基于数字化技术的城市建设多灾害防御技术与应用2017年度北京市科学技术奖二等奖

主要完成单位：中国建筑科学研究院，清华大学，建研科技股份有限公司，北京科技大学，北京清华同衡规划设计研究院有限公司

主要完成人：李引擎、张靖岩、许镇、于文、孙旋、王大鹏、陈凯、郭春雨、张孝奎、郭浩、朱立新、任爱珠、刘松涛、李显忠、万汉斌

1 项目背景

随着我国经济和社会的快速发展，城市化进程迅猛，城市规模不断扩张，人口日益密集，基础设施错综复杂，建筑物（构筑物）型式多样。与此同时，我国城市建设面临的灾害形势也愈发严峻，灾害防御能力明显落后于经济发展已成为制约我国城市发展的主要矛盾之一。切实提高城市建设多灾害防御能力对于实现城市的可持续发展具有重大的现实意义。

近年来，我国城市建设的防灾减灾工作虽取得了很大的进步，但是现阶段灾害信息和数据共享水平低，灾害监测、灾害评估及防灾辅助决策管理等技术仍跟不上社会的发展及防灾的需求，特别是在无法满足足量实体试验条件下，缺乏对重大建筑工程及城市区域的防灾机理认识及有效防治手段。基于以上现状，中国建筑科学研究院联合清华大学、建研科技股份有限公司、北京科技大学和北京清华同衡规划设计研究院有限公司，充分发挥各自优势，历时十余年，系统地开展了城市建设多灾害防御技术的研究与应用。从单体建筑的防火、抗风、抗震出发，提出了基于数字化技术及实体试验相结合的建筑单体多灾害防御技术，为区域灾害防御提供单点分析依据；以火灾、地震、地质灾害和地震次生火灾为主要研究对象，提出基于单体分析结果的城市区域多灾害风险评估、规划、防御方法，有效识别城市高风险脆弱区，为脆弱区和单体建筑的防灾改造对策提供重要指导；基于以上理论研究成果，搭建基于GIS技术的城市建设灾害防御系统，实现灾害数据联通与共享，形成系统化的灾害防御体系。

本项目旨在深化传统防灾减灾理念与技术，利用现代数字化技术手段，提高建筑工程和城市区域的多灾害防御水平，实现了从应对单一灾种向综合防灾的转变，为全面增强国家综合防灾减灾能力提供有力的技术支撑。

2 项目创新点与科学成就

（1）单体建筑灾害防御技术与应用——融合了数字化技术与实体实验理论的单体建筑多灾害防御技术，从根本上解决了现阶段大型及重要单体建筑复杂防灾机理与有效应对难题。

针对建筑单体影响最大的典型灾害—火灾、风灾和地震，分别提出了建筑火灾条件下结构安全与人员安全耦合分析方法、抗风设计方法与动力响应仿真分析技术以及抗震性能评估方法，创新性地引入数字化手段，共同解决建筑单体的多灾害防御问题。本项目的灾害防御技术不仅对普通建筑单体具有适用性，而且在重要、特殊建筑单体（如北京“中国尊”、工人体育馆等）中有过成功应用，覆盖了城市单体建筑的不同类型，为北京城市工程建设以及既有建筑的多灾害防御提供了重要的技术方法。

（2）区域多灾害防御技术与应用——利用信息化手段，顺利实现了区域防灾技术由单一文本到数字化的无缝过渡，保障了区域建设的可持续发展。

以火灾、地震、地质灾害和地震次生火灾为主要研究对象，在单体建筑多灾害防御研究的基础上，结合区域工程建设灾害防御的特点，提出了基于GIS技术和成本效益理论的城市消防规划方法与技术，研发了城市抗震防灾规划信息管理系统，提出了城市地质灾害分析与土地工程能力评价技术，以及地震次生火灾蔓延评估预测方法。研究成果既为脆弱区或单体建筑的防灾改造对策提供指导，更为包括首都行政副中心的区域防灾规划提供了重要的技术支撑。

（3）城市建设灾害防御系统开发与应用——城市建设灾害防御系统为防灾数据与资源共享搭建了一个信息化开放平台，并在国内首次从城市尺度提出了灾害整体防御规划的解决方案。

基于以上建筑单体和区域多灾害防御研究成果，并遵循信息化处理和数据共享理念，搭建基于GIS的城市灾害防御系统，包括灾害基础数据库（知识库、专家库等）、灾害风险评估、致灾因子远程监控等模块，并成功应用于北京2008年奥运会风险监控以及重点单位防灾协同工作平台，为城市建设灾害整体规划、防御、决策提供了可借鉴的解决方案。

3 社会效益及对推动行业科技进步的作用

（1）促进了城市建设防灾减灾理念从单一向综合转变。

本项目提出了一系列针对城市工程建设领域的综合防灾减灾关键技术，打破了将单灾种独立处理的常规，符合《国家综合防灾减灾规划（2016～2020年）》中“从应对单一灾种向综合减灾转变”的指导思想，为加快我国城市建设防灾减灾事业的进一步发展发挥了重要作用。

（2）提升了重点区域、重大工程、重大活动的综合防灾能力。

本项目开展了北京市部分行政区和福州市、杭州市等省会城市的综合防灾规划，完成了我国地震8度设防区第一高楼“中国尊”等重大超限建筑的多灾害防御设计，承担了2008北京奥运风险评估及监控部分工作，为确保我国重点区域、重大工程、重大活动的安全性贡献了力量。

（3）降低了城市灾害风险，提高了城市安全水平。

本项目构建了城市工程建设领域的多灾害防御体系，有效降低城市综合灾害风险，也为我国灾害保险产业的发展奠定了重要的技术基础，逐步实现灾害风险转移，完善国家综合灾害风险防范结构体系。项目成果有力提升了全社会抵御灾害的综合防范能力，切实维护人民群众生命财产安全，为全面建成小康社会提供了坚实保障。

（4）带动了我国城市工程建设防灾产业的发展。

本项目充分发挥数字化技术的优势，提出了多灾害防御技术，并在城市和重大建筑防灾中进行了大量典型应用，展现了工程建设防灾领域全过程-多维度-数字化技术手段的先进性和实用性，进而带动了我国城市建设防灾产业的发展，为提高国家综合减灾能力提供有力的技术支撑，使我国城市建设灾害防御工作向实用化、信息化、系统化发展迈出了坚实的一步。