫河斷裂、小湯山—東北旺斷裂、黃莊—高麗營斷裂、八寶山斷裂、永定河斷裂、順義—前門—良鄉斷裂、南苑—通縣斷裂。”“在斷裂帶附近進行城市建設時，有必要通過探測工作查明斷裂的位置、斷裂的最近活動時代、第四系覆蓋層厚度等，并評價斷裂活動可能對地面工程造成的影響。”

在城市綜合防災減災篇章中提到：“嚴格執行2001年實施的強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001），該圖中北京地區的地震動峰值加速度值與地震基本烈度關系及占全市面積比重為：地震動峰值加速度值為0.20?g和0.30?g的地區，相當于地震烈度Ⅷ度區，建筑抗震設計按Ⅷ度設防，約占全市面積的37%。地震動峰值加速度值為0.15?g的地區約占45%，其他地區為0.10?g區。加速度值0.15?g和0.10?g地區均相當于地震烈度Ⅶ度區，建筑抗震設計按Ⅶ度設防。”具體如圖4所示。

2006年編制的《北京市限建區規劃（2006—2020年）》中也將地震風險作為限制城鄉建設的條件之一。針對地震斷裂帶的抗震設防要求，“在平原區活動斷裂上升盤埋藏深度小于100 m，距斷裂軸部100 m范圍內，城市建設特別是高層建筑、地下空間設施及重要的建筑物、構筑物應避讓，禁止建設永久性居住設施、生命線工程以及易產生火災、爆炸等次生災害的項目。由于目前尚未完全探明北京市地震活動斷層的準確位置、活動性和對建設工程的影響，因此在活動斷裂帶兩側2000 m劃定緩沖區，在緩沖區范圍內的新建、擴建工程應進行地質勘察和地震安全性評價”。同時，限建區規劃設立專門章節對北京地區地震動峰值加速度區劃進行分析，并提出設防標準要求。同時針對城市總體規劃層面，地震動峰值加速度區劃圖精度不能滿足的問題，限建區規劃將地震動峰值加速度邊界兩側4 km劃定為地震動分界區，如圖4所示，提出“對于地震動峰值加速度分區界限兩側各4 km區域內的城市建設，應通過地震動參數復核確定抗震設防要求；如果不進行相應復核，則該地的建設項目須按分界線兩側相對高的地震動參數值作為抗震設防要求”。

2015年，隨著中國地震動參數區劃圖的修訂，抗震設防要求對北京城鄉規劃提出新的挑戰。一方面，高烈度地區面積增加，涉及人口規模和用地面積增加，對北京市地震設防提出更高的要求；另一方面，隨著北京人口規模不斷增加，城鄉規模不斷擴張，生命線工程越發密集，對城鄉抗震設防能力要求也不斷提高。從目前的抗震設防標準看，城市防震目標的實現主要是通過單體建筑工程滿足抗震需求要求來達到提高整個城市的震害防御水平目的。因此，應在城市規劃的各個層級繼續加強地震動參數區劃對城鄉規劃空間布局、建筑選址及工程設防的指引作用。

圖4　北京市域地震斷裂帶及地震動參數區劃與城鎮關系圖（04版總體規劃）

由于全國地震動參數區劃圖的比例尺為1∶400萬，為更好地指導城鄉規劃，將地震動參數區劃分界線兩側劃定4 km作為地震動分界區，各區劃面積如表4所示。2015年北京城市總體規劃修改結合市域環境容量以及功能疏解、減量發展的目標，初步劃定了城市增長邊界和生態紅線，構建了“城市集中建設區、限制建設區和生態紅線區”的全域空間管制體系，其中城市集中建設區是城市發展剛性約束紅線，是未來城市主要的建設空間，面積約2267 km2，約占市域總面積的14%。2015年劃定的城市集中建設區主要分布在地震動峰值0.20?g（Ⅷ度）區域，占全市集中建設區總面積的87%，如圖5所示。同時，隨著全國地震動參數區劃圖的修訂，約有100萬人所處地域地震動峰值加速度從0.15?g提高到0.20?g（從Ⅶ度半提高到Ⅷ度），約有2萬人所處地域地震動峰值從0.20?g提高到0.30?g（從Ⅷ度提高到Ⅷ度半），其抗震設防要求大幅度提高。

圖5　北京市地震動分界線與規劃集中建設區關系圖

表4　 北京市地震動參數區劃影響增長

城市防災減災規劃建議

北京市的城鄉規劃建設應嚴格執行2015年實施的強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖（GB 18306—2015）》，并在此基礎上提出城鄉防災減災規劃建議。

堅持合理控制人口密度，確定城市空間布局

控制合理的城市建設強度，避免因人口密度過大、城市建設過度密集導致的災損嚴重、次生災害倍增、疏散救援困難等因素影響。確定合理的城市空間布局，防止城市盲目擴張和建設用地無序蔓延。大規模集中建設應控制在城市開發邊界內，并提高基礎設施和公共服務投資效率，以此推動城市由外延擴張向內涵提升轉變。城市集中建設區劃分防災分區，堅持完善開敞空間系統，以控制災害蔓延，留有避難空間和中長期安置重建空間。

完成中心城區、新城及重點發展區域地震小區劃工作，加強城鄉一體化抗震設防管理體系

對中心城區中的高層、超高層建筑、重大建設工程項目和城市主要基礎設施等提出更高的抗震設防要求，從而保障城市的正常運轉。加強城鎮抗震設防管理，建立和完善城鎮抗震設防工作管理體系，做好主要城鎮地震小區劃工作。對北京通州副中心、新機場等重點區域，加強抗震設防規劃引導。對建制鎮進行地震活斷層的基礎探測，給出限建區和可建區的抗震設防要求；完成農居建筑設計的“抗震設計規范”；實現城鄉一體化的“抗震設防要求管理”和服務體系。

深化落實地震動峰值加速度分界區抗震設防復核工作

進一步深化落實在地震動峰值加速度分界區兩側4 km區域內城鄉建設的抗震設防復核工作。對于地震動峰值加速度分界區兩側4 km區域內的城鄉建設，應通過地震動參數復核確定抗震設防要求；如果不進行相應復核，則該地的建設項目須按分界線兩側相對高的地震動參數值作為抗震設防要求。

以京津冀協同發展為背景，制定共同防御體系

以京津冀協同發展為指導思想，構建區域多城市聯防、互相支援備份的廣域防災體系：建立多路多源的生命線戰略安全體系，水電油氣等重要供給線確保廣域聯通；建設空、鐵、陸協同的區域疏散救援通道，提高通道抗震設防等級，健全京津冀突發事件協同應對和聯合指揮機制、應急資源合作共享機制以及應急平臺互聯互通機制，保障災時廣域物資和救援支援通道暢通。

保障城市生命線工程，提高城市整體防御能力，加強災害預測、監測和管理水平

加強易損點段管理，重點保護城市生命線工程，降低城市脆弱度。完善各災種及其次生災害易發區的識別和劃定，對位于地震斷層、地裂縫分布帶、崩塌滑坡等地質災害易發區的各類現狀建設加快治理，并嚴防新增建設；加強城市內部老舊破損市政基礎設施的數字化勘察、評估、監測和管理，有計劃的實施改造和更新；完善現狀建筑物構筑物的抗災性能評估機制，對抗震不達標的建構筑物予以加固或更新；適度提高重要設施設防等級，并加強監測管理。