朱勝躍，郭淑霞

（北京市市政工程設(shè)計研究總院，北京市 100082）

0 前言

城市道路、供水、供能和通訊網(wǎng)絡(luò)是應對地震等突發(fā)災害時城市的生命線保障系統(tǒng)，其中道路網(wǎng)絡(luò)最為重要，它不僅是物資運輸?shù)耐ǖ溃质钦鸷Πl(fā)生時人員疏散、消防系統(tǒng)發(fā)揮作用、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)及時救援、派遣營救人員和工程隊伍的路線，并且對道路網(wǎng)絡(luò)任何形式的破壞或干擾都將阻礙在緊急情況下對生命線其它網(wǎng)絡(luò)的修復。

良好的道路交通抗震防災系統(tǒng)，應能夠承受強烈的地震影響而不遭受嚴重破壞。由于地震作用的隨機性和人類資源的有限性，不可能用無限的資源去實現(xiàn)在強烈地震災害作用下道路交通不發(fā)生破壞。研究道路交通抗震防災體系，分析北京市道路交通在不同地震水準下的抗震性能要求，提出抗震救災關(guān)鍵點段分級建設(shè)要求和抗震性能目標，確定北京市道路關(guān)鍵點段的抗震設(shè)防目標和標準，實現(xiàn)在可接受安全水平上的最小投入。

城市道路抗震防災能力不僅取決于單體工程的抗震能力，更重要的是道路系統(tǒng)通過抗震設(shè)防等級和設(shè)防要求的確定、關(guān)鍵環(huán)節(jié)抗震能力的增強、抗震保障和應急救災的有效應對，使得綜合抗震能力得到保障，達到安全與經(jīng)濟的和諧統(tǒng)一，保障城市道路系統(tǒng)在災后發(fā)揮應有的效能。

1 北京道路交通抗震防災體系架構(gòu)

城市抗震防災規(guī)劃和建設(shè)需要建立應對地震各階段的緊急處置系統(tǒng)、應急系統(tǒng)和應急預案，其中緊急處置系統(tǒng)對應災前的臨災預警和緊急處置；應急系統(tǒng)對應災時的應急響應；應急預案對應災后的搶險救災和災后恢復重建。這些工作需要城市規(guī)劃、建設(shè)和運營管理等多部門通力合作。

道路交通抗震防災體系的主要組成部分包括：道路交通震害相關(guān)基礎(chǔ)信息庫、道路抗震防災關(guān)鍵點段數(shù)據(jù)庫以及道路交通抗震防災應對策略，分別從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、判別技術(shù)以及應用價值三個方面構(gòu)建了北京市道路交通抗震防災體系。各個層次呈層級遞進關(guān)系：基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫是進行關(guān)鍵點段識別的基礎(chǔ)，而關(guān)鍵點段的識別是進行應用的前提。

道路交通震害相關(guān)基礎(chǔ)信息庫是城市抗震防災研究的基礎(chǔ)，應建立長期的數(shù)據(jù)采集、更新機制。該信息庫應包含的數(shù)據(jù)信息有：（1）地震斷裂帶分布；（2）現(xiàn)狀及規(guī)劃路網(wǎng)結(jié)構(gòu)及功能，應涵蓋現(xiàn)狀及規(guī)劃道路等級、道路通行能力、道路紅線寬度、道路沿線建筑高度、道路地下管網(wǎng)等；（3）應急疏散場所、救災指揮及消防站、醫(yī)療機構(gòu)等震后生命救援的主要目標區(qū)域；道路抗震防災關(guān)鍵點段數(shù)據(jù)庫是確定道路交通抗震設(shè)防目標的基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)庫是利用相關(guān)的判別技術(shù)，從骨架路網(wǎng)中識別出道路的關(guān)鍵點段，從抗震防災的角度對這些關(guān)鍵點段進行分級，分別給出不同的抗震設(shè)防目標；根據(jù)設(shè)防目標，確定采用何種抗震水準，制定道路交通抗震防災應對策略，做到防患于未然，減少重復建設(shè)。

以上從理論和技術(shù)層面，提出了北京道路交通抗震防災體系建設(shè)，但是道路交通系統(tǒng)在震時是否能夠充分發(fā)揮其效用，需要各種管理手段的輔助支持。應從人員疏散組織優(yōu)化、物資運輸交通規(guī)劃、救援通道組織管理等層面提出相關(guān)的管理對策，并給出實施建議。

2 北京現(xiàn)狀及規(guī)劃道路網(wǎng)分析

2.1 現(xiàn)狀道路網(wǎng)

北京市中心城的現(xiàn)狀道路網(wǎng)為環(huán)放+方格網(wǎng)型混合式路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，骨架路網(wǎng)主要包括二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)、放射狀快速路聯(lián)絡(luò)線和方格網(wǎng)型主干路。除環(huán)路外，南北向連通的主要通道有2條，東西向連通的主要通道5條，道路網(wǎng)呈“寬而稀”的特征，道路用地的面積率、人均道路面積尚可，但道路長度、密度較低。北京市二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)作為快速路承載著北京市區(qū)主要的交通流量，尤其是二環(huán)和三環(huán)，承擔了三環(huán)內(nèi)約50%的交通量，環(huán)路之間缺乏有效的快速路聯(lián)絡(luò)線，連接快速路的高等級疏散道路資源匱乏。從路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來看，東西向具有良好的震時交通疏散條件，南北向道路更為薄弱。

北京市對外交通的主要通道有：京港澳高速（京石高速）、京開高速、京津塘高速、京哈高速、京沈高速、機場高速、京承高速、京藏高速、京滬高速、京福路等，部分過境交通利用五環(huán)、六環(huán)路實現(xiàn)過境功能。當?shù)卣鸢l(fā)生時，對外聯(lián)絡(luò)通道是災后救援資源進駐、人員對外轉(zhuǎn)移的重要聯(lián)絡(luò)線，因此保障對外聯(lián)絡(luò)通道的抗震防災性能，對震后的抗災能力起到至關(guān)重要的作用。中心城東部、南部具有良好的震時疏散條件；西部、北部山區(qū)，在地震發(fā)生時，容易產(chǎn)生泥石流等次生災害，不適宜人員的震后疏散。

2.2 規(guī)劃道路網(wǎng)

北京市規(guī)劃路網(wǎng)重在增加環(huán)路之間的快速聯(lián)絡(luò)線，完善快速路系統(tǒng)，并且提高了主干路在路網(wǎng)中的比例，對城市干道間距進行了調(diào)整。到2020年北京市中心區(qū)道路網(wǎng)密度將達到4.4 km/km2，中心城道路系統(tǒng)仍保持方格網(wǎng)與環(huán)路、放射線相結(jié)合的布局，增加東部、南部道路網(wǎng)密度，形成以高速公路和快速路為骨架、配置合理的道路網(wǎng)系統(tǒng)。除此之外，北京市公路網(wǎng)總里程將達到2.2萬km，公路網(wǎng)系統(tǒng)由國道、市道、縣道和鄉(xiāng)道組成，與城市道路交接在五環(huán)路上。其中國道由3條主干線和8條國道組成，市道由五環(huán)路、16條放射線、20條聯(lián)絡(luò)線組成。

3 城市道路抗震關(guān)鍵點段識別

在確定關(guān)鍵點段識別影響因素基礎(chǔ)上，分析北京市路網(wǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃的拓撲結(jié)構(gòu)、北京市地震關(guān)鍵目標區(qū)域分布以及地震不同階段的道路功能需求，在以上分析的基礎(chǔ)上，提出路網(wǎng)重要點段識別方法和路網(wǎng)薄弱點段識別方法，最終確定路網(wǎng)關(guān)鍵點段（見圖1）。

圖1 關(guān)鍵點段識別研究思路

3.1 關(guān)鍵點段識別影響因素

在抗震防災體系中，從保障疏散、救援通道的連通性角度出發(fā)，影響這種連通可靠性的基本因素有：地質(zhì)及次生災害因素、路網(wǎng)本身的拓撲結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵目標的分布以及地震對道路功能的需求。

在地震發(fā)生時，地質(zhì)因素將會帶來直接地震災害或次生災害，在進行關(guān)鍵點段識別時，地質(zhì)因素不容忽略。主要的地質(zhì)因素有：道路是否處在斷裂帶上、關(guān)鍵點段是否在地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)和次生災害因素。地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)主要指北京遠郊區(qū)縣泥石流、滑坡等地質(zhì)災害發(fā)生概率較高的區(qū)域。次生災害因素主要有地下燃氣管線和加油站等因素，尤其是老城區(qū)，為震時次生災害易發(fā)區(qū)。

路網(wǎng)本身的拓撲結(jié)構(gòu)以及通行能力，決定了地震防災的救援潛力，對路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體認識是路網(wǎng)關(guān)鍵點段確定的基礎(chǔ)。從整體上分析北京市現(xiàn)狀以及規(guī)劃路網(wǎng)的基本拓撲結(jié)構(gòu)，從定性的角度評價北京市路網(wǎng)的抗震防災潛力和可能的制約影響。

有效的疏散、救援措施和行動，可以及時挽救生命、最大程度地降低地震災害的損失。保障地震中各關(guān)鍵目標的正常運轉(zhuǎn)，是地震災害等緊急條件下不可忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。分析北京市避震疏散場所、抗震物資儲備點、各供電、供水和供氣系統(tǒng)、抗震指揮系統(tǒng)、消防站及醫(yī)療機構(gòu)等抗震救援保障系統(tǒng)、城市交通指揮調(diào)度中心等關(guān)鍵目標的分布，進而確定保障這些關(guān)鍵目標點連通性的條件。

地震各個階段對道路功能的需求是不同的，地震中對道路功能的需求為迅速地進行人員疏散、在有限的時間內(nèi)將人員轉(zhuǎn)移至避震疏散場所，這個階段主要是對城市內(nèi)部道路疏散的需求；地震后主要是人員的轉(zhuǎn)移、救援物資的進入、防地震次生災害（火災、瘟疫等）救援等，這期間，主要是對城市對外交通通道的需求。梳理地震不同階段道路的功能需求，是明確路網(wǎng)重要、薄弱點段識別的關(guān)鍵。

3.2 路網(wǎng)重要、薄弱點段識別

需要說明的是，路網(wǎng)的重要點段是從道路功能層次來確定的點段，而薄弱點段是從道路拓撲結(jié)構(gòu)來確定的點段，這兩者具有本質(zhì)區(qū)別。一般而言，城市干道是城市路網(wǎng)的重要點段，但是從連通性角度而言，整個城市震后道路交通系統(tǒng)在地震中是否能及時、有效地發(fā)揮作用，不能只考慮系統(tǒng)中的小單元，而要考慮是否有連通路徑，一個節(jié)點或者路段功能的喪失，將導致整條路徑的失效，這些點段就是路網(wǎng)的薄弱點段。因此，城市路網(wǎng)重要、薄弱的點段都是路網(wǎng)的關(guān)鍵點段，關(guān)鍵點段與道路等級無關(guān)。

3.2.1 路網(wǎng)薄弱點段判別

地震災害中，薄弱點段一旦斷開，路網(wǎng)的連通可靠性就無從保障。路網(wǎng)連通可靠性除了道路網(wǎng)本身拓撲結(jié)構(gòu)的影響外，沿線建筑高度、沿線設(shè)施、地下管線、地下構(gòu)筑物等也是地震時影響道路連通性的關(guān)鍵因素。從路網(wǎng)連通可靠性的角度，結(jié)合考慮道路沿線建筑、地下管線等因素，提出路網(wǎng)薄弱點段的識別原則和方法，識別重要路徑上的薄弱點段。

第一層判別規(guī)則：路網(wǎng)結(jié)點連接數(shù)。是否有兩條以上路段與結(jié)點相連，通過該條判斷原則，將所有的點段集合分為兩類：一類進入第二層判別規(guī)則，進行篩選；另一類直接剔除。但是，跨河橋和跨鐵路橋梁作為有效節(jié)點，進入第二層次判別規(guī)則。

第二層判別規(guī)則：考慮替代路徑。在第一層篩選的基礎(chǔ)上，打斷節(jié)點進行測試。因為在地震災害發(fā)生時，局部的薄弱點段對剩余路網(wǎng)功能的影響至關(guān)重要，其價值主要體現(xiàn)在事件發(fā)生后影響的后果上。因此，如果有符合替代路徑條件的路段或節(jié)點存在，能夠保證剩余路網(wǎng)的整體功能，則不作為薄弱點段考慮。替代路徑的判別規(guī)則包括兩個步驟：第一步考察平行方向上800～1 200 m（《城市道路設(shè)計規(guī)范》中主干路交叉口間距）范圍內(nèi)是否存在替代路徑；第二步甄別替代路徑等級。如果替代路徑為主干路等級以上的道路，或者是密集的次干路、支路網(wǎng)絡(luò)，則認為該路段存在可替代路徑，為非薄弱點段；如果周邊道路等級較低且平行路網(wǎng)稀疏，則該點段集合為第二層次判定的薄弱點段集合。

第三層判別規(guī)則：實地勘查、分析。在兩層篩選原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)實地考察結(jié)果、專家咨詢，最終確定路網(wǎng)的薄弱點段。

依據(jù)上述原則，共篩選出路網(wǎng)薄弱路段25條，路網(wǎng)薄弱節(jié)點（橋梁）51座（略）。

北京市南側(cè)和東側(cè)為平原區(qū)，是良好的震后疏散帶，北側(cè)和西側(cè)為山區(qū)，一旦地震發(fā)生，將成為次生災害多發(fā)區(qū)。根據(jù)北京市市域地理條件，中心城東部和南部雖然擁有良好的地震疏散地理優(yōu)勢，但是從路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來說，薄弱點段較多，在抗震救災中并不具有優(yōu)勢。

3.2.2 路網(wǎng)重要點段判別

根據(jù)地震不同階段的道路功能需求，路網(wǎng)重要點段主要反映在道路等級、道路通行能力、道路負荷度、與關(guān)鍵目標連接道路的連通度上。

基于抗震關(guān)鍵目標區(qū)域的重要點段識別是從路網(wǎng)功能角度出發(fā)，從路網(wǎng)點段集合中篩選出重要點段。首先對抗震關(guān)鍵目標區(qū)域進行界定：（1）避難用地：面積規(guī)模較大的市級、區(qū)級公園綠地、各類體育場及大學校區(qū)；（2）大型居住區(qū)：規(guī)模較大、成片區(qū)的居住區(qū)；（3）商業(yè)金融區(qū)：規(guī)模較大、成片區(qū)的商業(yè)金融用地；（4）醫(yī)療用地：市級主要的醫(yī)療機構(gòu)；（5）消防站等。上述5類關(guān)鍵目標區(qū)域，從救災目的來說，（1）為震后逃生的臨時聚集地；（2）和（3）為人流密集、需要進行人員疏散的地區(qū)；（4）是震后提供專業(yè)醫(yī)療服務、救死扶傷人員的地區(qū)；（5）是震后救災的主要力量所在地。無論其承載的功能如何，這些地區(qū)都是抗震救災的關(guān)鍵目標區(qū)域。

對于以上五類區(qū)域，應保障在多方向上具有進出的道路通道，提供四通八達的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保震后能夠快速疏散人群，并且有連通的道路能夠保障醫(yī)療救援和震后救災。

4.3 路網(wǎng)關(guān)鍵點段的確定

路網(wǎng)點段關(guān)系見圖2。

圖2 路網(wǎng)點段關(guān)系圖

集合A—路網(wǎng)中所有點段的集合；

集合B－路網(wǎng)中“薄弱點段”的集合，即路網(wǎng)中無替代路徑，在地震中一旦斷裂，影響路網(wǎng)整體連通性的節(jié)點或路段；

集合C－路網(wǎng)中“重要點段”的集合，即路網(wǎng)中與抗震救援關(guān)鍵目標區(qū)域相連的路段以及連接多條重要路段的節(jié)點。

集合D—路網(wǎng)中的一級關(guān)鍵點段，即路網(wǎng)中“既薄弱又關(guān)鍵”的點段。

一般而言，集合D即代表了路網(wǎng)中的關(guān)鍵點段，但地震災害有別于其他災害。由于城市人口密集且分布較廣，另外地震持續(xù)時間短，造成的災害后果嚴重，因此，地震中道路的連通性至關(guān)重要。將地震斷裂帶的分布作為最終篩選原則，位于地震斷裂帶上的關(guān)鍵點段如果有替代路徑，則不作為抗震防災的關(guān)鍵點段，如果無替代路徑，則必須作為一級關(guān)鍵點段，進行重點加固處理。

對應地震災害的路網(wǎng)關(guān)鍵點段的定義為：綜合考慮地震斷裂帶分布因素，路網(wǎng)中無替代路徑的薄弱點段以及與抗震關(guān)鍵目標區(qū)域連接的重要點段的合集，即在排除地震斷裂帶影響因素基礎(chǔ)上的集合B與集合C的合集。

4 城市道路系統(tǒng)抗震類別判定及設(shè)防目標

針對北京市骨架路網(wǎng)，按上述方法篩選出關(guān)鍵路段66個，關(guān)鍵節(jié)點83個，其中關(guān)鍵節(jié)點的分布位置為：四環(huán)26處，三環(huán)18處，二環(huán)23處，環(huán)路聯(lián)絡(luò)線及跨河、跨鐵路橋梁16處。由于受既有條件所限，針對這些關(guān)鍵點段不可能也沒必要采取統(tǒng)一的抗震設(shè)防水準和加固方法，因此，需要對這些關(guān)鍵點段進行進一步的分類。

關(guān)鍵點段在城市抗震防災中的作用不同，因此對其抗震性能要求也不盡相同。按照抗震防災需求，抗震防災通道包括城市內(nèi)部的疏散通道以及城市對外的救援保障通道。其中城市對外救援保障通道包括：物資運送通道、救護交通系統(tǒng)等。地震等級可以按照震級、地震震害程度進行劃分。具體的分類標準與橋梁抗震設(shè)計的分類標準一致。分析不同等級地震情況下所造成的救援需求，根據(jù)城市規(guī)模確定需要救援的人數(shù)、救援的規(guī)模、救援通道的需求等。根據(jù)抗震救災通道供需能力的分析，可以確定不同等級地震情況下，抗震救災通道供給是否滿足需求，其供需匹配關(guān)系如何，作為關(guān)鍵點段類別劃分的依據(jù)。

根據(jù)需求，將路網(wǎng)關(guān)鍵點段分為兩個級別。第一級別為：路網(wǎng)中既薄弱又重要的點段；第二級別為：路網(wǎng)中的薄弱點段或者重要點段。四環(huán)路內(nèi)，第一級別關(guān)鍵點段包括26個關(guān)鍵節(jié)點，11條關(guān)鍵路段；第二級別關(guān)鍵點段包括63個關(guān)鍵節(jié)點，56條關(guān)鍵路段（見圖3）。

《城鄉(xiāng)規(guī)劃和抗震設(shè)計規(guī)范》對于城市整體抗震防災建設(shè)的目標進行了規(guī)定：（1）當遭受多遇地震影響時，城市功能正常，建設(shè)工程一般不發(fā)生破壞；（2）當遭受相當于本地區(qū)地震基本烈度的地震影響時，城市生命線系統(tǒng)和重要設(shè)施基本正常，一般建設(shè)工程可能發(fā)生破壞但基本不影響城市整體功能，重要工礦企業(yè)能很快恢復生產(chǎn)或運營；（3）當遭受罕遇地震影響時，城市功能基本不癱瘓，要害系統(tǒng)、生命線系統(tǒng)和重要工程設(shè)施不遭受嚴重破壞，無重大人員傷亡，不發(fā)生嚴重的次生災害。

我國城市道路橋梁抗震設(shè)計仍按照《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》進行。該規(guī)范經(jīng)過了三個階段，最初一版為1978年的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》，之后為1989年的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004-89），以及2008年的《公路橋梁抗震設(shè)計細則》（JTG/T B02-01-2008）。北京市已建城市立交橋梁多建于二十世紀七、八十年代，根據(jù)北京市路網(wǎng)關(guān)鍵點段的分級結(jié)果，結(jié)合北京市防災減災規(guī)劃、地震災害的破壞性等，從工程建設(shè)角度，分析北京市道路交通在不同地震水準下的抗震性能要求，提出抗震救災關(guān)鍵點段分級建設(shè)要求和抗震性能目標，確定北京市道路關(guān)鍵點段的抗震設(shè)防目標和標準。不同等級關(guān)鍵點段采用的抗震設(shè)防目標見表1。

表1 不同等級關(guān)鍵點段對應的抗震設(shè)防目標

5 典型通道節(jié)點分析

針對北京市主骨架路網(wǎng)的關(guān)鍵點段分級情況，選取第一級別關(guān)鍵點段中建設(shè)年代較早，對路網(wǎng)影響較大的典型節(jié)點（橋梁）和通道進行影響分析，著重分析一旦節(jié)點損毀、通道交通中斷，對整個網(wǎng)絡(luò)或局部區(qū)域抗震防災產(chǎn)生的影響。

選擇的典型關(guān)鍵點段有：德勝門橋節(jié)點及北二環(huán)路、德外大街通道；建國門橋節(jié)點及東二環(huán)路、長安街通道；玉蜓橋節(jié)點及南二環(huán)路、蒲黃榆路通道；三元橋節(jié)點及東北三環(huán)、機場路、京順路通道；麗澤橋節(jié)點及西南三環(huán)、豐北路通道；六里橋節(jié)點及西三環(huán)、京港澳高速通道等。針對上述六座橋梁節(jié)點及連通的道路，分別從橋梁基本情況、區(qū)域防災目標點分布、節(jié)點及通道損毀影響分析三方面來展開，上述關(guān)鍵點段地震中一旦損毀，對周邊區(qū)域的抗震防災影響較大，均需提高設(shè)防標準，基于文章篇幅，詳細分析略。

6 小結(jié)

城市道路交通系統(tǒng)抗震防災是一個復雜的工程，對于生命線系統(tǒng)的識別非常重要，應建立健全北京市抗震防災體系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：包括路網(wǎng)的基礎(chǔ)信息資料、道路橋梁的基礎(chǔ)資料以及地震斷裂帶、道路沿線建筑、地下管線分布等基礎(chǔ)信息。在信息資料的基礎(chǔ)上，動態(tài)識別城市抗震防災生命線。北京市北側(cè)和西側(cè)為山區(qū)，一旦地震發(fā)生，將成為次生災害多發(fā)區(qū)，而南側(cè)和東側(cè)具有良好的震后疏散帶。但是，從道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來看，中心城區(qū)西、北部道路網(wǎng)較密，南部相對稀疏，這種地形和道路現(xiàn)狀對抗震防災工作提出了更高的挑戰(zhàn)。

限于基礎(chǔ)資料的缺乏，本研究尚未考慮道路地下管網(wǎng)的影響，也未對中心城區(qū)地震次生災害進行影響分析，希望在后續(xù)的研究中進行補充。

[1]北京市已建橋梁抗震能力及相關(guān)設(shè)計技術(shù)研究[Z].北京市市政工程設(shè)計研究總院,2010.

[2]北京城市總體規(guī)劃(2004-2020)[R].北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院,2003.

[3]仇保興.“地震后重建家園指導手冊4”城鄉(xiāng)規(guī)劃和抗震設(shè)計規(guī)范匯編[S].中國建筑工業(yè)出版社,2008.