基于集对势的供水系统级联失效下节点重要度分析

供水网络在灾害作用下的破坏模式多为由于网络中某些节点的破坏造成整个系统的连锁反应,级联失效的现象放大了管网系统遭受破坏的影响范围和程度,因此判断级联失效下的供水管网节点重要度对系统抗灾能力研究具有一定的意义。以往研究没有考虑系统发生一次破坏后的暂时稳定状态之后的发展趋势,以及处于暂时稳定状态的节点对系统最终可能状态的影响。基于集对分析理论,通过计算集对势,对供水网络一次破坏之后的系统发展态势进行了分析,利用集对势分析网络中节点的破坏对其他节点的影响程度,进而得出供水网络节点的重要度排序。这种考虑系统发展趋势的节点重要度评价,为网络系统中的节点重要性评价提供了一种新的研究方法和思路。     

基于网络效率的城市轨道交通网络震后性能评估∗

对于以地铁为主要组成部分的城市轨道交通系统,地震作用造成的车站、隧道等结构的损伤和破坏,会严重影响系统的交通运行功能。目前针对扰动事故场景下轨道交通网络性能的研究,主要集中于随机失效和蓄意攻击场景,缺乏地震场景下的相关研究。本文采用客流加权的网络效率指标,研究了不同地震作用下轨道交通网络的抗震性能。利用图论建模方法构建网络拓扑模型,基于车站、区间隧道等主体结构的地震易损性模型计算结构失效概率,采用 Monte Carlo 模拟方法抽样网络单元的震后状态,利用三类网络效率指标(拓扑网络效率、站点流量加权网络效率和网络服务效率)评价网络的震后性能。以北京市轨道交通网络为例,比较了不同地震作用场景下的网络性能指标,选择站点流量加权网络效率指标表示网络震后性能;计算不同 PGA 下的网络性能损失,拟合得到了案例轨道交通网络地震易损性模型,便于案例网络震后性能的快速评估。     

灾害环境下生命线系统的级联失效研究

以供水管网为例,使用在供水管网水力延时模拟软件EPANET 2.0基础上二次开发的程序对管网遭受的灾害环境进行动态模拟,选取节点不同时刻的水压作为考察供水管网节点资源供给量受影响程度的指标,提出了节点失效关联度的概念,应用灰色关联分析方法,计算并比较了网络中其它节点与受损节点间的节点失效关联度,分析了资源的分配与传输和网络拓扑结构两个方面对供水管网级联失效过程的影响特征,初步探讨了灾害环境下生命线系统的级联失效过程。     

多情景震后城市应急医疗救援网络结构特征研究

城市应急医疗服务设施系统在震时发挥重要的医疗救援作用,是驱动城市防灾韧性的重要因素。为了保障强震后的城市应急医疗救援,强化网络关键节点、优化网络空间布局。基于建筑物、应急医疗设施和道路网络等城市系统的模拟仿真,构建不同地震灾害强度下城市应急医疗救援的供需场景。该文采用复杂网络技术构建城市应急医疗救援网络模型,分析多情景震后网络社团结构与特征参数。以某城市应急医疗服务设施系统为例进行实例分析,表征多情景地震灾害对应急医疗救援网络结构的具体影响,为优化城市应急医疗救援网络的结构鲁棒性和网络抗毁性提供决策支撑。     

近场强震作用下城市桥梁结构灾害评价方法研究

桥梁是城市交通系统中抗震性能最差的节点,一旦遭受地震破坏会影响城市生存功能,可能导致城市局部或整体功能瘫痪,引发或加重次生灾害,降低了地震应急救援和震后恢复的速度和效果,是都市区震害情景构建中重点考虑的关键环节。根据唐山、海城、汶川地震等桥梁震害资料,对桥梁按场地土类型、建筑年代等分类,建立桥梁易损性曲线模型,并提出了适用于城市大量桥梁地震灾害状态快速评价方法,利用该方法评价了潜在近场强地震动作用下太原市区环城高速以内主干道路桥梁的震害。与以往的桥梁易损性模型对比结果表明,所提出的桥梁易损性模型可以更加准确地评价桥梁的震害。该方法可为城市桥梁的震前改造加固、震后快速恢复提供理论依据,也可为震后应急救援决策提供必要的支持。     

汶川地震钢筋混凝土框架震害及震后修复建议

介绍了汶川大地震中几座典型钢筋混凝土框架结构的震害,重点总结了框架结构中梁、柱、节点以及楼梯间的震害情况,发现除较为常见的梁柱弯曲破坏、剪切破坏、弯剪破坏以及框架节点的破坏外,框架梁柱中的粘结破坏、施工缝处的破坏及楼梯间破坏也较为严重。部分新建结构尚未完工也遭到严重破坏,且表现为"强梁弱柱""强构件弱节点"的破坏形态。总结了国内外对损坏的钢筋混凝土框架结构进行震后修复和加固的研究进展,并对汶川地震后结构的震后修复和抗震加固工作提出了建议,强调应从结构整体角度进行震后修复和加固工作,考虑各种修复方案的优点和不足,重视结构整体和构件的相互关系,避免修复后的结构出现刚度不均,并注重形成多道抗震防线。     

给定地震烈度下供水系统受灾程度分析

本文提出了供水系统在给定地震烈度下受灾程度的一种分析方法。给出了地震后生命线工程系统受灾程度的一个定义。文中利用不同地震烈度下地下管道的统计震害率,并通过经验判断,确定各供水节点之间管道破坏的数量.根据震后各地下管段接头或管体本身对三种不同破坏状态的隶属度,判断管道破坏的位置和破坏的状态。在进行供水系统流量分析的基础上,给出各供水节点的服务状态。最后根据系统受灾程度的定义,计算供水系统的受灾程度。本文既利用了震害统计资料,又综合应用了理论分析得到的对三种不同破坏状态的隶属度。较科学地给出了供水系统地震后受灾程度的分析方法。同时还给出了生命线工程抗震设计准则.     

《汶川地震中小型水库震害与数据库》书评

<正>2008年5·12汶川8.0级特大地震,不但造成了巨大的人员及财产损失,而且对地震区的基础设施造成了极大的破坏,国际社会对此次地震给予了极大的关注。与作者的交流中了解到,作者曾参加震后现场应急工作队,开展应急救援和灾害快速损失评估工作,当时就注意到在四川震区大量中小型水库土石坝遭受了不同程度的破坏,由于应急评估工作的时间效应,作者在第一时间仅拍摄和收集到少量的中小型水库土石坝震害第一手资料。     

梁-方钢管柱节点在地震损伤后的耐火性能

地震作用不仅会引起大范围的建筑结构破坏,也是火灾、泥石流等次生灾害的诱因。在地震多发区,当次生灾害发生时,在地震作用中已经受损的结构会发生更为迅速的破坏以致整个建筑物的坍塌。选取了两种梁-方钢管节点为研究对象,通过实验研究在滞回加载过程中受损的节点试件的损伤程度,并通过不同层度受损后的节点试件的耐火实验,研究了前期损伤对所选取的钢节点的抗火性能的影响,并对两种节点进行对比,揭示了钢材的断裂(裂缝)损伤是影响钢节点地震后抗火性能的主要因素之一。     

基于系统动力学的震后救援药品动态需求研究

地震灾害严重威胁社会经济发展和人民生命财产安全,震后救援药品动态需求研究对提高救援效率,挽救人民生命至关重要。建筑物倒塌压埋是造成震后人员受伤的主要原因,因此从震后建筑物倒塌救援过程入手,运用系统动力学方法建立了震后建筑物倒塌救援因果关系模型与震后建筑物倒塌救援流量存量图,主要考虑了建筑物倒塌压埋、地震救援投入、医疗投入等因素对伤员人数的影响。运用Vensim软件对流图进行编程仿真,得出伤员随时间的数量变化,根据救援药品日剂量得到各救援药品的需求量,从而辅助震后救援药品的动态需求决策。     

震后多品种应急物资多级配送中的选址-路径模型

地震发生后的应急物资配送是地震救援工作开展的关键。震后应急物资配送往往需要建立多级应急物流中心和规划物流中心间的配送路径,而且应急物资的需求具有多样性。基于这些特点,以总运输成本最小为目标,考虑应急物流中心的容量限制以及应急物资配送的多级性和多样性,建立了震后多品种应急物资多级配送选址-路径问题的混合整数规划模型。该模型选择由供应点、物资集散地、配送中心和需求点构成的多级配送网络,将帐篷、食物和药物作为应急救援物资。最后,采用一个汶川地震中物资配送的实例验证了模型的有效性和可行性。     

城市生命线系统的地震网络可靠性研究

震后生命线系统的网络可靠性对于灾后的应急救援和恢复至关重要,因此,评价城市生命线系统网络在一定地震强度下,网络系统保持连通的能力已成为研究生命线地震网络可靠性的重要内容。以经典的系统单元可靠性模型为基础,在众多的网络可靠性计算方法中根据方法实现的难易程度和计算效率,选择采用了不交化穷举集合法和有序二分决策图方法,比较研究了网络系统的可靠性问题,并与Monte Carlo方法进行了对照。此外,针对淮南市配水管网的实际案例,采用上述方法计算了相应的可靠度,计算结果表明,所提方法能够高效地应用于一般的工程实践,具有显著的实用意义。     

基于深度学习的建筑破坏状态智能评估研究

地震发生后需要对震害区域建筑物破坏等级进行快速评估,以便于震后辅助决策和应急救援。通过分析建筑物外立面震害照片数据,挖掘不同建筑破坏等级与其立面图像特征潜在的映射关系,建立基于震害图像数据的建筑破坏状态智能评估深度学习方法,并应用于都江堰的地震调查数据。首先,训练获得了DeeplabV3+图像语义分割深度神经网络模型,实现在震后复杂背景下的建筑物外观整体的分割提取。进一步,利用迁移学习进行ResNeXt网络参数训练用于图像分类,实现建筑物地震破坏等级的评估。分析了都江堰地震现场调查数据,实验结果表明,所提方法能够较精细地将建筑破坏划分为基本完好、损坏和倒塌三类,准确率达到90.33%。评估模型可直接应用于震后建筑状态的较精细评估,且对外立面图像拍摄角度无较高要求,对图像背景鲁棒,可避免环境因素影响。相较于人工判断,研究方法提高了工作效率,缓解了调查者主观性判断带来的离散性影响,具有良好的应用潜力。     

震后公路桥梁通行能力理论模型研究

震后公路桥梁通行能力的理论模型是其通行能力快速评估技术的重要基础。阐述了震后公路桥梁通行能力对于震后应急救援决策工作的重要性,在分析震后公路桥梁的交通功能损失的基础上,定义了震后公路桥梁的震害度,修正了震后公路桥梁的震害指数;从交通工程学的角度,研究了公路桥梁理论通行能力,分析了震后公路桥梁实际通行能力的影响因素,推导出震后公路桥梁的通行概率,定义了地震对于公路桥梁通行能力的修正系数,进而建立了震后公路桥梁通行能力的理论模型。通过算例分析,验证了该模型的有效性。     

一种基于物联网的地震救援辅助系统

地震发生后,地震现场公共通信设施往往会遭到严重损坏,导致灾区救援人员和地震救援指挥中心之间无法实时地进行网络通信,救援现场的物资需求信息无法及时地送达到指挥中心,影响救援的效率。对此,地震救援现场可以搭建如Zigbee,WCDMA等各种应急无线通信网络,救援人员运用救援手持终端将物资需求通过上述网络发送到指挥中心的应急局域网中,从而构建了一种基于物联网架构的地震救援辅助系统,为指挥中心的科学救援提供实时的物资需求数据。通过测试,该系统可以保证救援数据的实时快速传输,提高应急救援的效率。     

基于蒙特卡洛模拟的城市道路网络地震易损性分析∗

城市道路网络是重要的生命线工程系统,其抗震性能直接影响城市震时人员逃生和震后救灾是否能够迅速开展。现阶段,地震工程学界已发展了完善的单一路段地震易损性分析方法,但对道路网络整体性态水平划分、破坏指标选取和地震易损性评价等问题尚无明确结果。基于此,利用二维平面网络统计特征量作为破坏评价指标,提出了一类城市道路网络地震易损性的评价方法,并利用蒙特卡洛模拟方法计算了实际城市路网的地震易损性矩阵。首先,给出了城市道路网络地震破坏模拟步骤,包括路网建模、空间变化地震动模拟和基于路段易损性函数的路网地震破坏模拟;然后,利用分支数量和最大分支直径作为指标,对城市道路网络性态水平进行了划分,给出了基于蒙特卡洛方法的路网地震易损性分析框架;最后,以河北省秦皇岛市为例,计算了城市道路网络的地震易损性矩阵。本文发展的城市路网地震易损性分析方法可为城市道路系统整体抗震安全性评价及优化设计提供参考。     

基于IIM的干旱灾害对黑龙江省玉米供应链的级联影响研究

为研究干旱灾害对黑龙江省玉米供应链的级联效应,以1998-2017年黑龙江省每年5-9月玉米生长期的降雨量月平均值代表各年不同的干旱程度,通过拟合降雨量-玉米产量方程给出了干旱灾害对玉米产量影响的规律,考虑由于供应链节点间的相互依赖性而存在的级联效应,把干旱灾害对玉米产量的影响作为触发供应链网络级联效应的初始扰动事件,采用不可运作投入产出模型(Inoperability Input-Output Model,IIM)和有序加权平均(Ordered Weighted Averaging,OWA)算子相结合的方法,通过评估当干旱导致供应短缺时玉米供应链上各节点的不可运作性,研究干旱灾害对黑龙江省玉米供应链的级联影响。结果表明,因干旱导致的玉米产量下降不仅给玉米生产者(农户)造成了损失,还通过级联效应将这种损失传递至整个供应链网络,给供应链上的所有节点均造成了不同程度的不可运作性。与其他节点的相互依赖程度越强,则受到干旱灾害导致的供给短缺的影响越严重,造成的不可运作程度与经济损失也越大。     

震后火作用下多层钢框架基于火灾荷载密度的易损性分析∗

与地震易损性相比 ,结构震后火的易损性研究尚未深入 。 以三层三跨平面钢框架为研究对象 ,采用 ABAQUS 进行建模,选取火灾荷载密度作为火灾强度指标,同时将耐火极限作为破坏状态指标,采取拉丁超立方法生成了 50 个结构样本,对钢框架进行震后火作用下耐火极限分析和易损性分析,并给出了不同损伤程度的四种破坏状态。研究结果表明：震后火作用下钢框架失效概率随火灾荷载密度的升高而增加;当火灾荷载密度达到最大值时,大震下钢框架发生轻微破坏、中等破坏和严重破坏的概率较高,出现倒塌破坏的概率相对较低;对比三水准地震设防烈度下火灾易损性曲线,随着地震烈度的升高,钢框架发生严重破坏和倒塌破坏的概率也随之增大。     

用于自然灾害现场监测的无线传感网络开发与试验

考虑到救灾机器人在复杂灾害环境中仅凭自身的感知能力会降低任务的执行效率,引入无线传感网络协助执行任务。针对自然灾害现场监测应用,设计了一种低成本、低复杂度、便携式、能快速部署与组网的无线传感网络监测系统。首先描述无线传感器网络总体方案设计,其主要由监测中心、定向路由和若干监测节点组成。然后对监测节点的机械机构设计进行了详细描述,并制作了若干监测节点原型机。基于TCP协议及客户/服务器模型提出了一种请求应答机制,使得监测中心能同时连接并控制若干监测节点,并基于UDP协议实现了监测图像的实时快速传输。使用若干监测节点组建无线传感网络,即能在监测中心实时显示各个节点GPS位置信息及自然灾害区域的监测图像。最后,在国家地震紧急救援训练基地进行了现场实验,实验验证了此无线传感网络监测系统的有效性与可靠性。     

铁路隧道结构构造重要度权重计算分析研究

在地震灾害发生后,铁路隧道会受到不同程度的破坏,如何对震后损失情况进行定性定量评估成为一项非常重要的工作。本文从铁路隧道结构构造角度出发,采用分层加权综合评估法对铁路隧道的不同构造及常见震害形式权重值进行了计算、分析,研究表明:在铁路隧道震后灾害损失定量评估时,准确合理的权重值,可以实现震后单座隧道以及整个震区所有隧道的震害损失评估,也可以为震害修缮或重建决策提供依据。