基于城市建（構）筑物抗震性能普查數據的挖掘及應用拓展

何萍

基于城市建（構）筑物抗震性能普查數據的挖掘及應用拓展

何萍

項目研發背景

開展建（構）筑物和重要生命線工程抗震性能普查，并有針對性地對其進行科學的抗震性能鑒定及抗震加固，是有效減輕地震災害的一種重要手段。廣東省位于東南沿海地震帶較活躍地段，是華南地區地震相對多發，災害最為嚴重的省份。近百年來，廣東及其附近海域發生過11次6級以上地震（含2次7級以上地震），死數千人，傷數千人，倒塌房屋數萬間。閩粵贛交界地區、珠江三角洲地區和粵桂瓊交界地區被列為全國地震重點監視防御區。經多年的研究分析表明：廣東省及其附近海域每隔100～300年會發生一次7級左右地震、10～15年會發生一次6級左右地震、5～7年會發生一次5級左右地震。鑒于上述省情、震情，廣東省“十一五”期間，省財政投入大量資金，在2009—2012年期間由廣東省地震局組織對省內地震重點監視防御區的13個地級市（廣州、深圳、東莞、中山、江門、汕頭、潮州、茂名、湛江、佛山、陽江、珠海、揭陽）部分城區開展了建（構）筑物抗震性能普查。在項目組成員及各市地震部門的共同努力下，用了近4年時間，完成了約57.3萬棟建筑物，總建筑面積達12.6億平方米的普查工作，建立了近200G容量的數據庫。該數據可以較好地反映已普查地區建（構）筑物的抗震性能情況。

何萍，高級工程師，廣東省地震應急與信息中心應急技術保障室主任。2005年獲中國地震局地質研究所碩士學位，現主要從事地震災害與應急領域的研究工作。先后全面參與廣東省地震局“九五”“十五”項目建設，是廣東省地震社會服務工程應急救援分項技術負責人，也是廣東省破壞性地震應急技術研究中心技術負責人，曾參加汶川地震、玉樹地震震后應急工作，多次參加破壞性地震的科學考察工作。近年來，主持和承擔了10余項科研項目，其中2項為國家科技支撐計劃子專題，2項為廣東省科技廳高新技術項目，2項為中國地震科技星火計劃項目；近年來發表學術論文6篇，其中1篇被EI收錄；2015年獲中國地震局防震減災優秀成果三等獎。

項目研究目標

為了使這些海量的建（構）筑物抗震性能普查數據能夠更好地發揮作用，最大限度地得到有效挖掘、應用，結合中國地震局地震科技星火計劃青年項目，項目組成員開展了針對普查數據的拓展、數據挖掘和數據更新、完善方面的研究。具體的研究目標有兩個：①自主研發有利于數據呈現與檢索的軟件平臺，建立可交互的數據可視化信息展示方式，為政府部門、科研機構及社會公眾提供較為便捷、全面的信息查詢及應用服務；②利用現有的普查數據，研究地震應急基礎數據庫中不同經濟發展水平地區的建筑物數據更新算法，結合利用已有的震害預測成果，對現有建筑物的易損性模型進行修正，達到完善災害快速評估系統功能的目的，為地震應急指揮和救援服務。

項目實施成果

1.自主研發基于城市建（構）筑物抗震性能普查數據的服務展示系統

本項目是在充分挖掘廣東省內13個地市建筑物普查數據基礎上，研發了“建（構）筑物抗震性能普查數據庫管理系統”軟件系統。軟件分為三個版本，一是在省地震局層面上應用的C/S版，可以查詢全省已做過普查的13個城市的數據，并可以對這些數據進行分析。二是在已普查地市中應用的CS版，可以查詢本市的普查數據，并可以進行分析，軟件易裝易用，方便維護。三是針對公眾的BS網絡版，可以查詢全省13個市的數據，只展示部分數據分析成果，限于資料保密的原因，只能在地震行業內網查詢，但在廣東省地震科普館也設置了公眾查詢區域。抗震性能普查結果展示軟件系統的建立使對城市建（構）筑物抗震性能普查的數據管理更為規范、科學、安全、可靠，對普查數據的分析更為簡單、直觀，可以進行分析比較，以圖表的形式綜合展示，如各類房屋構成比、年代分布、抗震性能等級類比等，便于一般用戶對數據的深入認知及分析。城市建（構）筑物抗震性能普查數據庫管理系統的研發，為以后建（構）筑物抗震性能詳查、抗震性能鑒定及加固提供基礎資料。

面向專業用戶的C/S版系統程序均采用C#語言編寫，但是依據應用單位不同對應的運行環境稍有不同。省地震局層面應用的系統軟件的硬件支撐環境包括：數據庫服務器、文件服務器和數據處理工作站。選用Oracle10.0g系統作為數據庫管理平臺，確保了海量數據的存儲及讀取的可靠性。市地震局層面應用的軟件系統，優先考慮軟件易裝易用，數據的方便維護，因此只采用Access數據庫，系統的軟硬件運行環境要求相對寬松，現行辦公電腦都可以滿足。

C/S版的軟件系統具有以下五大功能：數據管理、數據查詢、地震專題圖件查詢、建（構）筑物數據分析以及用戶管理。

圖1　C/S版系統功能模塊示意圖

①數據管理，包括數據表導出、數據表導入、退出系統等。

②數據查詢，包括自定義查詢等。對數據庫數據進行自定義查詢，查詢結果可以輸出為報表或者是Excel格式的文件。

③地震背景專題圖查詢，包括廣東省地震構造圖、活動斷裂分布圖、地質構造圖、地震構造帶劃分圖等等。

圖2　C/S版系統可以檢索任意建筑的普查情況，并生成相應的報表

圖3　C/S版系統按地區對建（構）筑物數據進行分析、比較

④建（構）筑物數據分析，包括單一地區數據分析、多個地區數據比較、同一地區數據比較分析。在數據分析模塊中，數據的分析是以行政區劃為單元進行的，最大的行政單元是全省，最小的行政單元是街道或鄉鎮。分析結果以餅狀圖或柱狀圖的形式給出。

圖4　已嵌入廣東省地震安全創新服務平臺的BS查詢系統

⑤用戶管理，考慮系統和數據的安全性，對用戶采用三級安全管理模式，即系統管理員、注冊用戶和普通用戶。系統管理員可以自由設置用戶及其權限。

BS網頁查詢版系統主要面對公眾及一般用戶，因此系統功能展示簡化，采用Flash技術，強調操作的易用性，互動性強，展示畫面簡潔明了。查詢主要以行政區劃界面方式進行，實現所按即所得。可以按市、縣區以及街道/鄉鎮的行政單元進行數據的查詢。查詢的內容包括普查建筑物的層數、建筑年代、結構類型、設防標準，當查詢到街道/鄉鎮行政單元時還可以顯示單體重點建（構）筑物在地圖上的具體位置、普查信息及建筑物的照片。目前該系統已并入廣東省地震安全創新服務平臺，地震行業內部網絡可以隨時訪問。

圖5　BS查詢系統以行政區為單位進行數據查詢

圖6　重點建筑物的主要信息及照片可以在天地圖上檢索、查看

2.對普查數據的分析、應用以及挖掘研究

對普查數據本身的挖掘和利用研究,主要包括兩方面的工作：①利用現有普查數據，研究不同經濟發展水平地區的房屋數據更新算法，進而可以對地震應急基礎數據庫中房屋數據進行有效更新；②利用普查數據及已有的震害預測成果對現有建筑物的易損性模型進行修正，達到完善地震災害快速評估系統功能的目的，提高數據的可用性，為地震應急指揮和救援服務。

項目產生的社會效益

（1）通過對普查數據的挖掘、應用，完成軟件系統的研發，實現了科研項目產品化和服務化。

在項目實施過程中，緊跟廣東省地震局“拓展公共服務”和“公共服務產品化”的工作思路，及時將普查數據成果服務化，根據不同的用戶需求研發不同的軟件產品，B/S版系統現已嵌入廣東省地震公眾服務平臺，數據不僅可以供地震系統內部人員分析和研究，同時在廣東省地震科普館和部分市級地震科普館服務于社會公眾。此外中山、陽江、東莞等市的建（構）筑物抗震性能普查數據分析結果，為編制該市抗震防災規劃和危險房屋抗震加固改造規劃提供了堅實可靠的數據基礎。

（2）建筑物抗震性能普查成果對廣東省防震減災工作發揮了積極作用，該項工作已被寫入了廣東省防災減災新條例。

利用該項目研發的展示系統生成的大量圖文文件及數據報告，廣東省地震局向省政府報送了專題報告，在普查城市建（構）筑物的設防情況，結合國務院18號文的工作目標，提出了“推動城市防震減災工作與全省經濟社會建設同步發展、發揮普查成果在編制城市建設規劃中的基礎性作用、控制增量消化存量和進一步完善各級政府地震應急預案”等四點建議。普查工作的開展過程，同時也是防震減災工作的宣傳過程，由于此次普查覆蓋區域廣、涉及部門多、社會影響面大，加之我們及時對這項工作進行了總結、深化，因此，順利地把抗震性能普查提升為法律要求。2012年12月29日，廣東省頒布了新修訂的《廣東省防震減災條例》，新條例第二十八條第一款明確規定：“縣級以上人民政府應當有計劃地組織對轄區內已建成的建設工程進行抗震性能普查”。

圖7　2014年廣東省地震科普館開放日前來關注該服務產品的記者及公眾

項目實施心得

在開展地震重點監視防御區的13個地級市的建（構）筑物抗震性能普查的工作過程中，項目組預見到普查數據挖掘應用的研究價值，成功申請了中國地震局地震科技星火項目課題，較好地完成了項目的建設，并取得了較好的社會效益。這種與實際工作相結合的研究模式，可以讓項目的實施更為順利，項目的需求更為明確，有效解決實際工作中的相關問題。此外，年輕的項目組成員，非計算機專業出身，但是大家憑著一股子鉆研精神，自學編程技術，通過本項目的實施鍛煉，使得項目組成員自身的軟件研發能力得到了較大的提高，團隊合作能力得到加強，并對以后的大數據分析、挖掘、應用奠定了基礎。