城市抗震防灾规划相关评价方法与管控策略研究

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近些年来,地震灾害的频发导致大量的人员伤亡和经济损失,使得城市安全问题逐渐引起人们的重视,而城市抗震防灾规划作为保障城市安全的重要支柱,对城市的可持续发展和居民的生命安全具有重要意义,然而,城市抗震防灾系统是一个包括致灾因子、承灾体、孕灾环境和灾情的复杂开放巨系统,具有高度非线性和复杂性等特征,系统中由于灾情的动态演化导致的次生灾害形成机理也日趋复杂,且由于地震灾害引发的次生灾害的危害性亦愈来愈严重,针对这一复杂系统的相关评价技术研究,本文在总结和分析国内外多属性决策理论、模糊识别技术和机器学习方法等基础上,基于城市抗震防灾风险评价研究、城市地震次生灾害相关评价研究与城市抗震防灾管控方案优选与管控策略研究等三个研究主题,从城市抗震防灾系统的防灾空间、用地功能、承灾体和次生灾害方面出发,提炼与地震灾害密切相关的风险评价指标和管控因素,并针对次生灾害方面的建筑物震陷、震后崩塌和次生火灾等灾害,围绕其产生特征及危害程度、相关评价预测模型与管控策略进行了探讨,主要研究内容与成果如下:  (1)梳理了城市抗震防灾规划目前存在的几个关键问题,针对第一个研究主题:城市抗震防灾风险评价研究。提炼了与地震灾害风险密切相关的指标体系,并运用模糊数学相关理论对城市抗震防灾规划风险进行识别研究,且在此基础上,对城市抗震防灾风险管控方案优选进行相关决策研究。  (2)在“竞争视野优化”和“模糊语言量化”的基础上,提出了一种基于自主模糊多属性决策理论的抗震防灾风险评价模型,并对该模型进行相关界定和理论推导。结合改进的粒子群算法WPSO算法来对风险评价指标的平均权重值进行求解,且与熵权-Topsis评价模型进行对比分析,最后对中心城区的高风险片区防灾管控策略进行了有益探讨。  (3)针对地震次生火灾、震后崩塌和建筑物震陷等形成特征进行了探讨,阐述了饱和砂土地震液化是建筑物产生震陷量的主要原因,且针对第二个研究主题:城市抗震防灾次生灾害相关评价研究。围绕影响建筑物震陷形成因素和特点,建立了基于高斯回归过程的建筑物震陷预测模型,并对模型的建模过程进行了推导、求解。通过对唐山、天津和海城地震61个实际建筑物震陷样本的训练和学习,并与PLS模型、MLR模型和LSSVM模型三种预测模型进行对比分析,最后从宏观和微观两个层面入手探讨了其相关管控策略。  (4)针对城市抗震防灾规划里的震后崩塌破坏特征进行了研究,阐述了震后崩塌形成的内在和外在因素及与滚石相对高差和运动距离的关系,针对第二个研究主题:城市抗震防灾次生灾害相关评价研究。基于证据理论和模糊集理论,提出了一种基于模糊证据理论的震后崩塌危险性综合评价模型,该模型通过模糊概率描述专家意见、以此来确定概率分布函数,结合证据理论D-S合成规则,从而得到震后崩塌危险性的信任度函数,根据置信度最大原则判定崩塌点危险等级,与未确知测度理论进行对比分析,并提出在规划的不同阶段,采用“引导性+分区管控”的防治思路进行管控研究。  (5)探讨了次生火灾的危害性与产生的四个阶段,针对第二个研究主题:城市抗震防灾次生灾害相关评价研究。考虑其自身形成特征,构建了城市地震次生火灾风险评价体系,在蒙特卡洛方法的基础上,结合三角模糊数和随机模拟技术,提出基于,S-TFN耦合的地震次生火灾风险评价模型。通过模型仿真分析,在20000次时耦合模型达到收敛,得出地震次生火灾系统综合风险模拟值的置信水平95%下的置信区间范围,并结合次生火灾风险指标权重值比例分配情况,有重点性的从用地使用和环境容量视角进行相关管控研究。  (6)针对第三个研究主题:城市抗震防灾风险管控方案优选与管控策略研究。本文针多属性决策中属性权重未知的问题,提出利用属性优势关系来求解指标权重度量值,并基于概率优势关系对决策对象进行择优排序,且与离差最大化算法的多属性决策理论进行对比验证分析,并给出基于概率优势关系的多属性决策理论的理论推导及求证过程。最后从城市层面采取分层管控思路,综合管控地震灾害风险的相关手段和措施。
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