国家地震灾害风险防治业务平台功能设计与展望

王东明，陈华静，陈敬一，高 杰，施 唯

(中国地震灾害防御中心，北京 100029)

我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，三分之一的国土面积具有发生7级或更强的地震构造背景[1-3]。随着社会主义现代化建设快速发展，人口和经济的集约化程度越来越高，城市和工程系统更加易损，我国地震灾害风险不断攀升。潜在的威胁使得我国的防震减灾工作难度加大，以减轻地震损失和实现灾后救援为主要目标的传统防震减灾理念已无法满足社会可持续发展对地震安全的迫切需求[4-7]。

加强地震灾害风险识别、评估与防范，提高地震灾害风险综合防治水平是减轻地震灾害的重要策略。第三届“联合国世界减灾大会”提出未来十年全球的减灾工作重心要从灾害管理转向灾害风险管理[8]。2016年7月28日，习近平总书记在唐山市考察时论述了我国防震减灾工作的方针政策，提出防灾减灾工作要实现从减少灾害损失向减轻灾害风险转变。2018年5月12日，习近平总书记在对汶川地震十周年国际研讨会的致信中强调了促进减灾国际合作、降低自然灾害风险、构建人类命运共同体的重要性。由此可见，地震灾害风险治理已成为国家减轻地震灾害的指导方针，通过灾害风险管理为防灾减灾救灾提供依据也是当今国际社会和世界各国达成的共识。20世纪以来，针对自然灾害风险理论、方法、技术等方面的研究逐渐完善，在此基础之上的灾害风险和损失评估系统也应运而生，为国家减轻灾害损失和制定灾害应对方案提供依据[9-10]，如美国多灾害评估管理系统(HAZUS-MH)[11-12]、地震快速评估系统(PAGER)[13]和日本灾害管理系统(Phoenix DMS)[14]等。与国外相比，我国地震灾害风险防治系统的研究起步较晚，且相关的理论、方法和分析模型等尚有差距，早期研究多集中于震害损失评估方面[15]，国家层面的具备功能性、实用性和可操作性的地震灾害风险防治平台的建设仍为空白。2016年12月29日，国务院办公厅印发了《国家综合防灾减灾规划(2016～2020年)》，提出了“十三五”期间国家综合防灾减灾的十大主要任务，其中包含了建设国家自然灾害风险数据库，形成支撑自然灾害风险管理的全要素数据资源体系[16]。在重大项目中也将“自然灾害综合评估业务平台建设工程”列为第一项，提出要建立灾害综合风险调查与评估技术方法，研发系统平台，并在灾害频发多发地区开展灾害综合风险调查与评估试点工作，形成灾害风险快速识别、信息沟通与实时共享、综合评估物资配置与调度等决策支持能力[16]。综上，地震灾害风险防治平台的研发是实现减轻地震灾害风险、增强地震灾害风险防范能力的关键，也是落实党中央国务院关于地震灾害风险防治工作决策部署的重要举措。

面对我国地震灾害风险防治的严峻形势和国家对地震信息业务服务体系建设的迫切需求，本文提出研发国家地震灾害风险防治业务平台。通过对国内外地震灾害风险和损失评估系统平台的对比分析，得出了系统平台在业务功能、适用范围等方面的特点，为我国地震灾害风险防治平台的研发与设计提供启发；分析了我国地震灾害风险防治业务的现状，针对当前业务中存在的问题明确了功能需求；在此基础之上开展了国家地震灾害风险防治业务平台的总体架构和业务功能设计，并对平台设计功能进行了展望。

1 地震灾害风险和损失评估系统平台

1.1 国内外系统平台介绍

近年来，随着计算机技术的快速发展和地震灾害风险理论研究的不断深入，地震灾害风险和损失评估系统平台等陆续被开发和应用，并逐渐成为防震减灾和应急救灾的重要工具[8]。美国较早开展了灾害风险管理系统平台方面的研究，其最具代表性的是由联邦应急管理局(FEMA)基于地理信息系统(GIS)开发的多灾害评估管理系统(HAZUS-MH)[11-12]，HAZUS-MH系统因功能全面、数据完善被广泛应用于美国各州政府减灾规划和应急响应评估中，但其闭源属性限制了系统的应用范围。中国台湾的地震工程研究中心(NCREE)于2000年引进了美国的地震损失评估系统HAZUS，根据台湾地区数据和分析模式对其进行的本土化调整和修改，最终完成了台湾地震损失评估软件(TELES)的研发[17-18]，TELES具备地震灾害潜在危险分析、建筑损害评估和社会经济损失评估等功能。针对特定区域范围应用的地震灾害风险管理评估系统平台还有新西兰的灾害风险纵览平台(RiskScape)[19]、日本菲尼克斯灾害管理系统(PhoenixDMS)[20-21]、澳大利亚的地震灾害风险模拟系统(EQRM)[22]、日本的多灾害风险评估软件OSRE[23]以及俄罗斯的灾害快速损失评估系统Extremum[15]等。

为突破平台系统的适用区域限制，建立可扩展、可更新的系统平台，世界银行、美洲发展银行、联合国国际减灾战略中心、中美洲自然灾害预防协调中心等共同参与开发了风险评估平台(CAPRA)，CAPRA平台是一个模块化、可扩展的概率风险评估平台，可进行风险分析并提供相应决策支持[24-25]。在HAZUS的模块架构基础上，中美地震研究中心和国家超级计算应用中心在GIS开源平台上开发了多灾害风险评估软件(MAEviz)，软件具有可扩展性和开源性，已被应用于美国和土耳其等地的地震风险和损失评估分析中[26]。世界经济合作与发展组织以减轻全球范围内地震风险为目的发起全球地震模型(GEM)平台建设项目，该项目为全球范围内的地震风险评估及相应的合作交流提供了平台[27-28]。在全球范围内适用的地震灾害损失评估软件还有土耳其的地震损失评估软件(ELER)[29]、国际地质灾害中心研发的地震损失评估平台(SELANA)[30]、欧洲的应急响应和减灾地震损失评估系统(QLARM)[31-32]以及国际减灾十年组委会和联合国共同研发的城市地区地震灾害风险评估工具(RADIUS)[33]。

地震快速评估可及时为政府部门震后救灾工作提供依据，最大限度减少地震灾害造成的损失。美国地质调查局基于全球地震台网观测研发了地震快速评估系统(PAGER)，该系统能在震后半小时内给出初步震害评估报告[3]，并向有关国家和地区提供地震灾害信息。意大利政府开发了地震模拟与应急管理信息系统(SIGE)，系统在接受到地震信息数分钟内给出地震灾害预评估结果，且其地震灾害情景模拟软件可按照设定地震模拟特定地震事件进行地震灾害的动态评估，为部署救援行动提供可靠依据[34]。表1为部分系统平台的名称、研发单位、主要功能模块及相应特点。

表1 国外地震灾害系统平台Table 1 Disaster management system platform abroad

我国地震灾害软件系统的研发始于20世纪90年代，李树桢等[35-36]编制了以现场调查数据为依据的地震损失评估软件(EDEP-93)，并采用该软件对1993年普洱地震灾害经济损失进行了评估。1997年国家地震局颁布了《地震灾害损失评估工作规定(试行)》，丁香和王晓青等据此研发了地震现场灾害损失评估系统(EDLES 1.0)[37]。然而，早期系统进行震后损失评估的主要依据为地震现场调查资料，需要耗费大量的人力物力，且当时的计算能力以及展示平台限制了系统的应用。

地理信息系统GIS因具备空间数据分析、管理功能以及可视化等优势，逐渐成为地震灾害损失预测、评估和应急决策等方面的重要技术支撑[38-43]。温瑞智和贾国玉等[38]采用GIS将地震影响场与建筑物空间信息进行匹配，研发了基于GIS的城市建筑物损失快速评估系统。王晓青等以首都圈防震减灾示范区建设项目为依托，结合GIS和Access数据库完成了地震现场灾害损失评估地理信息系统(Map EDLES 2001 for Windows)的研发，系统具备震灾现场损失评估、灾情信息显示及信息远程交换等功能[39]。随后，网络和遥感影像等技术的快速发展扩展了系统平台的功能[44-49]，提高了地震应急的信息化水平。高惠瑛等[48]基于WebGIS构建了地震灾情快速评估系统，实现了地震灾情动态评估。陈豪等[49]结合基础地理信息、多源遥感卫星影像及动态灾情信息，构建了基于WebGIS和空间技术的地震减灾信息化平台，系统具备地震灾害动态监测、灾害评估、灾情信息实时共享以及应急减灾辅助决策等功能。

风险管理理论的引入使地震灾害风险管理理念逐渐被纳入到地震灾害系统平台的研发中[50-52]。丁香和王晓青等[51]采用GIS空间数据存取和处理技术研发了地震巨灾风险评估系统(EQRiskAsia)，该系统实现了地震巨灾风险综合评估、地震灾害损失快速评估以及地震巨灾高风险区识别。王东明课题组基于WebGIS开发了地震灾害风险识别与损失预评估系统，系统可实现建筑物抗震能力评估、地震灾害损失预评估、地震应急备灾需求评估和抗震薄弱环节评估并提供相应的对策和建议。为进一步提高地震灾害损失评估的效率，丁香等[52]研发了基于格网的全国尺度地震灾害损失预测系统，系统采用自动数据栅格化处理模块对风险评估相关数据进行千米格网化处理，优化数据组织的同时提升数据建立与更新的效率。潭庆全等[53]研发了离线式地震灾害损失评估系统，系统可存储由地震损失评估模型生成的公里网格内不同烈度下的地震损失预评估结果数据，将结果与离线地图叠加获得地震损失评估制图表达。

近年来，三维可视化技术以及云计算技术的推广使得地震风险和损失评估系统功能日趋完善[54-57]。陈洪富等[54]基于WebGIS平台和云计算技术研发了地震损失评估系统(HAZ-China)，能服务于震前、震时和震后的使用场景，并具备数据存储、震害预测和应急响应等多种使用功能。郑山锁等[10, 55]应用新的数据采集和数据库建立方法结合GIS技术集成开发了中国地震灾害损失评估系统(CEDLAS)，系统可实现对单体建筑、城市区域、国家范围进行震前灾害风险评估、震中实时评估和震后境况模拟。表2为部分系统平台的名称、研发单位、主要功能模块及相应特点。

表2 国内地震灾害系统平台Table 2 Disaster management system platform in China

1.2 系统平台分析

基于不同的研究基础和背景所开发的地震灾害系统平台各有特点，通过对国内外地震灾害风险与损失评估系统平台进行分析比较，总结其在业务功能、适用范围、数据管理和资源共享方面对我国地震灾害风险防治平台研发设计的启示。

在业务功能方面，已有的地震灾害系统平台的功能侧重点各不相同。国内的地震灾害软件系统多侧重地震灾害损失评估，如Map EDLES是基于地震现场调研数据进行快速、动态的地震损失评估，HAZ-China可根据地震不同时段提供相应的业务功能，如震前预测、震中应急决策和震后恢复重建等；而外国的灾害管理系统业务功能较为丰富，如HAZUS-MH是目前业务功能覆盖较为全面的灾害评估管理系统，可针对包含地震在内的多种灾害进行不同级别的风险和损失评估，CAPRA还可提供缓解风险的策略以促进风险决策达成。

在适用范围方面，大多数地震灾害系统平台是针对各自国家区域情况研发，因此其适用范围具有一定限制。如中国台湾曾引进美国的HAZUS以开发HAZ-Taiwan作为地震灾害决策支持系统，经使用后发现依据HAZUS研发的系统并不适用于台湾地区的灾害分析[18]，之后研究机构根据台湾地区本土数据和分析模式对初版的HAZ-Taiwan进行了多方面的修改，最终形成了适应于台湾地区应用的台湾地震损失评估系TELES。我国地震活动具有特殊性，承灾体密集且差异大，研发地震灾害风险防治业务平台要综合考虑我国地震灾害风险特点，确保研发的平台具有良好的适用性。

在数据管理方面，地震灾害风险防治工作涉及的数据量大、类型多样且来源复杂，为获得可靠的风险评估结果需要建立完备的数据库，对数据实施统一管理和及时更新。HAZUS-MH以美国国家数据库作为数据来源，根据较为全面的建筑物和人口数据开展风险分析工作，提高了HAZUS-MH的评估工作的效率，促进了其在美国的推广和应用；地震灾害损失评估系统CEDLAS结合移动GIS和手机操作系统开发了移动数据采集端，实现了数据实时更新和高效采集。完备的数据库是进行地震灾害风险和损失评估的基础，以国家为单位对地震数据进行统一管理，可使地震在风险和损失评估的准确性得到很大程度的改善，为政府的应急决策和救援工作提供更可靠的支撑。

在资源共享方面，大多数地震灾害系统平台无法实现软硬件以及信息资源的共享，这大大限制了系统平台的服务范围。地震灾害损失评估系统HAZ-China提出通过云计算平台实现软硬件资源和信息的共享，将软件和数据都存储在远程的服务器上，用户可通过浏览器和Web来访问信息，系统根据用户需求提供不同层次的服务[39]。云计算采用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享资源池的计算模式，为系统平台提供了解决资源共享问题的可靠方案。

2 我国地震灾害风险防治业务现状和功能需求

我国地震灾害防御工作历经多年发展，抗震减灾能力已经有了一定的提升，地震灾害风险防治业务也不断完善。在地震灾害风险防治基础数据方面，针对地震活断层探测、地震工程地质勘察、重大工程场地地震安全性评价及全国范围内的建筑房屋、基础设施信息等方面的数据不断丰富；在业务建设方面，针对地震活断层、地震区划、地震灾害风险评估、地震灾害预测等建立了多个技术系统，可提供地震活动断层探察工作的管理与数据服务、抗震设防参数的信息检索服务、地震灾害损失评估及地震灾害预测服务[58-66]。然而，面对新时代防震减灾事业现代化建设需求，我国地震灾害风险防治工作中仍存在诸多问题。首先，地震灾害风险防治工作涉及的数据类型多样、来源繁杂[54]，相关数据的采集、汇交、更新、共享、成果服务的标准与机制都未统一，因缺乏统筹规划与管理，造成各类基础数据和成果数据零散分布在不同的省局、业务中心和专家的手中，数据资源获取、整合和使用难度非常大，数据价值难以得到深入挖掘。其次，地震灾害防治领域所研发的业务系统、数据、模型、产出大多体现的是个性化、探索性，整合与管理困难，运行效率不高。同时，风险防治业务服务产品缺乏统一的规划与设计，产品清单和成果产出标准缺乏，成果转化率不足，地震灾害风险防治的社会应用服务效能不显著。最后，由于缺乏国家级的地震灾害风险防治业务平台，覆盖全国的地震灾害风险业务难以统筹开展，严重制约了向政府、社会、公众提供风险防治专项服务的能力。

面对地震灾害风险防治现代化业务新体系建设的迫切需求和建设健全集约高效的地震信息业务体系的任务，需要整合原有碎片化的业务工作，研发覆盖地震灾害风险调查、评估、治理、服务全链条的风险防治业务平台。依托平台规范风险调查、评估、治理和服务业务全链条的数据、方法模型和成果产出，实现地震灾害风险防治各环节业务数据的采集、汇交、共享、表达的标准化，推进数据资源的统筹管理和共享共用，提高成果转化效率、发挥产品应用实效，从而实现以地震灾害风险数据为纽带、以技术标准为引领、以业务平台为支撑、以科技创新为动力的全国地震灾害风险防治核心业务能力的全面提升。

3 平台设计

3.1 设计目标

国家地震灾害风险防治业务平台的设计目标为打造完备的地震灾害风险业务支撑体系和服务体系。通过业务平台的建设实现数据自动汇集、风险管理科学、信息共享便捷、协同联动高效和公共服务精准；通过综合业务展示大厅的建设实现对地震灾害风险防治数据和业务产品的集成展现与综合管理；通过优化整合云基础设施平台实现与省地震局的科研、业务、管理、服务、监管的“云+端”扁平化应用；最终实现风险防治数据资源价值挖掘，凸显业务应用的智能化特征，增强全局一体化服务能力。

3.2 总体架构

平台根据国家地震灾害风险防治的业务需求，结合国家防震减灾业务相关系统的应用现状，充分利用地震风险分析模型、二三维一体化风险分析与展示、可视化分析等技术，按照业务主导、整体规划的总体思路开展设计。图1所示为按照层次化观点描述的国家地震灾害风险防治业务平台的总体架构。在层次化模型中，整个系统从下至上分为基础设置层、数据资源层、服务支撑层、业务应用层和用户层共5个层面，同时在项目建设过程中逐步形成相关标准规范与管理制度，并按照安全与运维保障体系运行。

图1 平台的总体架构Fig.1 Overall framework of the platform

(1)基础设施层：是整个平台的支撑体系，基础设施层在震防中心和台网中心两级部署，业务平台部署于震防中心基础软硬件平台，数据中心部署于台网中心云平台。

(2)数据资源层：建立国家地震灾害风险数据库，主要包括活动断层库、地震区划库、工程场地库、建筑物信息库、生命线工程库、重要基础设施库、承灾体易损性库、地震地质灾害风险源库、地震次生灾害风险源库、综合防灾库等。通过数据管理模块与多部门、多层级跨平台实现数据交换与共享，达成数据统一管理与共享分发。

(3)服务支撑层：在基础设施、数据、应用支撑等层级，为数据采集、质检核查、评估区划、风险制图等业务，以及数据库管理、GIS平台管理、集成管理等提供相应的通用服务。

(4)业务应用层：整个平台架构中的核心部分，形成国家地震灾害风险防治应用模块，包括风险调查模块、风险评估模块、风险治理模块、风险服务模块四大核心模块，以及数据管理系统和工作门户，并通过系统接口实现与现有系统软件、全国灾害风险综合普查软件系统等进行对接集成。

(5)用户层：业务平台的用户涉及参与地震灾害风险防治工作的国家及省级两个行政管理层级，包括管理人员、专业技术人员、调查人员、质检人员等。

(6)标准规范与管理制度：是保障平台顺利建设、规范化运行及后续推广的基础。平台建设参考国家相关标准、地震行业标准以及“全国灾害风险调查与重点隐患排查工程”制定的标准，在平台建设过程中逐步形成相关标准规范与管理制度，管理和指导整个平台运行。

(7)安全与运维保障体系：是平台建设的软环境部分，将在各个层面为平台提供机密性、完整性、可靠性、可用性、可鉴别性等安全服务。

综上，基于层次化的国家地震灾害风险防治业务平台整体架构合理，层次清晰。同时，标准规范与管理制度和安全与运维保障体系使整个系统更加完善、安全、规范。

3.3 平台业务功能设计

平台业务功能设计围绕地震灾害风险防治业务体系的实际需求，以形成“完善业务体系、整合数据资源、科学评估风险、有效识别隐患、精准风险治理”为目标，通过分析地震灾害风险要素和梳理地震灾害风险管理流程，设计了支撑地震灾害风险防治业务功能，业务功能包含风险调查、风险评估、风险治理、风险服务以及提供支撑的数据管理和工作门户六大部分，具体如图2所示。

图2 业务功能设计Fig.2 Business function design

风险调查：以摸清我国地震灾害风险底数为目标，开展房屋设施基础信息调查、生命线工程建构筑物基础信息调查、重点隐患排查、地震工程地质条件调查、地震活动断层探测等，对全国地震灾害风险底数信息进行系统化的收集、汇总和统筹管理，为高效科学开展地震灾害风险评估奠定基础。

风险评估：基于地震活动断层特性、工程场地特征、房屋设施抗震能力等地震灾害风险基础信息，研发面向不同尺度、精度需求的各类地震灾害风险评估产品，包括承灾体地震易损性分析、地震现场损失评估、地震灾害损失预评估、地震灾害风险区划、区域性地震灾害风险评估、地震重点危险区年度地震灾害风险量化评估、重大工程地震风险评估、区域地震灾害损伤评估等业务工作。

风险治理：根据地震灾害风险调查和评估结果，面向全国地震灾害风险防治业务提供标准化的技术支撑，包括地震灾害风险防治区划、地震活动断层避让、抗震设防标准、地震易发区房屋设施抗震加固等方面的风险隐患防治措施及关键技术，为抗震防灾规划、抗震新技术、震后应急避难场所规划及恢复重建规划等提供技术支撑和指导，从而提升地震安全水平。

风险服务：通过建设和运行全国统一的地震灾害风险信息管理与服务系统，实现地震灾害风险调查、评估及治理信息数据的及时汇集、交换、处理和服务，面向各级政府、有关行业企业、社会公众提供普惠化、精准化的风险产品服务、综合评估服务、技术咨询服务和应用培训服务，包括提供重大活动期间的地震安全保障服务、房屋加固改造信息服务、地震灾害保险咨询服务、地震灾害风险信息服务、地震灾害风险预警服务、震后快速救援决策支持服务和震后功能恢复措施建议等。通过业务平台的建立，针对地震灾害风险防治应用服务需求建立标准化的数据和成果表达模板，构建形式丰富的产品清单。

数据管理：通过制定和实施统一的数据标准对各类数据进行有效管控，为数据资产管理活动提供规范依据；通过数据资产管理确定基础数据类型，根据各类数据的敏感程度制定相应的数据级别，继而为数据的共享策略提供支撑服务；元数据管理提供数据获取、查询检索、关联分析、数据链路分析和指标库分析等功能，通过元数据服务接口还可为数据质量管理、数据封装、安全管理和业务应用等提供辅助支持；数据质量管理提供数据质量信息的采集、规则验证、问题告警、问题评估、问题处理、知识库及对外服务等功能。

工作门户：系统平台门户要实现统一的用户管理和系统管理，包括用户的登录、注册管理、角色管理、权限管理、系统管理、内容管理、参数配置、策略管理、接口管理、日志管理、提供对系统基础图件模板库管理、图形符号库管理等功能。

4 平台功能展望

国家地震灾害风险防治业务平台的建立是对地震灾害风险防治现代化进程的探索和实践，依托该平台将解决行业内数据资源难以共享的难题，提高地震灾害风险调查和地震灾害风险评估业务能力，补齐地震灾害风险防治业务体系和公共服务体系建设短板，推进地震灾害风险防治国家业务体系的建设。

(1)通过国家地震灾害风险防治业务平台的建设，可推动地震灾害风险防治现代化业务体系发展。形成由基础数据获取和处理、基础支撑能力、核心业务应用和公共服务等方面构成的地震灾害风险防治现代化发展框架，具备核心业务领域的指导能力。填补地震灾害风险基础数据平台空白，建成地震区划、活动断层、房屋建筑和“一带一路”基础数据库和数据平台，建设相关数据汇交、更新、共享、服务标准与机制；聚焦当前业务体系碎片化、脱离应用等问题现状，基本形成地震灾害风险调查评估业务工作体系，显著提升标准化和现代化水平，推动风险调查业务常态化、风险评估业务流程化；整合相关数据、信息与技术，推动防震减灾决策、公众、专业、专项服务能力均衡发展，补齐公共服务短板，基本形成地震灾害风险防治公共服务有效供给。

(2)通过国家地震灾害风险防治业务平台的建设，可提升服务市场和经济的能力。整合地震灾害风险调查、评估、治理和服务的基础资源向用户提供各类服务，不仅提高资源的利用率，而且还减少了以项目为主的重复投资，按照统一规划、统一建设、统一运维的思路，提高系统的可用性，降低了总体成本。以数据驱动应用，形成针对不同行业或者群体的特色产品服务，如为高铁、核电站、机场、水库等重大工程提供地震灾害风险评估工作，为政府、市场、社会公众、企业等提供辅助决策服务，具有良好的社会服务价值。

5 结语

防范和化解地震灾害风险是现阶段我国防震减灾工作的指导方针，地震灾害风险防治业务平台的建设将为推动地震灾害风险防治业务现代化建设和提高地震灾害风险综合防治水平提供有力支撑。本文回顾了国内外已有的灾害风险和评估系统平台的发展历程、功能特点等，对其业务功能、适用范围、数据库和资源共享方面进行了总结，得出对我国地震灾害风险防治平台研发方面的启发。对我国目前地震灾害防治业务现状进行了分析，明确了主要存在的问题及业务需求，围绕地震灾害风险防治业务功能实际需求提出以地震灾害风险调查、评估、治理和服务为核心业务链条的国家地震灾害风险防治业务平台的设计构想。按照业务主导、整体规划进行平台的总体架构设计，系统分为用户层、业务应用层、服务支撑层、数据资源层和基础设置层，并对地震灾害风险防治业务体系的实际需求对业务功能进行初步设计。最后，对平台的功能进行了展望。