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上班的电梯好挤啊,这时候地震了怎么办?| 新论文:地震下电梯被困人员评估

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https://www.mdpi.com/2071-1050/15/6/4829


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引言

生活在北京等大城市的居民,乘坐电梯已经是每天生活的日常。不少朋友们也都曾遭遇过电梯故障被关在电梯里面的经历。电梯作为一个竖向高速运动的机械,对轨道平顺性和振动都有非常严格的要求,一旦遭遇地震导致建筑的变形或者振动超过一定范围,电梯或是因为运动受阻,或是主动为了安全目标,就会突然停止,进而会导致电梯里面的乘客被困。

同样作为日常生活交通工具,地铁、桥梁、道路地震下的性能已经得到了大量的研究,而对于地震下电梯性能的研究还较少,一个突出问题就是:类似北京这样的大城市,在上班高峰时间如果发生地震,将会有多少人被关在电梯里面?


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研究技术路线

为此,我们建议了如图1所示的技术路线。该技术路线通过蒙特卡洛模拟,以考虑不同随机性的影响

首先通过课题组提出的城市抗震弹塑性分析方法,获得目标区域每栋建筑的楼面加速度以及层间位移角信息

接着根据每栋建筑的地震响应、电梯所在楼层、以及FEMA建议的电梯的易损性曲线,估计电梯的损伤状态

然后通过实地调研,获得电梯内部不同时间段的人员密度(如上下班高峰时间人就多,午夜时间人就少),进而获得被困电梯的人员数量

 

图1 技术路线

从以上分析可见,无论是地震输入,还是地震下电梯所在的楼层,还是电梯内部的人员数量,都是一个高度随机变化的数值,所以我们需要通过蒙特卡洛模拟,来估计实际电梯中被困人员的统计分布。


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案例分析

我们选择了一个典型的北京社区(图2),开展分析。

 

图2 案例分析的典型社区和不同建筑内的电梯数量

通过实地调查电梯数量,并逐栋建筑统计不同时段的电梯内人数(图3)。可以发现,办公室、学生宿舍,每天有四个高峰,分别对应上班/上学、下班/放学,以及午餐时间;而住宅只有两个高峰;教学楼的高峰情况则和上下课的时间密切相关。此外,建筑层数对电梯内部人员分布也影响显著,高层建筑人们更倾向于使用电梯。

 

图3 不同时段内电梯人数

我们根据场地特征选择了11条地震记录,计算不同地震强度下电梯内部被困人员的数量,其统计规律如图4所示。地震强度越大,被困的人员数量也就越多。

 

图4 不同地震强度下被困电梯人员数量

类似的,我们还可以得到不同地震强度下,不同时段各建筑内部被困电梯人数的分布,如图5所示。考虑到电梯内被困人员的解救需要专业人员甚至专业装备,现阶段相关的防灾准备还颇为不足。

 

图5 工作日早8点发生地震时被困电梯的人员分布


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结论

我国自唐山地震后,已经47年未曾在大城市发生过严重地震灾害,而这过去的47年,又是中国城市化最快的阶段。高度密集的城市蕴藏着大量的灾害风险,很多风险此前并未充分暴露,因而成为城市防灾的盲区和痛点。例如,本文研究的地震引起人员被困电梯的问题就是一个典型的案例。仅一个社区在地震下就可能会有上百人被困电梯,按比例推广至全北京范围,高峰时间发生地震被困电梯的人员可能数以万计。如果缺乏必要的防灾预案,则可能导致严重的灾害隐患。而现阶段国内外相关问题的研究都非常缺乏,亟需开展相关研究。

我们认为,落实“防灾减灾以防为主”,解决“Known Knowns”(已知的风险)很重要。而“Unknown Unknowns”(未知的风险)更应成为城市防灾研究关注的重点。

---End---

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来源:陆新征课题组
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首次发布时间:2023-05-29
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