从“点”到“面”，由0618大阪地震展望地震破坏力分析2.0系统
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利用密布强震台网在震后获取的实时地震动信息，再结合城市抗震弹塑性分析，就可以得到地震发生后不同地点的建筑破坏情况，为抗震救灾决策提供科学支撑。下图为根据06-18大阪地震震中附近50km范围内台站记录分析得到的建筑震害分布示意图。
说明：本图仅供演示程序功能
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一、再谈为什么要做城市抗震弹塑性分析
我们之前已经多次讨论过为什么地震破坏力分析要基于城市抗震弹塑性分析。因为无论是基于震级、还是基于地面运动的峰值加速度（PGA）来预测地震引起的破坏都有很大的误差（参阅之前的文章“为什么需要发展城市抗震弹塑性分析 | 从8.8九寨沟地震和8.21意大利地震谈起”）。
以这次日本06-18大阪地震为例，实测最大的地震记录（OSK002记录）地面峰值加速度PGA达到了0.79g（参阅之前的文章“2018-06-18日本大阪6.1级地震破坏力分析“）。刚看到这个数据的时候我们都有点虚，因为中国建筑抗震设计标准考虑的最大的加速度才0.62g。这个0.79g比中国建筑设计最高标准还高将近30%，那基本上是可以“见神杀神见佛杀佛”的威力了。但是我们把OSK002记录输入到清华校园里，引起严重破坏和倒塌的比例只有50%，经过抗震设计的建筑都没有倒塌。而02-06花莲地震的地面峰值加速度只有0.4g（只有大阪地震的一半），却可以引起清华校园58%的建筑达到严重破坏和倒塌（参阅之前的文章“如果花莲地震发生在清华园？”）。所以，PGA作为地震破坏力指标经常是不准确的。而把完整地震动记录输入到城市建筑群中，进行城市抗震弹塑性分析，是更加准确和合理的方法。
二、回顾地震破坏力分析1.0阶段的工作
一方面，为了科学制定抗震救灾决策，迫切需要在地震后评估地震现场的破坏情况。另一方面，为了地震研究需要，世界各国包括我国都建立了非常密集而强大的强震动观测网络（图1），可以在地震后迅速得到地震现场的地面运动情况。而这些宝贵的实测地面运动数据，一直未能在震后应急中充分加以利用。
图1 我国强震观测网络（图片来源：国家强震动台网中心）
于是，我们从2016年开始，就尝试将实测地面运动与建筑和城市抗震弹塑性分析结合，根据实测地面运动来预测地震当地的破坏情况。在地震局工力所“国家强震动台网中心”以及中国地震台网中心的大力支持下，我们先后在2016-12-08新疆呼图壁6.2级地震、2016-12-18山西清徐4.3级地震、2017-03-27云南漾濞5.1级地震、2017-08-08四川九寨沟7.0级地震、2017-09-30四川青川5.4级地震、2018-02-12河北永清4.3级地震、2018-05-28吉林松原5.7级地震等7次中国大陆地震中进行了应用，并分析了2016-04-16日本熊本7.3级地震、2016-08-24意大利6.2级地震、2016-11-13新西兰8.0级地震、2017-09-20墨西哥7.1级地震、2017-11-23伊拉克7.8级地震、2018-06-18日本大阪6.1级地震、2018-02-06花莲地震等境外地震的破坏力，初步形成了一套案例库、模型库和方法库。特别是在2017-08-08九寨沟7.0级地震的分析中发挥了比较好的效果。具体工作可以参阅我们之前的文章“视频分享|地震破坏力速报软件演示|从216墨西哥地震再谈城市抗震弹塑性分析”。
上述工作简单总结如下：
(1) 方法：根据地震发生后实测地震动，输入典型建筑物和城市区域，进行建筑和城市抗震弹塑性分析，得到典型建筑和城市区域的破坏情况，为抗震救灾提供参考。
(2) 优点：基于地震现场实测地震动，可以充分反映台站所在位置地震动的全部特征。基于典型建筑物和城市区域，可以考察不同地震动对不同建筑物和建筑群的破坏能力。基于弹塑性时程分析，可以充分考虑不同地震动的幅值、频谱和持时特征，以及不同建筑物的刚度、强度和变形特征。
(3) 缺点：只能对个别地震动进行分析，只能给出震中附近极震区破坏情况（即只有“点”的信息），不能给出整个灾区的灾损全貌（即没有“面”的信息）。选取的建筑物和建筑群未必可以充分反映灾区建筑物的特征。
三、探索地震破坏力分析2.0
针对上述问题，我们在探索能否进一步加以改进，建立地震力破坏分析2.0版本系统，将地震破坏力分析从“点”发展到“面”。而从“点”到“面”的一个关键，就是要有丰富而密集的实测地震动信息。
我国强震台网的密度尚有待进一步提高。而日本因为本身国土面积有限，加上地震频发，其强震台网的建设已经非常完善（图2）。
图2 日本强震网络（图片来源：NIED）
比如这次06-18地震，在震中50km范围内，居然有37个台站（图3），这样丰富的地震动数据资源，为我们探索研发地震破坏力分析2.0系统奠定了关键的基础。
图3 日本06-18地震附近强震台站（图片来源：NIED）
于是，我们收集了震中附近50km内的37个台站记录，由于缺少日本建筑数据，因此暂时以北京城区建筑作为分析对象，开展城市抗震弹塑性分析。图4所示为采用上述台站数据分析得到的不同地区震损情况。
图4 震中50km范围内不同台站附近建筑物破坏情况(说明：本图仅供演示程序功能)
从图中可以清晰看出，总体说来，延西南-东北向建筑震害更加严重一些。这和本次地震的破裂断层是相符的（图5，感谢顾林生教授提供资料）。
图5 本次大阪地震破裂断层
而图4中同样震中距或者断层距的地点，震害程度也有明显差别，这也充分体现出不同场地和传播路径的影响。基于上述数据，就可以迅速而准确的确认灾区受灾情况和震损分布，为科学抗震救灾决策提供参考。
当然，因为我们没有大阪地区的建筑物数据，所以图4中是基于北京城区的建筑数据分析的。不过从中我们也可以看到中日之间建筑抗震能力的差距。即便是对于北京这样的发达地区，城市里仍然有大量缺乏抗震能力的老旧建筑，导致图4中震中附近10km内，有1/3到一半建筑达到严重破坏以上震损。（注：本次地震震中附近的反应谱在1.5s周期段以下（即多层建筑的主要自振周期），接近甚至超过我国8度设防罕遇地震水平水准(图6），也就是北京地区2500年一遇地震的水平。）
图6 2018-06-18大阪地震OSK002台站地震记录反应谱
四、小结
在震后及时科学评价灾区震损对抗震救灾具有重大价值，而密布的强震观测台网可以为震损评估提供重要信息。将大量实时强震观测记录与城市抗震弹塑性分析相结合，可以更为准确的评价整个区域不同地点的震损情况。这也是地震破坏力2.0版本努力的方向。
城市抗震弹塑性分析的应用实例
一、城市抗震弹塑性分析方法用于震害预测
二、城市抗震弹塑性分析方法用于应急评估
三、城市抗震弹塑性分析方法用于次生灾害及经济损失预测
如果大家对城市抗震弹塑性分析有点兴趣，想亲手操作一下，欢迎下载城市抗震弹塑性分析教学演示程序：清华校园建筑震害预测教学程序v2.0
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