基于城市建（构）筑物抗震性能普查数据的挖掘及应用拓展

何萍

基于城市建（构）筑物抗震性能普查数据的挖掘及应用拓展

何萍

项目研发背景

开展建（构）筑物和重要生命线工程抗震性能普查，并有针对性地对其进行科学的抗震性能鉴定及抗震加固，是有效减轻地震灾害的一种重要手段。广东省位于东南沿海地震带较活跃地段，是华南地区地震相对多发，灾害最为严重的省份。近百年来，广东及其附近海域发生过11次6级以上地震（含2次7级以上地震），死数千人，伤数千人，倒塌房屋数万间。闽粤赣交界地区、珠江三角洲地区和粤桂琼交界地区被列为全国地震重点监视防御区。经多年的研究分析表明：广东省及其附近海域每隔100～300年会发生一次7级左右地震、10～15年会发生一次6级左右地震、5～7年会发生一次5级左右地震。鉴于上述省情、震情，广东省“十一五”期间，省财政投入大量资金，在2009—2012年期间由广东省地震局组织对省内地震重点监视防御区的13个地级市（广州、深圳、东莞、中山、江门、汕头、潮州、茂名、湛江、佛山、阳江、珠海、揭阳）部分城区开展了建（构）筑物抗震性能普查。在项目组成员及各市地震部门的共同努力下，用了近4年时间，完成了约57.3万栋建筑物，总建筑面积达12.6亿平方米的普查工作，建立了近200G容量的数据库。该数据可以较好地反映已普查地区建（构）筑物的抗震性能情况。

何萍，高级工程师，广东省地震应急与信息中心应急技术保障室主任。2005年获中国地震局地质研究所硕士学位，现主要从事地震灾害与应急领域的研究工作。先后全面参与广东省地震局“九五”“十五”项目建设，是广东省地震社会服务工程应急救援分项技术负责人，也是广东省破坏性地震应急技术研究中心技术负责人，曾参加汶川地震、玉树地震震后应急工作，多次参加破坏性地震的科学考察工作。近年来，主持和承担了10余项科研项目，其中2项为国家科技支撑计划子专题，2项为广东省科技厅高新技术项目，2项为中国地震科技星火计划项目；近年来发表学术论文6篇，其中1篇被EI收录；2015年获中国地震局防震减灾优秀成果三等奖。

项目研究目标

为了使这些海量的建（构）筑物抗震性能普查数据能够更好地发挥作用，最大限度地得到有效挖掘、应用，结合中国地震局地震科技星火计划青年项目，项目组成员开展了针对普查数据的拓展、数据挖掘和数据更新、完善方面的研究。具体的研究目标有两个：①自主研发有利于数据呈现与检索的软件平台，建立可交互的数据可视化信息展示方式，为政府部门、科研机构及社会公众提供较为便捷、全面的信息查询及应用服务；②利用现有的普查数据，研究地震应急基础数据库中不同经济发展水平地区的建筑物数据更新算法，结合利用已有的震害预测成果，对现有建筑物的易损性模型进行修正，达到完善灾害快速评估系统功能的目的，为地震应急指挥和救援服务。

项目实施成果

1.自主研发基于城市建（构）筑物抗震性能普查数据的服务展示系统

本项目是在充分挖掘广东省内13个地市建筑物普查数据基础上，研发了“建（构）筑物抗震性能普查数据库管理系统”软件系统。软件分为三个版本，一是在省地震局层面上应用的C/S版，可以查询全省已做过普查的13个城市的数据，并可以对这些数据进行分析。二是在已普查地市中应用的CS版，可以查询本市的普查数据，并可以进行分析，软件易装易用，方便维护。三是针对公众的BS网络版，可以查询全省13个市的数据，只展示部分数据分析成果，限于资料保密的原因，只能在地震行业内网查询，但在广东省地震科普馆也设置了公众查询区域。抗震性能普查结果展示软件系统的建立使对城市建（构）筑物抗震性能普查的数据管理更为规范、科学、安全、可靠，对普查数据的分析更为简单、直观，可以进行分析比较，以图表的形式综合展示，如各类房屋构成比、年代分布、抗震性能等级类比等，便于一般用户对数据的深入认知及分析。城市建（构）筑物抗震性能普查数据库管理系统的研发，为以后建（构）筑物抗震性能详查、抗震性能鉴定及加固提供基础资料。

面向专业用户的C/S版系统程序均采用C#语言编写，但是依据应用单位不同对应的运行环境稍有不同。省地震局层面应用的系统软件的硬件支撑环境包括：数据库服务器、文件服务器和数据处理工作站。选用Oracle10.0g系统作为数据库管理平台，确保了海量数据的存储及读取的可靠性。市地震局层面应用的软件系统，优先考虑软件易装易用，数据的方便维护，因此只采用Access数据库，系统的软硬件运行环境要求相对宽松，现行办公电脑都可以满足。

C/S版的软件系统具有以下五大功能：数据管理、数据查询、地震专题图件查询、建（构）筑物数据分析以及用户管理。

图1　C/S版系统功能模块示意图

①数据管理，包括数据表导出、数据表导入、退出系统等。

②数据查询，包括自定义查询等。对数据库数据进行自定义查询，查询结果可以输出为报表或者是Excel格式的文件。

③地震背景专题图查询，包括广东省地震构造图、活动断裂分布图、地质构造图、地震构造带划分图等等。

图2　C/S版系统可以检索任意建筑的普查情况，并生成相应的报表

图3　C/S版系统按地区对建（构）筑物数据进行分析、比较

④建（构）筑物数据分析，包括单一地区数据分析、多个地区数据比较、同一地区数据比较分析。在数据分析模块中，数据的分析是以行政区划为单元进行的，最大的行政单元是全省，最小的行政单元是街道或乡镇。分析结果以饼状图或柱状图的形式给出。

图4　已嵌入广东省地震安全创新服务平台的BS查询系统

⑤用户管理，考虑系统和数据的安全性，对用户采用三级安全管理模式，即系统管理员、注册用户和普通用户。系统管理员可以自由设置用户及其权限。

BS网页查询版系统主要面对公众及一般用户，因此系统功能展示简化，采用Flash技术，强调操作的易用性，互动性强，展示画面简洁明了。查询主要以行政区划界面方式进行，实现所按即所得。可以按市、县区以及街道/乡镇的行政单元进行数据的查询。查询的内容包括普查建筑物的层数、建筑年代、结构类型、设防标准，当查询到街道/乡镇行政单元时还可以显示单体重点建（构）筑物在地图上的具体位置、普查信息及建筑物的照片。目前该系统已并入广东省地震安全创新服务平台，地震行业内部网络可以随时访问。

图5　BS查询系统以行政区为单位进行数据查询

图6　重点建筑物的主要信息及照片可以在天地图上检索、查看

2.对普查数据的分析、应用以及挖掘研究

对普查数据本身的挖掘和利用研究,主要包括两方面的工作：①利用现有普查数据，研究不同经济发展水平地区的房屋数据更新算法，进而可以对地震应急基础数据库中房屋数据进行有效更新；②利用普查数据及已有的震害预测成果对现有建筑物的易损性模型进行修正，达到完善地震灾害快速评估系统功能的目的，提高数据的可用性，为地震应急指挥和救援服务。

项目产生的社会效益

（1）通过对普查数据的挖掘、应用，完成软件系统的研发，实现了科研项目产品化和服务化。

在项目实施过程中，紧跟广东省地震局“拓展公共服务”和“公共服务产品化”的工作思路，及时将普查数据成果服务化，根据不同的用户需求研发不同的软件产品，B/S版系统现已嵌入广东省地震公众服务平台，数据不仅可以供地震系统内部人员分析和研究，同时在广东省地震科普馆和部分市级地震科普馆服务于社会公众。此外中山、阳江、东莞等市的建（构）筑物抗震性能普查数据分析结果，为编制该市抗震防灾规划和危险房屋抗震加固改造规划提供了坚实可靠的数据基础。

（2）建筑物抗震性能普查成果对广东省防震减灾工作发挥了积极作用，该项工作已被写入了广东省防灾减灾新条例。

利用该项目研发的展示系统生成的大量图文文件及数据报告，广东省地震局向省政府报送了专题报告，在普查城市建（构）筑物的设防情况，结合国务院18号文的工作目标，提出了“推动城市防震减灾工作与全省经济社会建设同步发展、发挥普查成果在编制城市建设规划中的基础性作用、控制增量消化存量和进一步完善各级政府地震应急预案”等四点建议。普查工作的开展过程，同时也是防震减灾工作的宣传过程，由于此次普查覆盖区域广、涉及部门多、社会影响面大，加之我们及时对这项工作进行了总结、深化，因此，顺利地把抗震性能普查提升为法律要求。2012年12月29日，广东省颁布了新修订的《广东省防震减灾条例》，新条例第二十八条第一款明确规定：“县级以上人民政府应当有计划地组织对辖区内已建成的建设工程进行抗震性能普查”。

图7　2014年广东省地震科普馆开放日前来关注该服务产品的记者及公众

项目实施心得

在开展地震重点监视防御区的13个地级市的建（构）筑物抗震性能普查的工作过程中，项目组预见到普查数据挖掘应用的研究价值，成功申请了中国地震局地震科技星火项目课题，较好地完成了项目的建设，并取得了较好的社会效益。这种与实际工作相结合的研究模式，可以让项目的实施更为顺利，项目的需求更为明确，有效解决实际工作中的相关问题。此外，年轻的项目组成员，非计算机专业出身，但是大家凭着一股子钻研精神，自学编程技术，通过本项目的实施锻炼，使得项目组成员自身的软件研发能力得到了较大的提高，团队合作能力得到加强，并对以后的大数据分析、挖掘、应用奠定了基础。