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摘要:震后經濟損失評估是研究地震減災的重要課題之一,其中包括直接經濟損失和間接經濟損失。直接經濟損失包括了房屋建筑物、各基礎設施的破壞等造成的損失,間接經濟損失包括停產減產損失、產業間的產業關聯損失和投資溢價損失。本文將震后經濟損失評估方法大致分為五類,即GDP指標法、數據庫法、震害矩陣法、遙感技術法以及其他法,并對各方法研究現狀進行簡述。
摘要:震后經濟損失評估是研究地震減災的重要課題之一,其中包括直接經濟損失和間接經濟損失。直接經濟損失包括了房屋建筑物、各基礎設施的破壞等造成的損失,間接經濟損失包括停產減產損失、產業間的產業關聯損失和投資溢價損失。本文將震后經濟損失評估方法大致分為五類,即GDP指標法、數據庫法、震害矩陣法、遙感技術法以及其他法,并對各方法研究現狀進行簡述。
0引言
地震是危害較大的自然災害之一。近幾十年發生的強震,如1976年唐山發生7.8級大地震經濟損失為數百億元;1985年墨西哥城地震造成8000多棟建筑遭到不同程度破壞,經濟損失達到了11億美元;1995年日本阪神地震倒塌建筑物10萬幢,直接損失1000億美元;2008年汶川地震造成的經濟損失超過860億美元;2011年的東日本大地震直接經濟損失達到了2000億美元。大地震造成的經濟損失十分嚴重,因此震后及時進行經濟評估,對政府實施救援以及災后重建具有指導意義。多年來,眾多學者在震后損失評估方面做了深入細致的研究。經過幾十年的發展,許多專家學者也相繼提出了各種不同的震后經濟損失評估的方法。
1運用GDP指標來進行震后經濟損失評估
運用GDP指標的評估方法概念明確,計算方便快捷,可以宏觀反映震害情況。
1.1直接經濟損失
陳颙等提出了一種以國民生產總值和人口密度為參數的宏觀經濟損失分析方法,該方法適用于大范圍地區。王飛用該方法預測杭州現在及未來遭受地震時可能造成的經濟損失。同時根據杭州市未來發展規劃,預測未來杭州市的人口分布,以地震烈度和人口密度為參數預測可能造成的人員傷亡,并以GIS為平臺,建立損失分布圖。
陳琪福結合相關資料和國外學者的成果,提出人均GDP的概念,并且建立了地震動峰值加速度、GDP和地震損失間的非線性關系,為震害損失評估提供了一個簡便的算法。該方法以地理信息系統的應用軟件WorldRisk為平臺,在數據更新、災害和空間分析等方面會十分方便。
王偉哲以風險管理和相關神經網絡理論為指導,對地震震級、震源深度、設計基本地震加速度、災區面積、全國人均GDP五個因子進行無量綱化預處理、歸一化處理,通過神經網絡算法,就能馬上預測到震后的直接經濟損失,進而實現快速評估。
李靜等基于宏觀易損性模型,以烈度、人口密度、人均GDP、單位面積GDP為指標,將遺傳算法和人工神經網絡法相結合,借助標準化函數和GA-BP神經網絡,得到各評估區的GDP損失比,進而可以得出各評估區的評估結果。
1.2間接經濟損失
李恒等提出了一種基于GDP來估算地震造成的間接經濟損失的計算模型。首先統計出該地區的GDP值和建筑物的破壞比例,然后計算出生產能力的破壞比例,再結合地震造成的社會生產能力損失,選取適當的社會貼現率,計算得到間接經濟損失。
以上GDP指標法當中陳颙、王飛和李恒使用的是國民生產總值,前兩個學者得到的是直接經濟損失,后者得到的是間接經濟損失。而陳琪福、王偉哲和李靜[則使用的是人均GDP計算出直接經濟損失。
2運用數據庫來進行震后經濟損失評估
數據庫為災后救援和災害損失評估提供了的數據源,數據庫的建成將為地震工作者查詢、檢索和應用這些資料提供捷徑,并將對工程建設及防震減災事業的發展產生深遠影響具有重要的社會意義和應用價值。本文將數據庫細化分為人工神經網絡、GIS數據庫和其他數據庫形式。
2.1人工神經網絡
郭章林等利用歷史數據資料,將人工神經網絡引入直接經濟損失評估中。該模型把直接經濟損失率作為樣本數據,鑒于網絡傳遞函數Sigmoid特點對樣本數據進行預處理時,將網絡的輸入輸出數據的范圍進行適當縮小,提高了網絡性能,縮短了網絡收斂時間。此方法得到的結果合理性,取決于收集的歷史數據是否。
人工神經網絡可以對自然界某種算法或者函數進行逼近,郭章林正是利用人工神經網絡對Sigmoid函數進行逼近這一特性,得到了震后直接經濟損失。
2.2GIS數據庫
李萍等討論了3S技術結合的前景和優點。RS技術可以識別出灰度值的差異,GPS定位可以提高遙感圖像的匹配度,結合GIS強大的數據庫處理能力,其構建的系統可人機交互式地修改等震線、震害和損失的評估結果。
王景來等使用20多次地震震害調查資料分別得到破壞比、損失比統計模型。利用澄江5.2級地震災害損失評估報告的成果,把GIS與這兩個模型結合起來進行快速地震災害損失評估,能有效地減少地震后的工作強度并提高評估效率。
孫龍飛基于移動GIS技術、以當前主流的Android手機操作系統為平臺,運用GPS定位、圖形繪制等技術來進行數據源的采集和匯總。郭志宇基于視頻監控系統和GIS,對汶川地震主震進行了震害評估。
RuiMaio等結合歷史震害數據,對單體的評估參數及權重進行了分析,修正地震易損性評估方法,在GIS下算例分析評估了各烈度下建筑的震害程度。美國FEMA在20世紀90年代中期開發的地震災害損失評估軟件HAZUS-MH以GIS為平臺,得到的建筑物破壞概率更具性。
GIS數據庫法在計算機硬件、軟件系統支持下,可以對數據進行采集、儲存、管理、處理、分析、顯示和描述,可以將震害數據以圖形的方式呈現出來。王景來使用破壞比和損失比數據對其進行分析處理生成了震害圖形。在運用硬件和軟件系統方面,李萍運用RS、GPS和GIS三者構建的軟件系統得到評估結果,孫龍飛、郭志宇分別引入的是安卓系統和視頻監控系統,而美國則開發軟件系統來進行評估。綜合來看,GIS數據庫法可以結合當下先進的技術,是一種與時俱進的評估法。
2.3其他數據庫法
為了使地震災害損失評估的結果更,王景來對區域邊界、坐標系統、屬性信息、數據特征類型進行相應的界定、設計以及處理,同時結合收集的大量資料,完成數據庫的建立,當地震發生后,通過定量計算,對災區進行直接經濟損失評估。
李樹幀等將直接經濟損失視為建筑物的破壞損失與室內財產損失之和,運用EDEP軟件將震害評估與數據庫系統結合得出各類建筑直接經濟損失、建筑破壞數、各評估區(或烈度區)建筑破壞比例,評估結果可用打印方式和繪圖方式輸出。
劉如山等提出了震害快速評估的精細化方法。該方法為達到精細化評價的目的,采用地震應急基礎數據庫的公里網格作為評估單元,綜合考慮了區域差異性,將房屋結構按照建筑材料和承重性質分類,克服了以往評估分類不細致的缺點。
楊小紅運用空間信息網格基礎理論,針對設定或真實地震,提出了一種基于SSIG的建筑物震害評估法。該方法需要制作烈度分布圖,與采集了數據的網格進行疊置,形成基礎評估圖層,進而計算各級各類房屋的破壞面積。依據損失比和各類建筑物的單位造價即可獲得由建筑物倒塌所導致的直接經濟損失。該方法可以很直觀的以可視化的方式表達出來。
劉雙慶等以網格化基礎數據庫數據為基礎,利用天津地區高密度強震臺網資源,運用Matlab軟件及Office組件函數給出了一種災害快速評估的方法。李俊以數字地球GoogleEarth為平臺,考慮場地效應影響因子的分布,建立起數據庫包含宏觀經濟指標、人口資料以及前人的研究結果,比以往的損失評估模型有了進一步的改進與發展。
在本文提到的其他數據庫法中,王景來和李俊在建立數據庫上有差別,李樹幀、楊小紅、劉雙慶使用不同的軟件。劉如山、楊小紅、劉雙慶都運用到了網格技術,該技術當下也比較前沿。
3運用震害矩陣來進行震后經濟損失評估
歷史震害矩陣是結合歷史震害資料統計得到的,在統計資料完善的地區,運用震害矩陣來進行直接經濟損失快速評估是比較的。
根據對地震災害損失評估的不同要求,蘭青龍將地震災害損失分為四個級別:Ⅰ級評估需要結合地質條件和歷史震害資料,初步得到地震災害損失;Ⅱ級評估涉及到建筑物的分類,再通過平均損失率指標可直接計算建筑物震害損失;在進行Ⅲ級評估、Ⅳ級評估時,都需要得到破壞概率矩陣,但是破壞概率矩陣來源不同,結合相同的經濟損失模型得到震害結果。
尹之潛認為房屋地震作用下,發生某種破壞程度的概率會隨著時間的變化而變化,進而提出了動態震害矩陣的概念,其運用概率理論的知識,結合結構的抗力概率密度分布曲線來表述抗震能力,可以用來預測未來不同年代的地震經濟損失。
震害矩陣中的數據是通過統計得來的,該方法方便快捷。例如龔俊文提到了福建省搜集了從遠古到20世紀80年代的地震原始數據,這為震后經濟損失評估提供很大便利。不足之處在于對于地震發生較少的地方,震害矩陣中的統計數據誤差會很大。所以矩陣中的數據要隨著建筑物的抗震能力增強要及時更新。
4運用遙感技術進行震后經濟損失評估
遙感是根據電磁波的理論,對地面各種景物進行探測和識別的一種綜合技術,因此很多學者將遙感技術運用到了震害評估當中。
王龍等提出基于遙感的建筑物地震直接經濟損失快速評估的方法。該評估方法有基于震害指數和基于影像分類結果兩種。基于震害指數的損失評估,需要專家運用專業知識把地面評估對象的遙感震害指數轉換成地面震害指數,然后形成烈度分布,結合從各地區的易損性矩陣中對應烈度的破壞比和損失比進行建筑物損失評估。基于影像分類的損失評估,是一種圖像處理技術的震害評估方式。首先由人工判讀來確定訓練樣本,將房屋建筑震害劃分等級,然后借助影像技術等對圖像進行震害分類、整理、修正,根據居民地地震災害分類分級結果計算出各建筑類型的破壞比,進而得到建筑物損失。兩種估計方式比較適合實際情況的,但是前者比較粗糙,后者一定程度上可以減少不確定性。
日本的Takanasa、Makama和馬籠弘志、美國的Bolt等,利用航空遙感圖像進行震害評估,取得了良好的結果。其中影響較大的是應用航空遙感對建筑物震害損失和砂土液化的判讀和分級。
遙感技術可以很快地獲取資料,探測的面積廣。不足的是該方法容易受到天氣影響,地震發生時如遇陰雨天將會產生較大誤差。
5運用其他方法進行震后經濟損失評估
5.1基礎設施的直接經濟損失
房建和生命線屬于基礎設施,其遭到震害后,將對生命財產帶來巨大損失。因此格外受到學者的重視。
劉金龍等提出震級估計法、震中烈度、震中烈度與震級聯合估計法,分別得出生命線工程的經濟損失并將三者進行對比。震級估計法在實例中使用比較方便,但由于數據的離散性較大,震級估計法會使震害預測的結果出現一定的誤差,程度不夠。震中烈度估計法首先要統計各烈度下生命線系統與房屋建筑震害直接經濟損失比值的算術平均值情況,運用最小二乘法擬合出震中與比值均值的函數關系式。特別是由統計比值的概率分布特征,使這種方法更能貼近實際情況。而震中烈度與震級聯合估計法是基于震中烈度法修正得到的,此方法可以減少由震級不同帶來的生命線與建筑物損失之間比值的差異,但是比較復雜。
黃巍根據中國大陸的破壞性地震數據,對西南地區、西北地區和其他地區的生命線工程的震害損失比值和總比值與震級的關系進行統計分析。戎密仁對單線單洞式隧道進行了加權綜合評估,得到了災后鐵路隧道的損失程度。
馬海建發展了一種道路連通效能震害評估方法,在復雜網絡中建立路線和路網連通性能震害的客觀、定量評價指標,然后根據震前、震后的道路連通性能指標的變化,衡量路線和路網的震害情況。 針對“大數吃小數”抽樣點中的某種類型房屋建筑面積較小,其在破壞比計算中占的權重小的情況,吳今生對破壞比的計算進行了調整,提出了兩種方法。及時種方法,將總面積過大的抽樣點的各種破壞等級的破壞面積降低量級,此方法使每個抽樣點在破壞比計算中的權重基本一致。不足之處在于工作任務加重,原始數據的真實性會受到質疑。第二種方法,僅對計算方法做出修正,去除房屋建筑面積的影響,將每個抽樣點的破壞比求和取平均值。第二種方法比及時種方法優越,主要在于工作量不會增加太多,也能使數據的原始性得到保障。 周光全等探索出一種適合云南地區的地震災害經濟損失評估的簡化方法,根據云南地區的歷史地震情況,進行抽樣調查得到房屋建筑地震破壞比經驗模型,按國家標準《地震現場工作第4部分:災害直接損失評估》選取適合的損失比,參照災區城建部門提供的災評來收集各類房屋建筑的重置單價,根據房屋建筑經濟損失的初步估算公式,可以快速評估計算房屋建筑的地震災害經濟損失;
胡少卿等研究了1993年至2005年的歷史震害資料,得到基礎設施工程損失占建筑物損失的比例與烈度的關系,采用最小二乘法對基礎設施工程損失進行回歸,得到直接經濟損失。該回歸法計算出的結果與現場評估結果相比偏小些,但可以為確定直接經濟損失提供相關參考。
楊妍等將標準法與HAZUS法進行定性比較,得到的結論是:在直接經濟損失評估計算方面,破壞程度的劃分方式,震害的分析方法以及經濟因素等方面基本相同,而建筑物易損性的定量指標、適用的地域、結構類型的劃分、對建筑物破壞等級的定義方式存在差異。
王明振等針對跨度、磚柱高度、磚柱橫截面尺寸、柱距大小、縱墻設置情況這五個因子,用有限元軟件進行回歸分析,得到二次震害的單層磚柱廠房震害快速評估模型。 Algermissen和Steinburgg對不同結構類型的建筑物進行分類,用于得到各等級的平均破壞概率曲線,該劃分方法成為美國20世紀80年代末易損性分析的首要工作之一,由概率曲線進而得到地震直接經濟損失評估。Toyoda將直接經濟損失分為政府建筑、商業建筑以及個人居所三個層面來進行計算。
在上述學者研究成果中,劉金龍、黃巍、戎密仁和馬海建分別對生命線系統的震后損失提出了看法。在參數選取上,周光全所用的破壞比參數屬于比較傳統的取法,而吳今生對破壞比進行調整。胡少卿將損失比參數與烈度聯系起來,王明振選取了廠房的五個參數,都進而得到震后損失情況。而列舉的三位國外學者的成果,傾向于對建筑物進行不同層次的分類。
5.2間接經濟損失
間接經濟損失包括停產減產損失、產業間的產業關聯損失和投資溢價損失。間接損失也會帶來巨大損失,比如1995年日本阪神地震間接經濟損失幾乎和直接經濟損失持平,約為1000億美元。所以間接經濟損失也會受到國內外專家學者關注。
都吉夔等提出一種基于評估區內企業、服務業停產歇業損失和由地震帶來的減產減值損失下的間接經濟損失評估方法。該方法需要將評估區內各類結構房屋破壞比與損失比作積,再按各類建筑房屋面積差異進行加權取其平均值,得到綜合震害系數,結合抽樣調查實例所得到的生產及服務業恢復時間和影響時間系數,和利用災區各市(縣)國內生產總值GDP(第二、三產業)數據即可給災區做出震害損失評估。在地震災害影響范圍大的情況下,此方法計算量會很大。
黃敏等通過查閱統計年鑒、經濟普查資料,以行政區為單元,收集各行政區的工業企業產值、企業分布等信息,綜合考慮地震破壞情況和生產周期理論,結合烈度圖,確定企業停減產時間,建立行政區域的工業企業停減產損失模型。該方法克服了由評估區與行政區不一致帶來的經濟數據獲取及分配不易的難題,更科學地為政府及其有關部門在災后救助及災后恢復政策上提供指導。
勞承玉以產業關聯理論和投入產出模型為基礎,對汶川特大地震的間接經濟損失評估方法進行探討。以旅游業為例,將前向關聯產業、后向關聯產業分別以不同的動力為模型對損失進行評估,初步估計得到的旅游業損失624億元,雖然該結果有待進一步的計算,但是可以為恢復重建工作提出指導建議。
孫堯考慮到中間投入積壓增加這一因素,運用“投入—產出”模型,來計算停產減產的生命線工程的經濟損失。
美國聯邦緊急事務管理局在20世紀80年代末將投入產出模型與平均總成本法相結合,借助直接經濟損失即可得到間接經濟損失。20世紀90年代末,美國的科學家提出了一種“假想地震”模型,可以預測商業中斷等間接損失。Kuribayashi分析了災后勞動力、資本、消費、投資等因素的相關變化及影響,運用Cobb-Douglas生產函數來得到間接經濟損失。
6總結
這五種方法都可對震后經濟損失進行評估,但各評估方法都有著無法估計的不確定性。但有的方法可以相互結合。譬如,在GDP指標法中提到了人均GDP,可結合GIS等平臺有利于快速評估;GIS數據庫法提及到了遙感技術和GIS相結合,發揮著各自優勢得到損失結果,這種結合較前沿。可以預見的是,震害矩陣法聯結遙感技術,即可實現數據的及時更新。本文簡述提到的其他法,大部分注重于學者專家在方法上的創新。
地震是危害較大的自然災害之一。近幾十年發生的強震,如1976年唐山發生7.8級大地震經濟損失為數百億元;1985年墨西哥城地震造成8000多棟建筑遭到不同程度破壞,經濟損失達到了11億美元;1995年日本阪神地震倒塌建筑物10萬幢,直接損失1000億美元;2008年汶川地震造成的經濟損失超過860億美元;2011年的東日本大地震直接經濟損失達到了2000億美元。大地震造成的經濟損失十分嚴重,因此震后及時進行經濟評估,對政府實施救援以及災后重建具有指導意義。多年來,眾多學者在震后損失評估方面做了深入細致的研究。經過幾十年的發展,許多專家學者也相繼提出了各種不同的震后經濟損失評估的方法。
1運用GDP指標來進行震后經濟損失評估
運用GDP指標的評估方法概念明確,計算方便快捷,可以宏觀反映震害情況。
1.1直接經濟損失
陳颙等提出了一種以國民生產總值和人口密度為參數的宏觀經濟損失分析方法,該方法適用于大范圍地區。王飛用該方法預測杭州現在及未來遭受地震時可能造成的經濟損失。同時根據杭州市未來發展規劃,預測未來杭州市的人口分布,以地震烈度和人口密度為參數預測可能造成的人員傷亡,并以GIS為平臺,建立損失分布圖。
陳琪福結合相關資料和國外學者的成果,提出人均GDP的概念,并且建立了地震動峰值加速度、GDP和地震損失間的非線性關系,為震害損失評估提供了一個簡便的算法。該方法以地理信息系統的應用軟件WorldRisk為平臺,在數據更新、災害和空間分析等方面會十分方便。
王偉哲以風險管理和相關神經網絡理論為指導,對地震震級、震源深度、設計基本地震加速度、災區面積、全國人均GDP五個因子進行無量綱化預處理、歸一化處理,通過神經網絡算法,就能馬上預測到震后的直接經濟損失,進而實現快速評估。
李靜等基于宏觀易損性模型,以烈度、人口密度、人均GDP、單位面積GDP為指標,將遺傳算法和人工神經網絡法相結合,借助標準化函數和GA-BP神經網絡,得到各評估區的GDP損失比,進而可以得出各評估區的評估結果。1.2間接經濟損失
李恒等提出了一種基于GDP來估算地震造成的間接經濟損失的計算模型。首先統計出該地區的GDP值和建筑物的破壞比例,然后計算出生產能力的破壞比例,再結合地震造成的社會生產能力損失,選取適當的社會貼現率,計算得到間接經濟損失。
以上GDP指標法當中陳颙、王飛和李恒使用的是國民生產總值,前兩個學者得到的是直接經濟損失,后者得到的是間接經濟損失。而陳琪福、王偉哲和李靜[則使用的是人均GDP計算出直接經濟損失。
2運用數據庫來進行震后經濟損失評估
數據庫為災后救援和災害損失評估提供了的數據源,數據庫的建成將為地震工作者查詢、檢索和應用這些資料提供捷徑,并將對工程建設及防震減災事業的發展產生深遠影響具有重要的社會意義和應用價值。本文將數據庫細化分為人工神經網絡、GIS數據庫和其他數據庫形式。
2.1人工神經網絡
郭章林等利用歷史數據資料,將人工神經網絡引入直接經濟損失評估中。該模型把直接經濟損失率作為樣本數據,鑒于網絡傳遞函數Sigmoid特點對樣本數據進行預處理時,將網絡的輸入輸出數據的范圍進行適當縮小,提高了網絡性能,縮短了網絡收斂時間。此方法得到的結果合理性,取決于收集的歷史數據是否。
人工神經網絡可以對自然界某種算法或者函數進行逼近,郭章林正是利用人工神經網絡對Sigmoid函數進行逼近這一特性,得到了震后直接經濟損失。
2.2GIS數據庫
李萍等討論了3S技術結合的前景和優點。RS技術可以識別出灰度值的差異,GPS定位可以提高遙感圖像的匹配度,結合GIS強大的數據庫處理能力,其構建的系統可人機交互式地修改等震線、震害和損失的評估結果。
王景來等使用20多次地震震害調查資料分別得到破壞比、損失比統計模型。利用澄江5.2級地震災害損失評估報告的成果,把GIS與這兩個模型結合起來進行快速地震災害損失評估,能有效地減少地震后的工作強度并提高評估效率。 孫龍飛基于移動GIS技術、以當前主流的Android手機操作系統為平臺,運用GPS定位、圖形繪制等技術來進行數據源的采集和匯總。郭志宇基于視頻監控系統和GIS,對汶川地震主震進行了震害評估。RuiMaio等結合歷史震害數據,對單體的評估參數及權重進行了分析,修正地震易損性評估方法,在GIS下算例分析評估了各烈度下建筑的震害程度。美國FEMA在20世紀90年代中期開發的地震災害損失評估軟件HAZUS-MH以GIS為平臺,得到的建筑物破壞概率更具性。
GIS數據庫法在計算機硬件、軟件系統支持下,可以對數據進行采集、儲存、管理、處理、分析、顯示和描述,可以將震害數據以圖形的方式呈現出來。王景來使用破壞比和損失比數據對其進行分析處理生成了震害圖形。在運用硬件和軟件系統方面,李萍運用RS、GPS和GIS三者構建的軟件系統得到評估結果,孫龍飛、郭志宇分別引入的是安卓系統和視頻監控系統,而美國則開發軟件系統來進行評估。綜合來看,GIS數據庫法可以結合當下先進的技術,是一種與時俱進的評估法。
2.3其他數據庫法
為了使地震災害損失評估的結果更,王景來對區域邊界、坐標系統、屬性信息、數據特征類型進行相應的界定、設計以及處理,同時結合收集的大量資料,完成數據庫的建立,當地震發生后,通過定量計算,對災區進行直接經濟損失評估。
李樹幀等將直接經濟損失視為建筑物的破壞損失與室內財產損失之和,運用EDEP軟件將震害評估與數據庫系統結合得出各類建筑直接經濟損失、建筑破壞數、各評估區(或烈度區)建筑破壞比例,評估結果可用打印方式和繪圖方式輸出。
劉如山等提出了震害快速評估的精細化方法。該方法為達到精細化評價的目的,采用地震應急基礎數據庫的公里網格作為評估單元,綜合考慮了區域差異性,將房屋結構按照建筑材料和承重性質分類,克服了以往評估分類不細致的缺點。
楊小紅運用空間信息網格基礎理論,針對設定或真實地震,提出了一種基于SSIG的建筑物震害評估法。該方法需要制作烈度分布圖,與采集了數據的網格進行疊置,形成基礎評估圖層,進而計算各級各類房屋的破壞面積。依據損失比和各類建筑物的單位造價即可獲得由建筑物倒塌所導致的直接經濟損失。該方法可以很直觀的以可視化的方式表達出來。
劉雙慶等以網格化基礎數據庫數據為基礎,利用天津地區高密度強震臺網資源,運用Matlab軟件及Office組件函數給出了一種災害快速評估的方法。李俊以數字地球GoogleEarth為平臺,考慮場地效應影響因子的分布,建立起數據庫包含宏觀經濟指標、人口資料以及前人的研究結果,比以往的損失評估模型有了進一步的改進與發展。
在本文提到的其他數據庫法中,王景來和李俊在建立數據庫上有差別,李樹幀、楊小紅、劉雙慶使用不同的軟件。劉如山、楊小紅、劉雙慶都運用到了網格技術,該技術當下也比較前沿。
3運用震害矩陣來進行震后經濟損失評估
歷史震害矩陣是結合歷史震害資料統計得到的,在統計資料完善的地區,運用震害矩陣來進行直接經濟損失快速評估是比較的。
根據對地震災害損失評估的不同要求,蘭青龍將地震災害損失分為四個級別:Ⅰ級評估需要結合地質條件和歷史震害資料,初步得到地震災害損失;Ⅱ級評估涉及到建筑物的分類,再通過平均損失率指標可直接計算建筑物震害損失;在進行Ⅲ級評估、Ⅳ級評估時,都需要得到破壞概率矩陣,但是破壞概率矩陣來源不同,結合相同的經濟損失模型得到震害結果。
尹之潛認為房屋地震作用下,發生某種破壞程度的概率會隨著時間的變化而變化,進而提出了動態震害矩陣的概念,其運用概率理論的知識,結合結構的抗力概率密度分布曲線來表述抗震能力,可以用來預測未來不同年代的地震經濟損失。
震害矩陣中的數據是通過統計得來的,該方法方便快捷。例如龔俊文提到了福建省搜集了從遠古到20世紀80年代的地震原始數據,這為震后經濟損失評估提供很大便利。不足之處在于對于地震發生較少的地方,震害矩陣中的統計數據誤差會很大。所以矩陣中的數據要隨著建筑物的抗震能力增強要及時更新。4運用遙感技術進行震后經濟損失評估
遙感是根據電磁波的理論,對地面各種景物進行探測和識別的一種綜合技術,因此很多學者將遙感技術運用到了震害評估當中。
王龍等提出基于遙感的建筑物地震直接經濟損失快速評估的方法。該評估方法有基于震害指數和基于影像分類結果兩種。基于震害指數的損失評估,需要專家運用專業知識把地面評估對象的遙感震害指數轉換成地面震害指數,然后形成烈度分布,結合從各地區的易損性矩陣中對應烈度的破壞比和損失比進行建筑物損失評估。基于影像分類的損失評估,是一種圖像處理技術的震害評估方式。首先由人工判讀來確定訓練樣本,將房屋建筑震害劃分等級,然后借助影像技術等對圖像進行震害分類、整理、修正,根據居民地地震災害分類分級結果計算出各建筑類型的破壞比,進而得到建筑物損失。兩種估計方式比較適合實際情況的,但是前者比較粗糙,后者一定程度上可以減少不確定性。
日本的Takanasa、Makama和馬籠弘志、美國的Bolt等,利用航空遙感圖像進行震害評估,取得了良好的結果。其中影響較大的是應用航空遙感對建筑物震害損失和砂土液化的判讀和分級。
遙感技術可以很快地獲取資料,探測的面積廣。不足的是該方法容易受到天氣影響,地震發生時如遇陰雨天將會產生較大誤差。
5運用其他方法進行震后經濟損失評估
5.1基礎設施的直接經濟損失
房建和生命線屬于基礎設施,其遭到震害后,將對生命財產帶來巨大損失。因此格外受到學者的重視。
劉金龍等提出震級估計法、震中烈度、震中烈度與震級聯合估計法,分別得出生命線工程的經濟損失并將三者進行對比。震級估計法在實例中使用比較方便,但由于數據的離散性較大,震級估計法會使震害預測的結果出現一定的誤差,程度不夠。震中烈度估計法首先要統計各烈度下生命線系統與房屋建筑震害直接經濟損失比值的算術平均值情況,運用最小二乘法擬合出震中與比值均值的函數關系式。特別是由統計比值的概率分布特征,使這種方法更能貼近實際情況。而震中烈度與震級聯合估計法是基于震中烈度法修正得到的,此方法可以減少由震級不同帶來的生命線與建筑物損失之間比值的差異,但是比較復雜。
黃巍根據中國大陸的破壞性地震數據,對西南地區、西北地區和其他地區的生命線工程的震害損失比值和總比值與震級的關系進行統計分析。戎密仁對單線單洞式隧道進行了加權綜合評估,得到了災后鐵路隧道的損失程度。
馬海建發展了一種道路連通效能震害評估方法,在復雜網絡中建立路線和路網連通性能震害的客觀、定量評價指標,然后根據震前、震后的道路連通性能指標的變化,衡量路線和路網的震害情況。針對“大數吃小數”抽樣點中的某種類型房屋建筑面積較小,其在破壞比計算中占的權重小的情況,吳今生對破壞比的計算進行了調整,提出了兩種方法。及時種方法,將總面積過大的抽樣點的各種破壞等級的破壞面積降低量級,此方法使每個抽樣點在破壞比計算中的權重基本一致。不足之處在于工作任務加重,原始數據的真實性會受到質疑。第二種方法,僅對計算方法做出修正,去除房屋建筑面積的影響,將每個抽樣點的破壞比求和取平均值。第二種方法比及時種方法優越,主要在于工作量不會增加太多,也能使數據的原始性得到保障。
周光全等探索出一種適合云南地區的地震災害經濟損失評估的簡化方法,根據云南地區的歷史地震情況,進行抽樣調查得到房屋建筑地震破壞比經驗模型,按國家標準《地震現場工作第4部分:災害直接損失評估》選取適合的損失比,參照災區城建部門提供的災評來收集各類房屋建筑的重置單價,根據房屋建筑經濟損失的初步估算公式,可以快速評估計算房屋建筑的地震災害經濟損失;
胡少卿等研究了1993年至2005年的歷史震害資料,得到基礎設施工程損失占建筑物損失的比例與烈度的關系,采用最小二乘法對基礎設施工程損失進行回歸,得到直接經濟損失。該回歸法計算出的結果與現場評估結果相比偏小些,但可以為確定直接經濟損失提供相關參考。
楊妍等將標準法與HAZUS法進行定性比較,得到的結論是:在直接經濟損失評估計算方面,破壞程度的劃分方式,震害的分析方法以及經濟因素等方面基本相同,而建筑物易損性的定量指標、適用的地域、結構類型的劃分、對建筑物破壞等級的定義方式存在差異。
王明振等針對跨度、磚柱高度、磚柱橫截面尺寸、柱距大小、縱墻設置情況這五個因子,用有限元軟件進行回歸分析,得到二次震害的單層磚柱廠房震害快速評估模型。 Algermissen和Steinburgg對不同結構類型的建筑物進行分類,用于得到各等級的平均破壞概率曲線,該劃分方法成為美國20世紀80年代末易損性分析的首要工作之一,由概率曲線進而得到地震直接經濟損失評估。Toyoda將直接經濟損失分為政府建筑、商業建筑以及個人居所三個層面來進行計算。在上述學者研究成果中,劉金龍、黃巍、戎密仁和馬海建分別對生命線系統的震后損失提出了看法。在參數選取上,周光全所用的破壞比參數屬于比較傳統的取法,而吳今生對破壞比進行調整。胡少卿將損失比參數與烈度聯系起來,王明振選取了廠房的五個參數,都進而得到震后損失情況。而列舉的三位國外學者的成果,傾向于對建筑物進行不同層次的分類。
5.2間接經濟損失
間接經濟損失包括停產減產損失、產業間的產業關聯損失和投資溢價損失。間接損失也會帶來巨大損失,比如1995年日本阪神地震間接經濟損失幾乎和直接經濟損失持平,約為1000億美元。所以間接經濟損失也會受到國內外專家學者關注。
都吉夔等提出一種基于評估區內企業、服務業停產歇業損失和由地震帶來的減產減值損失下的間接經濟損失評估方法。該方法需要將評估區內各類結構房屋破壞比與損失比作積,再按各類建筑房屋面積差異進行加權取其平均值,得到綜合震害系數,結合抽樣調查實例所得到的生產及服務業恢復時間和影響時間系數,和利用災區各市(縣)國內生產總值GDP(第二、三產業)數據即可給災區做出震害損失評估。在地震災害影響范圍大的情況下,此方法計算量會很大。 黃敏等通過查閱統計年鑒、經濟普查資料,以行政區為單元,收集各行政區的工業企業產值、企業分布等信息,綜合考慮地震破壞情況和生產周期理論,結合烈度圖,確定企業停減產時間,建立行政區域的工業企業停減產損失模型。該方法克服了由評估區與行政區不一致帶來的經濟數據獲取及分配不易的難題,更科學地為政府及其有關部門在災后救助及災后恢復政策上提供指導。勞承玉以產業關聯理論和投入產出模型為基礎,對汶川特大地震的間接經濟損失評估方法進行探討。以旅游業為例,將前向關聯產業、后向關聯產業分別以不同的動力為模型對損失進行評估,初步估計得到的旅游業損失624億元,雖然該結果有待進一步的計算,但是可以為恢復重建工作提出指導建議。
孫堯考慮到中間投入積壓增加這一因素,運用“投入—產出”模型,來計算停產減產的生命線工程的經濟損失。
美國聯邦緊急事務管理局在20世紀80年代末將投入產出模型與平均總成本法相結合,借助直接經濟損失即可得到間接經濟損失。20世紀90年代末,美國的科學家提出了一種“假想地震”模型,可以預測商業中斷等間接損失。Kuribayashi分析了災后勞動力、資本、消費、投資等因素的相關變化及影響,運用Cobb-Douglas生產函數來得到間接經濟損失。
6總結
這五種方法都可對震后經濟損失進行評估,但各評估方法都有著無法估計的不確定性。但有的方法可以相互結合。譬如,在GDP指標法中提到了人均GDP,可結合GIS等平臺有利于快速評估;GIS數據庫法提及到了遙感技術和GIS相結合,發揮著各自優勢得到損失結果,這種結合較前沿。可以預見的是,震害矩陣法聯結遙感技術,即可實現數據的及時更新。本文簡述提到的其他法,大部分注重于學者專家在方法上的創新。