薄景山，王玉婷，薄 濤，萬 衛(wèi)，趙鑫龍，陳亞男

（1.中國地震局工程力學(xué)研究所地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150080；2.地震災(zāi)害防治應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150080；3.防災(zāi)科技學(xué)院，河北省地震災(zāi)害防御與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國地震局建筑物破壞機(jī)理與防御重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北三河 065201；4.北京市地震局，北京 100080）

引言

20世紀(jì)70年代，加拿大生物學(xué)家霍林（Holling.C.S.）首次將韌性（Resilience）應(yīng)用在生態(tài)領(lǐng)域［1］，用以描述生態(tài)系統(tǒng)在受到干擾后維持或恢復(fù)原有功能的能力。自此，韌性的概念被廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域。21世紀(jì)初，倡導(dǎo)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展國際理事會（ICLEI）在聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展峰會上首次將Resilience的概念引入城市公共治理領(lǐng)域，提出了韌性城市（Resilience City）的概念［2-3］；2005年在日本兵庫縣舉行的聯(lián)合國世界減災(zāi)會議通過了《兵庫行動(dòng)框架》，明確提出了通過韌性城市應(yīng)對自然災(zāi)害的理念。此后，國際機(jī)構(gòu)、非政府組織和發(fā)達(dá)國家的城市政府相繼開展了針對自然災(zāi)害的城市規(guī)劃的實(shí)踐探索［4］。韌性城市是城市抗御干擾和被干擾后恢復(fù)原有功能并適應(yīng)新的條件的能力。目前，韌性城市已成為國際社會普遍認(rèn)可的城市新發(fā)展和建設(shè)理念，代表著未來城市新的發(fā)展方向。

城市和建筑抗震韌性的研究源于韌性城市的理念，因?yàn)榈卣?，特別是破壞性地震是威脅城市和建筑安全的主要自然災(zāi)害災(zāi)種之一，它具有分布廣、突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、損失嚴(yán)重的特點(diǎn)。因此，城市和建筑的抗震韌性是城市韌性理論的重要組成部分和韌性城市評價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)和重要研究內(nèi)容。建筑是城市的組成部分，研究城市抗震韌性必然涉及建筑或結(jié)構(gòu)的抗震韌性問題。因此，建筑抗震韌性研究伴隨著城市抗震韌性的研究而出現(xiàn)并成為城市抗震韌性研究的基礎(chǔ)，也是結(jié)構(gòu)抗震理論和方法發(fā)展的新趨勢。開展城市及建筑抗震韌性研究必將推動(dòng)城市防災(zāi)減災(zāi)理論和結(jié)構(gòu)抗震理論及方法的創(chuàng)新與發(fā)展，是國際防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域最新的前沿課題，提高城市和建筑的抗震韌性已成為國際工程界的共識。文中在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)和梳理當(dāng)前城市及建筑抗震韌性研究的新進(jìn)展，并對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討。

1 抗震韌性研究的理論基礎(chǔ)

地震是一種自然現(xiàn)象，破壞性地震對城市和建筑會產(chǎn)生巨大的破壞而形成地震災(zāi)害?？褂卣馂?zāi)害是人類社會永恒的話題。伴隨著破壞性地震對城市和建筑的大量毀壞，人們對震害機(jī)理認(rèn)識也在不斷的深化，大量震害經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐步形成了各種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理論和方法。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論起源于20世紀(jì)初期，經(jīng)歷了靜力理論階段、反應(yīng)譜理論階段、動(dòng)力理論階段、基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論階段，21世紀(jì)初進(jìn)入了基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理念階段?；陧g性的抗震設(shè)計(jì)理念源于韌性概念的應(yīng)用，它的理論基礎(chǔ)是霍林等提出的“適應(yīng)性循環(huán)理論（adaptive cycle theory）”。

自從生態(tài)學(xué)家霍林將韌性的概念引入到生態(tài)學(xué)研究以來［1］，韌性的概念被廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，用來表示一個(gè)國家、社會、城市、建筑或生物種群等抗干擾的能力。盡管韌性概念的內(nèi)涵和外延在不同的學(xué)科被不斷的豐富和擴(kuò)展，但其核心含義始終是指系統(tǒng)在不破壞基本組織、結(jié)構(gòu)、功能的前提下，對壓力、干擾或不確定性因素的抵抗、適應(yīng)、恢復(fù)和提高的能力，這種能力可使系統(tǒng)保持可持續(xù)發(fā)展。2001年霍林等在其著作《Resilience and Adaptive Cycles Panarchy：Understanding Transformations in Human and Natural Systems》中首次將生態(tài)系統(tǒng)里韌性的概念應(yīng)用于人類社會系統(tǒng)，并建立了“適應(yīng)性循環(huán)理論”，用以描述社會-生態(tài)系統(tǒng)中干擾和重組之間的相互作用及其韌性變化［5-7］。必須強(qiáng)調(diào)，適應(yīng)性循環(huán)理論，或稱為適應(yīng)性循環(huán)擾沌模型，是一切冠以韌性的研究領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。這一理論認(rèn)為系統(tǒng)在不斷干擾下處于不斷的動(dòng)態(tài)變化中，它不斷的重復(fù)著成長或開發(fā)（growth and exploitation）、守恒（conservation）、釋放或創(chuàng)造性破壞（collapse and release）以及重組（renewal and reorganization）4個(gè)階段的循環(huán)，這4個(gè)階段也被稱為利用階段（exploitation phase）、保存階段（conservation phase）、釋放階段（release phase）和重組階段（reorganization phase）［8-10］，而這4個(gè)階段不一定是連續(xù)或固定的，也不是一個(gè)單一循環(huán)，而是一個(gè)嵌套并相互作用的循環(huán)系統(tǒng)，包含著各種時(shí)空尺度和速度?；谶@一理論框架，韌性被看成是系統(tǒng)的魯棒性（robustness）或強(qiáng)健性和迅速性（rapidity）。系統(tǒng)的魯棒性取決于系統(tǒng)在吸收和應(yīng)對不確定性干擾時(shí)的強(qiáng)度。而迅速性則取決于系統(tǒng)重新達(dá)到新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)的組織韌性。例如，在一個(gè)地震易發(fā)區(qū)，韌性表現(xiàn)在震前的準(zhǔn)備和震后的迅速恢復(fù)以及在新的狀態(tài)下的可持續(xù)發(fā)展。城市或建筑以及基礎(chǔ)設(shè)施的抗震能力、場地的抗震能力、防震減災(zāi)規(guī)劃以及公眾的防震減災(zāi)知識等都是城市或建筑強(qiáng)健性的表現(xiàn)；地震發(fā)生時(shí)快速響應(yīng)，應(yīng)急救援以及恢復(fù)重建等都是城市或建筑迅速性的表現(xiàn)；恢復(fù)重建后的城市或建筑是一種新的狀態(tài)，未必需要恢復(fù)到與震前相同的狀態(tài)，而是在比原來更穩(wěn)定，抗震能力更強(qiáng)的新的狀態(tài)下，具有可持續(xù)發(fā)展的新的城市或可繼續(xù)使用的建筑。

無疑，適應(yīng)性循環(huán)理論是我們理解城市和建筑抗震韌性的理論基礎(chǔ)。如果把城市和建筑其視為一個(gè)系統(tǒng)，則在破壞性地震的沖擊和干擾下，城市和建筑的抗震韌性主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性或稱其為強(qiáng)健性和迅速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的能力。根據(jù)適應(yīng)性循環(huán)理論，城市和城市中的建筑自形成后將長期處于利用階段、保存階段、釋放階段和重組階段的適應(yīng)性循環(huán)過程中，城市和建筑的抗震韌性是其在這一循環(huán)過程中所表現(xiàn)出的與自身的穩(wěn)定性，抵抗干擾、快速恢復(fù)重組的行為特征。通常，城市規(guī)劃的越科學(xué)合理、城市中的建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的建造質(zhì)量越高、場地越穩(wěn)定、地震地質(zhì)災(zāi)害越少、抗震能力越強(qiáng)，則城市和建筑的抗干擾的能力越強(qiáng)，被干擾后恢復(fù)速度越快，在新的穩(wěn)定狀態(tài)下被利用的可能性越大并且恢復(fù)使用功能的造價(jià)也越低，對城市和建筑以及基礎(chǔ)設(shè)施的影響也越小，則城市和建筑的抗震韌性就越高；反之，其抗震韌性就越低。

2 城市抗震韌性研究的進(jìn)展

在人類社會發(fā)展的歷史長河中，城市飽受地震災(zāi)害的蹂躪，大量的城市在地震中被毀滅，并造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，抗震防災(zāi)是人類社會永恒的話題。城市和城市中建筑物抗震能力的評價(jià)是韌性城市研究的核心內(nèi)容，也是城市和建筑韌性評價(jià)的重要指標(biāo)。抗震韌性（earthquake resilience）可以理解為工程結(jié)構(gòu)、城市的基礎(chǔ)設(shè)施、城市乃至整個(gè)社會在遭受地震干擾時(shí)維持或迅速恢復(fù)其功能的能力。建設(shè)抗震韌性城市的目標(biāo)是使城市在罕遇地震時(shí)不會瞬時(shí)陷入混亂或受到永久性的損害。建造抗震韌性建筑就是保證建筑物在罕遇地震時(shí)不會瞬間毀壞，并能維持或迅速恢復(fù)使用功能?？拐痦g性的本質(zhì)是抵抗地震作用的能力和地震作用后恢復(fù)其使用功能的性質(zhì)。早在21世紀(jì)初，中國地震局工程力學(xué)研究所謝禮立及其所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開始了城市防震減災(zāi)能力問題的研究工作［11-13］，已經(jīng)蘊(yùn)涵了抗震韌性的概念，實(shí)質(zhì)上已開啟了中國城市抗震韌性研究的先河。Bruneau［14］等提出韌性社區(qū)（resilience community）的概念，并將抗震韌性定義為降低地震風(fēng)險(xiǎn)，減輕地震破壞和縮短震后恢復(fù)時(shí)間的能力。2010年前后，美國的舊金山、紐約等城市陸續(xù)提出了“抗震韌性城市”的建設(shè)目標(biāo)［15-16］。2017年，中國地震局將“韌性城鄉(xiāng)”研究列為“國家地震科技創(chuàng)新工程”［17］?？拐痦g性概念的提出，為破解城市防災(zāi)減災(zāi)難題提供了解決的思路，為韌性城市建設(shè)提供了有力的支撐，是韌性城市理論的重要組成部分，也是抗震設(shè)計(jì)理論發(fā)展的一個(gè)新階段。

21世紀(jì)初期，伴隨著韌性城市研究的深入開展出現(xiàn)了城市抗震韌性的概念，近年來，城市抗震韌性研究作為城市韌性研究的基礎(chǔ)備受關(guān)注，已成為國際地震工程領(lǐng)域和城市規(guī)劃領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。2009年美國舊金山規(guī)劃與城市研究協(xié)會（SPUR）率先提出了“抗震韌性城市的建設(shè)目標(biāo)”［15］，主要內(nèi)容包括：在遭遇中小地震時(shí)城市的基本功能不喪失，可以迅速恢復(fù)；在遭遇嚴(yán)重災(zāi)害時(shí)，城市應(yīng)急功能不中斷，不造成大規(guī)模的人員傷亡，所有人員均能及時(shí)完成避難，城市能夠在幾個(gè)月內(nèi)基本恢復(fù)正常運(yùn)行，城市可持續(xù)發(fā)展等。之后，美國紐約等城市也陸續(xù)提出了“抗震韌性城市的發(fā)展計(jì)劃”［16］；2011年美國國家研究委員會提出的實(shí)現(xiàn)“國家韌性”的目標(biāo)包含了提高城市抗震韌性的內(nèi)容［18］；日本在2014年開始推動(dòng)的“國土強(qiáng)韌化”計(jì)劃；2015年，在日本仙臺舉行的第三次聯(lián)合國減災(zāi)大會上把城市抗震韌性評價(jià)列為主要內(nèi)容［19］；2017年，在全國地震科技創(chuàng)新大會上，中國地震局將“韌性戰(zhàn)鄉(xiāng)”研究列為“國家地震科技創(chuàng)新工程”的“四大計(jì)劃”之一［20］，全面開啟了我國城市抗震韌性研究的大幕；2018年中國災(zāi)害防御學(xué)會成立了“城鄉(xiāng)韌性與防災(zāi)減災(zāi)專業(yè)委員會”，旨在開展城鄉(xiāng)抗震韌性的研究。近年來，國內(nèi)外有關(guān)抗震方面的學(xué)術(shù)會議大都設(shè)有城市抗震韌性研究方面的專題。城市抗震韌性研究的目的是用來指導(dǎo)城市的規(guī)劃和建設(shè)，讓城市更具有韌性，不斷的提升城市抗御地震災(zāi)害的能力，使其可持續(xù)發(fā)展。城市抗震韌性的定義、評估的指標(biāo)和評價(jià)的方法是城市抗震韌性研究的核心內(nèi)容。

關(guān)于城市抗震韌性的定義，目前學(xué)術(shù)界還沒有達(dá)成共識，只是在韌性、韌性城市和災(zāi)害韌性概念的基礎(chǔ)上加以理解和描述，帶有強(qiáng)烈的城市韌性和社區(qū)韌性的色彩。Bruneau［14］將社區(qū)抗震韌性定義為降低地震風(fēng)險(xiǎn)、減輕地震破壞和震后恢復(fù)時(shí)間的能力，并用魯棒性（Robustness）、冗余性（Redundancy）、策略性（Resourcefulness）和快速性（Rapidity）來闡述社區(qū)的抗震韌性。翟長海等［21］認(rèn)為，城市抗震韌性是指城市系統(tǒng)在受到地震影響時(shí)維特或迅速恢復(fù)其功能的能力，即一個(gè)城市在遭遇地震影響時(shí)，只要控制參數(shù)不超過一定的閾值，則依賴城市本身的功能即可使城市的系統(tǒng)特征及其運(yùn)行模式保持或快速恢復(fù)到地震前的狀態(tài)。其中，控制參數(shù)是指控制系統(tǒng)特性和運(yùn)行模式的各種參數(shù)；閾值是指使系統(tǒng)能夠保持韌性的最大控制參數(shù)。楊靜等［22］對城市抗震韌性的定義是城市抗震韌性是指采用多種措施來增強(qiáng)城市防震減災(zāi)能力，增強(qiáng)區(qū)塊、部門和維度間的聯(lián)接，在遇到突發(fā)地震事件時(shí)或地震后，城市功能和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展不間斷或快速恢復(fù)。郭迅等［23］認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)韌性城鄉(xiāng)的目標(biāo)，核心是使城鄉(xiāng)房屋建筑以及為交通、通訊和供電等系統(tǒng)服務(wù)的生命線工程具有很強(qiáng)的抗震能力，通俗地講，這一目標(biāo)可概括為“七級不壞，八級不倒”?？梢?，城市抗震韌性是城市抗御地震災(zāi)害的一種能力，這一點(diǎn)是學(xué)術(shù)界的共識，但對遭遇不同強(qiáng)度地震時(shí)城市的表現(xiàn)缺乏描述，對震后的社會適應(yīng)性和可持續(xù)發(fā)展缺乏論述。文中在充分考慮韌性和韌性城市的概念以及地震發(fā)生不確定性的基礎(chǔ)上，對上述關(guān)于城市抗震韌性的定義進(jìn)行補(bǔ)充和完善。文中認(rèn)為，城市抗震韌性是衡量城市抵抗、恢復(fù)和適應(yīng)地震干擾破壞的能力，具有抗震韌性的城市需要采取多種抗震措施使城市在遭受多遇地震和常遇地震時(shí)無影響；在遭遇罕遇地震時(shí)無人員傷亡；在遭受極罕遇地震時(shí)社會不混亂，能夠迅速恢復(fù)功能并在震后社會適應(yīng)、可持續(xù)發(fā)展。這一目標(biāo)可概括為“中小地震無影響，強(qiáng)大地震無傷亡，特大地震不混亂，震后恢復(fù)速度快，社會發(fā)展可持續(xù)”。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可使城市能夠承受住大地震的襲擊而不會使城市社會陷入混亂或受到永久性的損害，是城市實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。

城市抗震韌性的評估指標(biāo)體系和方法是當(dāng)前學(xué)術(shù)界正在積極探索的問題，也是城市抗震韌性研究的難點(diǎn)問題，這一問題的研究成果對指導(dǎo)建設(shè)抗震韌性城市具有重要的理論和實(shí)際意義。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)上看，有關(guān)城市韌性的評價(jià)指標(biāo)和方法研究比較多［24-41］、針對城市抗震韌性評價(jià)的指標(biāo)和方法少見。2009年舊金山灣區(qū)都市規(guī)劃研究協(xié)會（SPUR）提出了建設(shè)具有地震韌性的舊金山灣區(qū)的目標(biāo)［15］，其中設(shè)定了在“預(yù)期”地震下與韌性密切相關(guān)的抗震性能目標(biāo)并定義了實(shí)現(xiàn)抗震性能的目標(biāo)的若干指標(biāo)。目前，多數(shù)研究集中在與城市抗震韌性研究的基本問題上［21-22］，也出現(xiàn)了有關(guān)建筑抗震韌性的評價(jià)指標(biāo)和方法［42］。不可否認(rèn)，關(guān)于城市災(zāi)害韌性和城市防震減災(zāi)能力的評價(jià)指標(biāo)可以作為城市抗震韌性評價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)，但這與我們對城市抗震韌性的理解還有差距。因此，構(gòu)建城市抗震韌性評價(jià)指標(biāo)體系是學(xué)術(shù)界的重要研究課題，不能僅停留在概念和理論框架的討論。從城市抗震韌性評價(jià)的某一方面做起也是十分必要的，如建筑的抗震韌性評價(jià)等。關(guān)于抗震韌性的評估方法，也有學(xué)者做了理論框架上的討論。Bruneau等［14］提出了評估社區(qū)抗震韌性的理論模型，式（1）為該模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式，

式（1）中，R表示社區(qū)抗震韌性能力損失指標(biāo)；Q（t）是反映社區(qū)功能隨時(shí)間變化的功能函數(shù)；t0和t1分別為地震發(fā)生與社區(qū)修復(fù)完成的時(shí)刻。理論上，按照式（1）根據(jù)社區(qū)在遭受地震后的破壞情況和震后的恢復(fù)過程可以給出社區(qū)韌性的評估結(jié)果，R越大，表示社區(qū)的抗震韌性越高。由于Q（t）和t1的確定遇到麻煩，因此這一模型只能停留在理論上。郭小東等［43］考慮防災(zāi)減災(zāi)的投入，對該模型做了改進(jìn)；Walker等［44］也提出過類似的模型?？傊?，關(guān)于城市抗震韌性評估的指標(biāo)體系的研究不夠充分，特別是針對中國城市的抗震韌性評價(jià)指標(biāo)體系的研究幾乎是空白。

3 建筑抗震韌性研究的進(jìn)展

建筑是城市的重要組成部分，地震造成的災(zāi)害大多由建筑物的破壞引起，因此，建筑物或稱單體工程結(jié)構(gòu)的安全對城市安全至關(guān)重要，城市抗震韌性研究必然涉及建筑的抗震韌性問題。從建筑抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和演化過程來看，基于韌性的抗震設(shè)計(jì)思想源于性態(tài)抗震設(shè)計(jì)思想，基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)思想是根據(jù)建筑用途、重要性及設(shè)防水準(zhǔn)制定性能目標(biāo)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)在未來可能發(fā)生的地震中具有預(yù)期的性態(tài)和安全度，從而將地震災(zāi)害損失控制在預(yù)期范圍內(nèi)，但這一方法沒有關(guān)注震后結(jié)構(gòu)的修復(fù)以及功能的恢復(fù)。2011年日本的“3.11”地震和新西蘭基督城地震后，人們發(fā)現(xiàn)城市嚴(yán)重破壞后的重建時(shí)間長、恢復(fù)難度大、對社會影響嚴(yán)重。因此，抗震韌性問題開始受到關(guān)注；2012年FEMA提出了新一代建筑抗震性態(tài)評價(jià)方法FEMAP-58［45］，提出了韌性抗震的思想，奠定了城市建筑抗震韌性評定的理論基礎(chǔ)。與基于性態(tài)抗震設(shè)計(jì)思想不同，建筑抗震韌性設(shè)計(jì)思想需要在滿足性態(tài)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，考慮到震后結(jié)構(gòu)的修復(fù)及功能的恢復(fù)，不僅考慮地震時(shí)結(jié)構(gòu)的性態(tài)，更需要考慮結(jié)構(gòu)在震后的恢復(fù)性；2013年，Arup公司提出了REDi體系，建立了建筑韌性評級系統(tǒng)［46］；2015年，美國可恢復(fù)功能理事會（USRC）成立，旨在推動(dòng)工程建筑韌性評級的普及和實(shí)現(xiàn)韌性城市建設(shè)［47］；2020年，中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38591-2020《建筑抗震韌性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》開始實(shí)施［48］。這些工作都極大地推動(dòng)了建筑抗震韌性評價(jià)工作的發(fā)展。必須強(qiáng)調(diào)，城市結(jié)構(gòu)種類繁多，形式多樣，當(dāng)前的研究主要集中在建筑結(jié)構(gòu)的功能可恢復(fù)上［49-50］，對生命線工程系統(tǒng)和地下結(jié)構(gòu)抗震韌性研究還不夠充分［51-53］，諸多問題尚待深入研究。

建筑抗震韌性是指建筑在設(shè)定水準(zhǔn)地震作用后，維持與恢復(fù)原有建筑功能的能力［48］。維持是指建筑物能夠保持原有的功能；恢復(fù)是指建筑經(jīng)修復(fù)后其功能得以復(fù)原。建筑功能主要包括抗震安全功能，基本功能和綜合功能，建筑抗震安全功能是指建筑在設(shè)定水準(zhǔn)地震作用下，保障人員生命安全的性能；建筑基本功能是指滿足建筑使用要求、維特其正常運(yùn)行所必需的建筑性能；建筑的綜合功能是指建筑維持其基本功能，并保持外現(xiàn)和內(nèi)部裝飾、裝修完好的性能。建筑抗震韌性是用來衡量建筑抗御地震災(zāi)害能力的指標(biāo)，盡管基于韌性的抗震設(shè)計(jì)思想尚不成熟，還沒有納入抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，更沒有經(jīng)過地震的檢驗(yàn)，但建筑抗震韌性的評估標(biāo)準(zhǔn)和方法對促進(jìn)抗震韌性研究的發(fā)展、指導(dǎo)新建建筑和已有建筑的加固改造具有重要的意義。文中對目前有代表性的REDiTM評價(jià)體系和中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38591-2020作簡要介紹。

奧雅納工程顧問公司（ARUP）聯(lián)合有關(guān)部門在2013年共同開發(fā)了建筑抗震韌性評級框架體系（Resilience-based Earthquake Design Initiative for the Next Generation of Building，簡稱REDiTM）［46］，REDiTM利用地震后建筑物的修復(fù)時(shí)間、直接經(jīng)濟(jì)損失和人員安全性3個(gè)指標(biāo)，將建筑的抗震韌性劃分為白金級、金級和銀級3個(gè)等級，表1列出了3個(gè)等級的具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 建筑抗震韌性分級（REDi TM）Table 1 Seismic resilience grade of buildings（REDiTM）

從表1可以看出滿足白金級和金級目標(biāo)的建筑物，地震風(fēng)險(xiǎn)性將大幅度減少，可實(shí)現(xiàn)震后立即重新使用，快速恢復(fù)功能及低水平的真接經(jīng)濟(jì)損失；滿足銀級目標(biāo)的建筑物雖然不能立即重新使用，但損失大幅度減少，且功能恢復(fù)時(shí)間限制在6個(gè)月內(nèi)。在建筑抗震韌性評價(jià)的過程中，首先對建筑在設(shè)計(jì)水平地震作用下的損傷狀態(tài)進(jìn)行評結(jié)，在對結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行損傷狀態(tài)評估的同時(shí)，還考慮了組織韌性和環(huán)境韌性等因素。要達(dá)到一定的級別，在組織韌性和環(huán)境韌性方面也必須滿足一定的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。在REDiTM中還給出了提高組織韌性的方法和途徑，以縮短建筑功能恢復(fù)的時(shí)間；規(guī)定了提高環(huán)境韌性，降低地震誘發(fā)的次生災(zāi)害對建筑物不利影響的措施，特別是規(guī)定了如何在結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)考慮場地條件的影響及采取的措施，按照REDiTM規(guī)定的金級目標(biāo)，2017年在舊金山建造的181Fremout大廈被認(rèn)為是美國西海岸最具抗震韌性的高層建筑，其性能標(biāo)準(zhǔn)超出了美國加州建筑規(guī)范CBC 2010對新建高層建筑的抗震目標(biāo)要求［54］，但還沒有經(jīng)過強(qiáng)震的檢驗(yàn)。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38591-2020《建筑抗震韌性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》［48］是由清華大學(xué)潘鵬主持編寫的我國第一部抗震韌性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，2020年2月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)吸收了國際先進(jìn)的韌性評價(jià)方法，給出了適合中國國情的建筑抗震韌性評價(jià)方法，并采用星級制對建筑抗震韌性進(jìn)行評級。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了建筑抗震韌性評價(jià)的主要內(nèi)容，建筑損傷狀態(tài)的判定方法，建筑修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間和人員傷亡的計(jì)算方法。利用不同地震水準(zhǔn)下的建筑震后修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間和人員傷亡3個(gè)指標(biāo)將建筑抗震韌性等級劃分為1星、2星和3星3個(gè)級別并表示抗震韌性等級逐級提高。評價(jià)的方法是先計(jì)算修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間和人員傷亡指標(biāo)，并規(guī)定3個(gè)指標(biāo)應(yīng)采用由蒙特卡洛模擬計(jì)算得到具有84%保證率的擬合值，分別利用3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行不同地震水準(zhǔn)下的指標(biāo)等級的劃分，表2、表3和表4分別列出了建筑修復(fù)費(fèi)用指標(biāo)等級、建筑修復(fù)時(shí)間指標(biāo)等級和人員傷亡指標(biāo)等級，在此基礎(chǔ)給出建筑的抗震韌性等級。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建筑抗震韌性等級應(yīng)綜合考慮建筑的修復(fù)費(fèi)用、建筑的修復(fù)時(shí)間和人員傷亡3項(xiàng)指標(biāo)的等級進(jìn)行評價(jià)，取3項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的最低等級作為該建筑的抗震韌性等級。

表2 建筑修復(fù)費(fèi)用指標(biāo)等級Table 2 Indicator grade of building restoration cost

表3 建筑修復(fù)時(shí)間指標(biāo)的等級Table 3 Grade of building restoration time index

表4 人員傷亡指標(biāo)的等級Table 4 Grade of casualty index

該標(biāo)準(zhǔn)在我國建筑韌性評價(jià)規(guī)范化的道路上邁出了第一步，對推動(dòng)建筑抗震韌性科學(xué)研究和工程應(yīng)用有重要的意義。但該標(biāo)準(zhǔn)與REDiTM相比，沒有給出織韌性和環(huán)境韌性的規(guī)定和要求，特別是沒有考慮場地條件對建筑抗震韌性的影響，這方面還需要進(jìn)一步完善。另外，該標(biāo)準(zhǔn)有些計(jì)算方法也過于復(fù)雜，不利于推廣，應(yīng)給出一套軟件系統(tǒng)，以便工程應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)建筑抗震韌性是實(shí)現(xiàn)城市抗震韌的基礎(chǔ)，對提升建筑對地震風(fēng)險(xiǎn)的影響能力、適應(yīng)能力和恢復(fù)能力至關(guān)重要。建筑抗震韌性研究和發(fā)展面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國具有世界上無與倫比的宏大規(guī)模的工程建設(shè)，為抗震韌性研究和工程實(shí)踐提供了前所未有的機(jī)遇，抗震韌性研究是當(dāng)前國際地震工程界前沿課題，也為我們創(chuàng)造了優(yōu)良的學(xué)術(shù)氛圍；但是影響建筑抗震韌性的因素十分復(fù)雜以及地震發(fā)生的不確定性，建筑抗震韌性的理論研究和工程實(shí)踐也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

4 城市和建筑抗震韌性的研究展望

城市和建筑抗震韌性研究涉及諸多學(xué)科，是一個(gè)復(fù)雜的、難度較大的科學(xué)和工程命題。破壞性地震是城市和建筑面臨的主要自然災(zāi)害之一，抗御地震災(zāi)害歷來受到學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視。盡管基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理念代表著結(jié)構(gòu)抗震未來的發(fā)展方向，提高城市和建筑的抗震韌性能力是國際工程界的共識，也是當(dāng)前國際防震減災(zāi)領(lǐng)域的最新前沿課題，但由于起步較晚、困難較大，若干問題需要深入的研究和探索。

（1）在基礎(chǔ)理論研究方面，需要正確的理解和深入的探索韌性、城市韌性、抗震韌性、城市抗震韌性和建筑抗震韌性的概念，全面準(zhǔn)確的厘定和給出這些概念定義和內(nèi)涵，正確的描述和刻畫城市和建筑的抗震韌性行為和表現(xiàn)，深入研究和探索基于韌性抗震設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)方法的基本框架，建立完善的基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理論體系和應(yīng)用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)方法。在深入研究和探索的基礎(chǔ)上，力爭在這些基本問題上初步達(dá)成共識，為基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理論的設(shè)計(jì)方法的工程應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

（2）在推進(jìn)抗震韌性工程應(yīng)用方面，需要研究的工作主要有6個(gè)方面：1）需要認(rèn)真總結(jié)結(jié)構(gòu)的震害經(jīng)驗(yàn)，梳理和歸納出建筑不具有韌性的原因，從中得出應(yīng)該如何使建筑具有韌性。郭迅等［23］根據(jù)汶川特大地震結(jié)構(gòu)破壞的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，建筑物和各類基礎(chǔ)設(shè)施遭到地震破壞的原因除地質(zhì)災(zāi)害外，主要是建筑物的抗震防設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)過低或設(shè)計(jì)不合理，使其抗震能力不強(qiáng)，將其概括為建筑結(jié)構(gòu)上的“散、脆、偏、單”，這是設(shè)計(jì)上的“人為失當(dāng)”。總結(jié)震害經(jīng)驗(yàn)是結(jié)構(gòu)提高抗震設(shè)計(jì)水平和抗震能力的根本途徑；2）要加強(qiáng)基于韌性的建筑抗震設(shè)防目標(biāo)和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的研究，確定城市和建筑抗震韌性的閾值和安全空間，這是開展建筑抗震韌性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。城市和建筑抗震設(shè)防的核心內(nèi)容之一是制定合理的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)并在建設(shè)實(shí)踐中實(shí)施，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的制定主要包括設(shè)防原則、設(shè)防目標(biāo)、設(shè)防環(huán)境、設(shè)防參數(shù)、設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)防等級的制訂等，針對基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理論的設(shè)計(jì)方法制定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)城市和建筑抗震韌性目標(biāo)的關(guān)鍵；3）大力開展功能可恢復(fù)的建筑材料和結(jié)構(gòu)新體系的研究，為提高建筑的抗震韌性提供了技術(shù)支撐。從韌性抗震設(shè)計(jì)的含義可以看出，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的功能恢復(fù)是基于韌性抗震設(shè)計(jì)最顯著的特點(diǎn)，功能可恢復(fù)材料和結(jié)構(gòu)新體系的研究是基于韌性抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)韌性抗震設(shè)計(jì)保障；4）開展城市和建筑場地抗震韌性的研究，場地是城市的用地環(huán)境，是建筑的依托體，建筑的抗震韌性離不開對場地韌性的評價(jià)。從目前已有的資料看，世界各國的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范無一不對場地的抗震設(shè)計(jì)做出規(guī)定，目前，場地抗震韌性的研究在國內(nèi)外還是空白，開展場地抗震韌性的研究是基于韌性抗震設(shè)計(jì)不可回避的問題；5）針對我國地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)開展城市和建筑抗震韌性的示范研究，選擇若干城市和不同的建筑按照基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理論的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，為抗震韌性設(shè)計(jì)提供工程經(jīng)驗(yàn)；6）加快制定有關(guān)城市和建筑抗震韌性設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為抗震韌性設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

（3）在已有城市和建筑的抗震韌性評價(jià)方面，需要認(rèn)清城市和建筑面臨的地震風(fēng)險(xiǎn)、場地條件建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)有的狀況，科學(xué)地確定評價(jià)的指標(biāo)、建立合理的評價(jià)方法和評估模型。在建立抗震韌性評價(jià)指標(biāo)時(shí)，要充分考慮影響城市和建筑抗震韌性的各種因素，既要考慮城市的規(guī)劃布局、單體結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、場地條件和地震動(dòng)強(qiáng)度工程因素，又要考慮城市的地震預(yù)測預(yù)報(bào)和預(yù)警能力、城市地震應(yīng)急能力和應(yīng)急預(yù)案的完備性、城市的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、公眾的地震科普知識水平等的非工程因素。同時(shí)，還要考慮各個(gè)因素之間的耦合關(guān)系，科學(xué)地評價(jià)城市和建筑的抗震韌性。通過已有城市和建筑的抗震韌性評價(jià)，給出提升城市和建筑抗震韌性的措施，推動(dòng)城市防震減災(zāi)能力和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ奶嵘?/p>

（4）在關(guān)鍵科學(xué)問題研究方面，城市和建筑抗震韌性的科學(xué)定義及其理論體系、基于抗震韌性的城市和建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、城市地震動(dòng)的估計(jì)以及地震動(dòng)場的時(shí)空分布與場地條件的關(guān)系、復(fù)雜地震環(huán)境下城市建筑及重大基礎(chǔ)設(shè)施破壞機(jī)理、城市工程系統(tǒng)間依存機(jī)理及抗震韌性耦聯(lián)機(jī)制、城市和建筑抗震韌性評價(jià)體系和評價(jià)模型、城市工程系統(tǒng)震后的功能恢復(fù)和抗震韌性提升及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、功能可恢復(fù)材料和結(jié)構(gòu)新體系的研究等是當(dāng)前城市和建筑抗震韌性研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。

5 結(jié)語

基于韌性的抗震設(shè)計(jì)理念代表著當(dāng)前結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域的前沿方向，城市和建筑抗震韌性研究作為城市韌性研究的基礎(chǔ)和減輕城市地震災(zāi)害的重要措施備受關(guān)注，已成為國際地震工程領(lǐng)域和城市規(guī)劃領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程發(fā)展迅速，地震安全問題嚴(yán)重威脅我國“新型城鎮(zhèn)化”戰(zhàn)略的實(shí)施，已成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的突出問題，提高城市、建筑、基礎(chǔ)設(shè)施乃至整個(gè)社會系統(tǒng)的抗震韌性是推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展和安全穩(wěn)定的重要途徑，這已成為國內(nèi)外結(jié)構(gòu)抗震、防震減災(zāi)以及城市規(guī)劃等領(lǐng)域的共識。由于城市系統(tǒng)的復(fù)雜性和地震發(fā)生的不確定性，這一領(lǐng)域的若干科學(xué)問題還尚不明晰，亟待深入的研究和探索。但必須看到，城市和建筑地震安全的需求為這一領(lǐng)域的研究提供了廣闊的空間和巨大的動(dòng)力，城市和建筑抗震韌性研究必將極大地推動(dòng)結(jié)構(gòu)抗震和城市防災(zāi)減災(zāi)工作的創(chuàng)新和發(fā)展。