在高263.6米的襄陽大廈腳下仰望，你會感嘆，現(xiàn)代建筑技術(shù)能讓人站得更高。參加“防震減災(zāi)高質(zhì)量發(fā)展進行時”湖北行主題采訪，記者走進了這座位于武漢市武昌區(qū)的龐然大物，通過湖北省地震局有關(guān)專家的講解介紹，了解到防震減災(zāi)新技術(shù)如何讓建筑，特別是這種超高層建筑“站得更穩(wěn)”。

電梯的“消防模式”很多人知道，但電梯的“地震模式”，可能就不是那么家喻戶曉了。同樣是在這次采訪中，記者在湖北省地震局辦公樓安裝了“地震開關(guān)”的電梯中，見證了在“破壞性地震”作用下，電梯如何實現(xiàn)自動緊急處置，極大地降低人員被困風(fēng)險。與電梯“地震開關(guān)”作用類似的還有燃氣“地震開關(guān)”——靠自動切斷燃氣確保震時安全。

隨著我國城市化進程的快速推進，大城市防災(zāi)減災(zāi)需求旺盛，對進一步深化科技服務(wù)提出了新的更高要求。湖北省地震局利用專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢服務(wù)、保障防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作，努力開創(chuàng)“防震減災(zāi)+”服務(wù)新局面，以科技賦能城市地震災(zāi)害風(fēng)險感知。

傳感器實時監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)“健康”狀況

●建筑結(jié)構(gòu)地震安全監(jiān)測系統(tǒng)也被稱為輕量化結(jié)構(gòu)臺陣技術(shù)系統(tǒng)，是城市地震災(zāi)害風(fēng)險感知和評估的重要手段。

●如今，在武漢市百余棟超高層建筑中已設(shè)置了建筑結(jié)構(gòu)地震安全監(jiān)測系統(tǒng)，形成了全國最大規(guī)模的超高層建筑強震動監(jiān)測臺陣。

4月3日清晨，我國臺灣地區(qū)花蓮近海發(fā)生7.3級地震。遠在1000公里之外的襄陽大廈的結(jié)構(gòu)臺陣記錄到了這次地震事件。本次地震中，襄陽大廈的晃動幅度只是同類建筑在地震時保持正常使用功能的樓面加速度最高值的零頭。專家形容，這次千公里之外強震的影響，對于襄陽大廈就像一陣風(fēng)吹過一樣。

襄陽大廈是一座由地上58層的超高層塔樓和地上5層裙房組成的超高層綜合體，采用框架—核心筒結(jié)構(gòu)。大廈同時處在長江、沙湖之畔，是江城特色地貌、氣候中的公共建筑。據(jù)武漢地震科學(xué)儀器研究院技術(shù)專家介紹，2023年，由不同數(shù)量的多類型監(jiān)測傳感器組成的監(jiān)測臺陣在該大廈正式運行。

該系統(tǒng)實現(xiàn)了對大樓結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集、分析、預(yù)（報）警信息快速推送和震害報警處置。該專家形象地說，狂風(fēng)來了，超高層建筑的搖擺幅度在監(jiān)測中清晰可見，系統(tǒng)給出樓層舒適度分析評估結(jié)果；破壞性地震發(fā)生，系統(tǒng)通過獲取國家地震預(yù)警信息結(jié)合本地實測值自動產(chǎn)出預(yù)（報）警信息，數(shù)字孿生可視化子系統(tǒng)可接入大樓信息化大屏，展示結(jié)構(gòu)實時動態(tài)響應(yīng)，讓業(yè)主真實感受到科技帶來的服務(wù)，有了防災(zāi)減災(zāi)的底氣。

除了遠方大震，對周邊有感地震，這個系統(tǒng)也能在毫秒時間單位捕捉到，每一個地震波發(fā)出的細微變化都逃不過系統(tǒng)的監(jiān)測。

據(jù)專家介紹，建筑結(jié)構(gòu)地震安全監(jiān)測系統(tǒng)也被稱為輕量化結(jié)構(gòu)臺陣技術(shù)系統(tǒng)，是城市地震災(zāi)害風(fēng)險感知和評估的重要手段。系統(tǒng)通過安裝在建筑、橋梁、水庫大壩等結(jié)構(gòu)上的傳感器，實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的振動信息，將振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜亟K端和中央服務(wù)器，通過本地終端（也稱邊緣計算服務(wù)器）和中央服務(wù)器上的軟件實時分析建筑結(jié)構(gòu)的“健康”狀態(tài)，產(chǎn)出實時評估報告，并發(fā)送相關(guān)信息。當(dāng)結(jié)構(gòu)“健康”狀態(tài)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)向業(yè)主或管理部門發(fā)送報警或預(yù)警信息。

這套“神乎奇跡”的系統(tǒng)，在記者看來是一個個分布在襄陽大廈各個角落的“小盒子”。而在帶著記者找這些“小盒子”的襄陽大廈物業(yè)經(jīng)理楊振宇看來，這套系統(tǒng)就是業(yè)主方的“定心丸”。

2023年，中國地震局開始在全國開展城市地震災(zāi)害風(fēng)險感知和評估試點工作。2024年，中國地震局進一步在河北、江蘇、福建、湖北、陜西、青海等省份組織開展示范應(yīng)用，旨在通過項目試點更好地推動城市地震災(zāi)害風(fēng)險感知和評估工作。

該專家說，建筑結(jié)構(gòu)地震安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要特點有低成本、強產(chǎn)出、深服務(wù)、重感知。

如今，在武漢市百余棟超高層建筑中已設(shè)置了類似的監(jiān)測系統(tǒng)，形成了全國最大規(guī)模的超高層建筑強震動監(jiān)測臺陣。通過部署在本地的邊緣計算系統(tǒng)，可實時進行數(shù)據(jù)分析，若地震發(fā)生，可立即響應(yīng)。根據(jù)大樓結(jié)構(gòu)不同、傳感器分布點位不同，結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的算法也不同，為滿足更多不同類型的需求，這套系統(tǒng)還具備個性化、自動化產(chǎn)出服務(wù)。

“智慧大腦”最大限度降低災(zāi)害損失

●電梯“地震開關(guān)”融合國家地震預(yù)警信息，能夠?qū)崿F(xiàn)提前緊急處置，為震后人員逃生爭取到更多寶貴的時間。

●電梯“地震開關(guān)”不僅可以實現(xiàn)破壞性地震作用下電梯的自動緊急處置，減輕地震次生危害，而且能為大城市“防災(zāi)減災(zāi)+”應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

在武漢市中科新苑小區(qū)一座居民樓的四層，武漢地震科學(xué)儀器研究院副院長、正高級工程師楊江向記者演示，如何在地震來襲時，通過燃氣“地震開關(guān)”切斷供氣?！叭細狻卣痖_關(guān)’是電梯‘地震開關(guān)’在家用燃氣領(lǐng)域的拓展應(yīng)用，能夠在遠程地震預(yù)警、本地地震報警及燃氣泄漏等緊急狀況發(fā)生時，自動執(zhí)行燃氣管道閥門關(guān)閉動作，能夠有效地將潛在威脅控制在一定范圍內(nèi)，防止其擴大，從而保障住戶安全。”楊江說。

電梯的顯示屏上出現(xiàn)“破壞地震，緊急避險”字樣，伴隨著尖銳的報警聲響起，電梯通過自動控制穩(wěn)穩(wěn)地停在距離最近的樓層，同時打開轎廂門并鎖定，方便梯內(nèi)人員逃生。在觀摩了燃氣“地震開關(guān)”之后，記者作為“梯內(nèi)人員”，在湖北省地震局辦公樓體驗了電梯“地震開關(guān)”的作用。

隨著城市化進程的不斷推進，到2023年，全國電梯保有量已突破千萬臺。我國是一個地震多發(fā)的國家，破壞性地震極易引起建筑結(jié)構(gòu)損壞進而導(dǎo)致電梯困人事件。

我國已建設(shè)完成全球最大規(guī)模的地震預(yù)警網(wǎng)。湖北省地震局基于地震需求側(cè)應(yīng)用，主持研發(fā)的系列應(yīng)用終端產(chǎn)品之一就是電梯“地震開關(guān)”，也叫電梯的“智慧大腦”。楊江介紹，相較于傳統(tǒng)的利用本地振動報警的電梯緊急處置裝置，電梯“地震開關(guān)”融合國家地震預(yù)警信息，能夠?qū)崿F(xiàn)提前緊急處置，為震后人員逃生爭取到更多寶貴的時間。

說到具體操作與原理，電梯“地震開關(guān)”一般安裝在電梯頂層控制機房內(nèi)，控制信號連接至電梯程控系統(tǒng)。當(dāng)電梯“地震開關(guān)”接收到地震預(yù)警信息后，自動計算地震波到達本地的預(yù)計時間和預(yù)測地震烈度。當(dāng)預(yù)測地震烈度會對電梯造成破壞性影響時，根據(jù)預(yù)警時間長短首先控制電梯啟動“消防模式”，即讓電梯向一層行進。如果預(yù)警時間足夠，則電梯停到一層，打開轎廂門并鎖定。在往一層行進過程中，如果地震波即將到達本地，“地震開關(guān)”則控制電梯啟動“地震模式”，讓電梯在最近層?？俊τ诮?，沒有足夠預(yù)警時間時，則利用本地振動監(jiān)測能力，控制電梯在最近層?？?。

“電梯‘地震開關(guān)’不僅可以實現(xiàn)破壞性地震作用下電梯的自動緊急處置，減輕地震次生危害，而且能為大城市‘防災(zāi)減災(zāi)+’應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，彌補地震監(jiān)測臺網(wǎng)在城市內(nèi)監(jiān)測密度的不足，用于震后結(jié)構(gòu)快速災(zāi)害評估，為應(yīng)急救援提供決策依據(jù)?！睏罱f。

多芯光纖實時采集數(shù)據(jù)盯緊“生命線”

●多芯光纖多參量一體化數(shù)據(jù)采集設(shè)備包含五大數(shù)據(jù)采集分析模塊，可監(jiān)測分析點式應(yīng)變、周圍溫度、分布式應(yīng)變、振動位置和振動頻率等物理參量，從而為防災(zāi)減災(zāi)工作提供數(shù)據(jù)支撐。

●地鐵隧道、綜合管廊、礦山巷道等地下空間結(jié)構(gòu)易發(fā)生地下水滲漏、塌方、外界開挖等事故事件，通過分布式溫度、應(yīng)變和振動等光纖傳感技術(shù)，可以有效掌握地下“生命線”工程的安全運行狀態(tài)。

“針對建筑結(jié)構(gòu)，特別是大跨度、超高、異形、文物等建筑結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對應(yīng)變變形、危險化學(xué)品泄漏、構(gòu)件開裂、外界入侵、火災(zāi)等多種事件的監(jiān)測；可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)應(yīng)變、環(huán)境溫度、整體傾斜、沉降和振動等多個參量的監(jiān)測，通過這么多參量聯(lián)合評估結(jié)構(gòu)安全，可靠性大大提升?！碧崞鹄枚嘈竟饫w多參量一體化數(shù)據(jù)開展防災(zāi)減災(zāi)工作，武漢地震工程研究院董事、正高級工程師李恒如數(shù)家珍。這種多芯光纖多參量一體化數(shù)據(jù)采集設(shè)備包含五大數(shù)據(jù)采集分析模塊，可監(jiān)測分析點式應(yīng)變、周圍溫度、分布式應(yīng)變、振動位置和振動頻率等物理參量，從而為防災(zāi)減災(zāi)工作提供數(shù)據(jù)支撐。

在“生命線”工程監(jiān)測方面，多芯光纖大有用武之地。地鐵隧道、綜合管廊、礦山巷道等地下空間結(jié)構(gòu)易發(fā)生地下水滲漏、塌方、外界開挖等事故事件，通過分布式溫度、應(yīng)變和振動等光纖傳感技術(shù)，可以有效掌握地下“生命線”工程的安全運行狀態(tài)。

這種設(shè)備還可以監(jiān)測滑坡、落石、塌陷、巖層錯動等多種地質(zhì)災(zāi)害，特別是可利用分布式測振光纖實現(xiàn)落石定位、滑坡定位等功能，為及時精準(zhǔn)預(yù)警、加固和救援提供有效數(shù)據(jù)。?