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国家地震灾害减灾计划(NEHRP)综述

引言

史密斯主席、约翰逊排名成员和委员会成员,我的名字是史蒂文·麦卡贝博士,我是国家减少地震灾害计划(NEHRP或计划)的主任,该计划位于商务部国家标准与技术研究所(NIST)的工程实验室内。NIST领导四机构NEHRP合作伙伴关系,其中包括联邦应急管理局(FEMA)、国家科学基金会(NSF)和美国地质调查局(USGS)。感谢您今天有机会出席会议,讨论NIST和NEHRP在减少美国社区面临的地震风险方面取得可衡量进展的作用。

地震问题确实是全国性的。42个州和一些地区面临着严重的地震风险。近几十年来,美国经历了一段主要地震活动相对平静的时期。我们还没有经历过1964年阿拉斯加地震、1971年圣费尔南多地震(NEHRP创建的一个激励因素)、1989年洛马-普列塔地震或1994年北岭地震造成的破坏。最近,美国在堪萨斯州南部和俄克拉荷马州等通常与地震无关的地区的地震活动显著增加,2011年弗吉尼亚州矿产地震为美国东部地区敲响了警钟。1全国没有地震风险为零的地区。此外,自上次美国大地震发生以来,美国继续将更多人口集中在城市地区,使更高比例的人口和建筑受到单一大地震或海啸的破坏。

通过改进建筑规范等措施,减灾工作可以在拯救生命方面产生重大影响,这是美国建筑规范和标准中与地震相关的规定的主要目标。2010年海地和智利(Maule)地震表明了现代建筑规范和良好建筑实践的必要性和有效性。在海地,建筑规范顶多是最低的,7.0级地震造成的死亡人数估计超过22万人。相比之下,智利有更多基于美国建筑规范和标准的现代建筑规范,莫勒8.8级地震导致大约500人死亡。2NEHRP的创建是为了解决地震不可避免且将在没有预警的情况下发生的现实,但国家可以做很多事情来减少其后果。

NEHRP组织和背景

国会通过1977年《减少地震灾害法》(公法95-124)创建了NEHRP,该计划最后一次根据2004年《国家减少地震灾害计划再授权法案》(公法律108-360)重新授权。《NEHRP再授权法案》指定NIST为NEHRP牵头机构,主要负责规划和协调项目。在新的重新授权立法通过之前,NEHRP机构继续在机构既定预算拨款范围内履行第108–360号公法规定的职责。

2004年《再授权法案》还设立了减少地震灾害咨询委员会和NEHRP机构间协调委员会,为该项目提供了重要投入。

减少地震灾害咨询委员会(ACEHR)是一个评估项目有效性的联邦咨询委员会。ACEHR由来自美国各地的15名顶尖地震专业人员组成,就地震危险评估和风险缓解问题向NEHRP机构提供建议。

机构间协调委员会(ICC)由四个NEHRP机构的负责人以及管理和预算办公室主任和科学技术政策办公室主任组成。国际商会的一项主要行动是批准NEHRP战略计划。

NEHRP战略计划

2004年《国家地震减灾计划再授权法案》要求的战略计划提出了NEHRP对我们国家的愿景:一个在公共安全、经济实力和国家安全方面抗震的国家

这一愿景认识到,在未来地震中不仅要改善公共安全,而且还要加强国家经济实力和安全,并强调了在未来破坏性地震后提高国家恢复力的必要性。

战略计划设定了三个涉及机构间协同作用的总体计划目标:(A)提高对地震过程和影响的理解(基础研究);(B) 制定具有成本效益的措施,以减少地震对个人、建筑环境和社会的影响(应用研究和开发);(C)提高全国社区的抗震能力。

该计划还概述了战略优先事项对于该计划:

  1. 全面实施先进国家地震系统(ANSS);
  2. 改进评估和修复现有建筑物的技术;
  3. 进一步发展基于性能的抗震设计(PBSD);
  4. 增加对与减灾实施相关的社会经济问题的考虑;
  5. 开发国家震后信息管理系统;
  6. 开发先进的地震风险缓解技术和实践;
  7. 制定抗震救生索组件和系统指南;
  8. 制定和实施地震情景,以有效降低地震风险,制定应对和恢复规划;和,
  9. 在州和地方层面促进改善地震缓解。

我很高兴地报告,在该计划的目标和战略优先领域取得了重大进展,特别是国家地震仪器的改进、建筑规范的改进和PBSD的应用,以及州和地方各级为实施缓解措施而继续开展的工作。然而,仍有许多工作要做,特别是在现有建筑存量、减轻生命线(如供电、供水、废水和通信服务)的风险以及提高社区对地震事件的恢复能力方面。

为了继续展望未来,正在进行的场景工作有助于指导该计划的未来方向。2018年4月18日,即1906年旧金山地震周年纪念日,美国地质调查局刚刚发布了一个情景模拟,即HayWired情景模拟。HayWired Scenario描述了一个基于旧金山湾区Hayward断层系统7.0级地震的现实场景,估计对基础设施、社区和个人的影响是显著的。这些美国地质勘探局情景继续为NEHRP提供了一种评估当前和未来采办项目活动的方法,以满足这些情景确定的问题。

NEHRP机构

NEHRP机构致力于进行必要的研究,并将研究结果转化为减轻对国家影响的行动。NEHRP机构合作,每个机构在该计划中发挥其独特的作用。NEHRP发挥着固有的政府作用,包括:制定国家危险模型和地图;地震工程、地质、地震学和社会科学方面的灾害调查;参与制定示范建筑规范和相关标准;以及基础研究的资助。

该计划超越了四个NEHRP机构,包括其他联邦机构、州和地方政府、非政府专业组织、模型建筑规范和标准组织,以及私营部门和学术界的地震专业人员。没有这个由专门地震专业人员组成的大社区,NEHRP机构几乎无法履行其法定职责。

美国地质勘探局

美国地质调查局(USGS)是NEHRP的应用地球科学组成部分,今天也在这里作证。美国地质勘探局提供了地震规模、位置和影响的快速表征;开发地震灾害评估地图和相关绘图产品;建立公众对地震灾害的认识;并支持有针对性的研究,以提高监测和评估能力。

国家科学基金会

NSF是NEHRP的主要基础研究部门,支持研究地球科学、岩土工程和结构工程、生命线工程和社会科学,并支持全国未来几代地震从业者的教育。

联邦应急管理局

FEMA在与从业者团体、美国土木工程师学会和国际规范理事会合作,支持制定模型建筑规范和标准条款方面发挥了NEHRP的领导作用,这些规范和标准是美国大多数州和地方建筑规范的基础。

NIST标准

NIST在NEHRP中扮演着双重角色。NIST领导该项目,其职责包括主持国际商会和建立ACEHR;起草和更新NEHRP战略和管理计划;向大会提交关于NEHRP活动的年度报告;促进机构间协调与合作。

NIST还开展应用研究,开发和部署与地震工程相关的测量科学进展,包括基于性能的工具、指南和标准,用于设计建筑以抵抗地震影响和提高建筑安全性,并增强建筑、基础设施的抗灾能力,和社区。NIST在支持PBSD概念的进一步发展方面投入了大量精力,对PBSD和传统建筑规范设计方法的设计结果进行了开创性的比较。4NIST的研究还(1)提供了数据,以支持结构工程师通过在地震荷载下测试结构元件而使用的改进规范和标准;(2) 为现有建筑开发改进的建模和评估技术;以及(3)评估了新材料在提高抗震性能方面的影响。5 NIST还正在研究加固联邦建筑以提高抗震性能的历史成本,以深入了解未来缓解方案的相关成本。6

NEHRP机构合作

NIST正积极与FEMA合作,以解决非延性混凝土建筑性能问题,例如洛杉矶地区针对20世纪80年代之前设计的旧建筑的问题,当时建筑规范没有提供现行规范的性能水平。过去30年的研究,其中大部分由NEHRP机构资助,为工程师提供了钢筋混凝土建筑设计方面的信息,以承受比这些旧规范中的基础更高水平的震动。NIST目前的工作是开发新的建模方法,以更准确地预测这些旧混凝土结构的能力。使用联邦应急管理局开发的分类工具,可以识别这些较旧的建筑物,以进行额外的研究。值得注意的是,国家科学基金会资助了这一问题的初步工作,引起了公众和地方政府的高度关注。

另一类被发现在强震中表现不佳的建筑是软质一层木质建筑,定义为在一层有开口的多层建筑,通常用于停车。开口降低了第一层的横向承载力,这可能会在强烈震动期间导致坍塌,1994年北岭地震就是一例。联邦应急管理局(FEMA)发布了一系列关于这些建筑改造方法的研究,供工程师使用。此外,国家科学基金会资助了对这些类型结构性能的研究,包括全尺寸振动台测试。其结果是,2013年,旧金山颁布了强制性软层改造计划,部分基于NEHRP赞助的工作,以及1989年洛马-普里塔地震期间观察到的影响,当时发现了许多此类建筑故障。

2015年,洛杉矶市颁布了第183893号法令,该法令是对这两类建筑的强制性改造计划,即第一层软木架建筑和非韧性混凝土建筑。从美国地质勘探局借调来的地震学家露西·琼斯博士与洛杉矶市合作,是这一过程中的关键声音。因此,这项重要法令的颁布是所有四个NEHRP机构解决这一问题的直接结果。7

NEHRP机构继续与其他联邦机构合作,提高联邦社区的地震风险意识和恢复能力。例如,NIST NEHRP与联邦机构就其实施进度报告进行了密切合作。第一轮报告于2018年4月初收到,提供了有关新建筑设计活动的信息,以及对现有联邦建筑库存的重要见解。报告过程还提供了与各机构就最佳做法、研究进展进行对话的机会,并在各机构之间分享有关这一重要主题的其他信息。同样,2016年9月,美国政府问责局发布了“地震:识别和减轻联邦建筑风险并实施预警系统所需的额外行动”,重点关注现有联邦所有和租赁建筑的地震安全。这一信息补充了从最近的进展报告中获得的数据。8

NEHRP–超越生命安全

美国的结构设计历来注重生命安全。自1915年建筑规范制定以来,防止倒塌,使居住者能够安全离开受损建筑一直是其固有的目标。然而,从1989年的Loma Prieta和1994年的Northridge开始,人们越来越呼吁加快从地震和其他自然灾害事件中恢复过来。地震造成的重大经济中断已不再可接受。最近的地震可以显著地表明地震破坏的影响。例如,1995年日本神户发生6.9级地震,严重破坏了主要港口设施。曾经是世界上第六繁忙的集装箱港口的港口立即下降到世界第25位,近23年后仍未恢复地震前的状态。

虽然在设计中实现生命安全至关重要,但也必须认识到需要对自然灾害事件进行恢复,并改善建筑性能以减少损坏。NIST已开始大力研究与社区恢复能力相关的工程、社会、经济和政策问题。NIST开发了社区复原力规划指南供当地社区用于规划自己的弹性未来。9这项工作与SPUR、旧金山湾区规划和城市研究协会以及加利福尼亚州的工作相联系10以及洛克菲勒100韧性城市项目。11NIST还资助了一个复原力中心,为社区打造复原力未来提供工具。12

NIST为社区提供了一个经济决策框架,用于评估旨在提高社区恢复力的投资策略。NIST参与了ASTM国际于2018年4月发布的新标准的制定。ASTM E3130《制定具有成本效益的社区恢复策略的标准指南》13

提高建筑性能是迈向弹性的另一个方面。NIST和弹性社区团体最近完成的一项研究考虑了在建筑设计中采用“立即入住”性能目标所需的研究和实施。其目标是提高建筑性能,使居住者能够在自然灾害事件发生后快速重新使用商业和住宅建筑。立即入住设计理念的改变标志着建筑设计中生命安全这一传统目标的重大突破。如果实现得当,上述例子中提到的严重经济影响可以避免或减少。然而,立即入住设计的改变是一个全面的概念,需要对其工程、经济、社会和政策方面进行更仔细的研究。

随着NEHRP 40年的成功,我们正在进入一个充满可能性的新时代。对改善建筑性能和减少各种灾害的经济和社会影响的需求,为NEHRP提供了一个真正的机会,不仅可以继续取得成功,合作伙伴关系,但要将知识和技术的变化与社会期望结合起来,研究如何在比历史更大的程度上降低地震造成的损害风险。该国需要有韧性的社区和减少自然灾害造成的损失。虽然我们不知道未来什么时候会发生大地震,但我们知道,通过NEHRP机构的持续努力,与社区和地震专业人员的合作,我们可以在未来地震发生时改善国家的表现。

NEHRP重新授权

NIST与众议院科学、空间和技术委员会就NEHRP的重新授权进行了合作,并期待着继续合作。

自公法通过以来的十年里,人们发现了新的需求——新的地震活动得到了确认,各机构制定了新的计划,重要的是,新的知识可用于减灾工作。减少地震的破坏性影响是一个国家问题。因此,地震跨越国界,州与联邦的伙伴关系至关重要。地震相关问题的解决方案最好是以跨越管辖范围的协调方式进行处理。此外,解决几乎所有地震缓解问题的工程行业由许多小型实体组成,因此仅私营部门的努力根本不足以应对重大挑战。联邦领导层对这一努力仍然至关重要。

结论

我们的挑战是确保通过NEHRP获得的新知识和经验继续得到发展,并应用于国内实践和政策,以培养一个更具弹性的国家。我们必须继续努力减轻地震对我们社区的影响。过去地震的惨痛教训绝不能重演。NEHRP是公私合作的一个组成部分,它继续降低地震地面运动对我们社区造成破坏的风险。

再次感谢您有机会为NEHRP作证。我很高兴回答你可能有的任何问题。


1 https://news.nationalgeographic.com/news/2014/07/140717-usgs-eearthquake
2 https://www.earthmagazine.org/article/chiles-quake-larger-less-destrust
https://www.usgs.gov/natural-hazards/science-application-risk-reduction网站
http://usgs.maps.arcgis.com/apps/webappviewer/index.html?id=14d2f75c7c4
4 https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/TechnicalNotes/NIT.TN.1863-1.pdf
5 网址:https://nehrp.gov/
6 https://dx.doi.org/10.6028/NIST.TN.1973
7http://www.ladbs.org/services/core-services/plan-check-permit/plan-cec
8 https://www.gao.gov/products/gao-16-680
9https://www.nist.gov/topics/community-resilience/community-resilience-p
10 https://www.spur.org/
11 https://www.100resilientcities.org/
12 http://resilience.colostate.edu/
13 https://www.astm.org/newsroom/new-astm-international标准支持-

创建于2018年6月1日,更新于2019年3月27日