城市抗震防灾系统的动态演化特征与模型化研究

发布时间：2017-09-09 19:39

  本文关键词：城市抗震防灾系统的动态演化特征与模型化研究

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【摘要】：现代城市由于人口的过分集中,社会经济的集约化程度高,基础设施的薄弱以及扩建城市所处的恶劣地质、地理环境等一系列的内在因素,在强烈地震的外部因素作用下,近年来造成了现代城市地震灾害损失愈来愈严重的现象。城市抗震防灾是一个动态发展的过程,城市抗震防灾系统的研究对象是不断发展的城市系统,即研究区域内的与城市建设相关的地震地质和场地环境、建筑结构工程、城市基础设施等城市环境要素和建设要素以及由这些要素组成的复杂的、不断变化发展的城市复杂工程系统。目前,大多数城市抗震防灾能力的研究是基于静态指标体系的研究,城市抗震防灾系统在动态发展过程中仍存在很多问题。城市抗震防灾系统的关联复杂性及动态反馈性决定了必须用解决复杂问题的理论和方法进行分析研究。基于城市抗震防灾系统的动态演化性、关联复杂性、宏观领域和微观领域多层次性等特征,论文以人、物、环境三者形成的既独立又关联的复合承灾体为研究对象,应用系统动力学进行了城市抗震防灾动态演化模型的系统研究。论文主要做了以下几个方面研究:(1)城市建设用地防灾利用城市建设用地在城市抗震防灾系统中具有双重所用,一方面它本身是城市灾害的承灾体或潜在灾害源,另一方面,它是支撑着另外两类承灾体人和物的基础,具有复合型特征。根据这种特征,论文基于系统动力学和多目标优化方法,建立了既考虑建设用地功能,又能反映潜在震害风险对城市建设用地结构的影响的城市建设用地结构防灾优化的SD-MOP模型。最后并以无锡市为例,对城市建设用地结构比例及系统复杂行为进行了动态模拟。(2)人员紧急疏散评价人员疏散是城市抗震防灾系统中 避灾‖的核心环节之一,其过程受人员特性,以及人员与灾害环境、道路空间的相互影响,具有典型动态与反馈特征。基于此,论文建立了道路应急疏散系统动力学模型。模型以疏散时间为限制性条件,同时考虑地震疏散过程中的人、物、环境三类承灾体间的动态关联。最后以北京市某片区为例,就地震紧急疏散过程中道路的疏散能力进行了动态模拟。(3)地震次生火灾评价及疏散地震次生火灾的形成与蔓延过程与承灾体的抗灾能力密切相关。基于此,论文从风险的角度构建了城市地震潜在次生火灾害风险评价指标体系及其相应的等级标准,并构建了城市地震潜在次生火灾风险属性区间识别模型。模型中考虑了地震潜在次生火灾系统中致灾因子和孕灾环境的危险性、承灾体的易损性和暴露性、城市消防能力。同时针对地震次生火灾下城市抗震薄弱区道路疏散所存在的问题,从系统的角度分析研究了人员群集流动、道路疏散空间、次生火灾蔓延三方面因素间的相互关联及因果反馈,建立了考虑地震次生火灾危险性的城区疏散评估模型。最后,应用模型对某城市地震潜在次生火灾风险性及疏散进行了实例分析。(4)压埋人员损失评估针对人口密集片区震后压埋人员伤亡及救援过程中的动态反馈性,建立了城区地震建筑压埋人员损失动态评估模型。模型中考虑了不同发震时刻、压埋时间、建筑物破坏程度、压埋人员特征、救援效率等因素,从而评估出压埋人员的数量及可能造成的人员伤亡数量。最后以某重点人群密集片区为例,对不同发震时刻震后压埋人员伤亡及救援过程进行了动态模拟。(5)应急物资供给应急物资供给是城市抗震防灾系统中 救灾‖的重要内容,其受城市平时物资流通及外来物资的影响。论文首先基于城市平时的物资流通情况,提出了城市食品物资应急供应能力概率模型和分布检验。在此基础上,按照预期的震后物资保障天数或一定保障率情况下,合理的确定政府补贴及震后应急救援物资配置。
【关键词】：城市抗震防灾系统 系统动力学 用地结构 应急疏散 人员损失 应急救援 应急物资供给
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P315.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第1章 绪论16-30
• 1.1 研究背景16-20
• 1.1.1 国内外地震灾害概况16-19
• 1.1.2 城市抗震防灾系统19-20
• 1.2 国内外相关研究进展20-25
• 1.2.1 城市抗震防灾相关研究进展20-23
• 1.2.2 基于系统动力学的城市抗震防灾相关研究进展23-25
• 1.3 研究存在的问题25-26
• 1.4 研究内容与思路26-27
• 1.5 论文结构27-30
• 第2章 城市抗震防灾系统动态演化评价模型研究30-46
• 2.1 前言30
• 2.2 系统动力学理论30-37
• 2.2.1 系统动力学的基本原理及概念30-35
• 2.2.2 系统动力学建模步骤及仿真实现35-37
• 2.3 城市抗震防灾系统特征分析37-43
• 2.3.1 城市抗震防灾系统的动态演化及反馈性37-40
• 2.3.2 城市抗震防灾系统的关联复杂性40-41
• 2.3.3 城市抗震防灾系统的多层次和大规模性41-43
• 2.4 城市抗震防灾系统SD模型的可行性研究43-45
• 2.5 小结45-46
• 第3章 考虑防灾特征的城市建设用地结构动态优化模型46-72
• 3.1 引言46
• 3.2 考虑防灾特征的城市建设用地结构优化SD-MOP模型构建46-54
• 3.2.1 城市建设用地结构优化SD模型构建48-51
• 3.2.2 MOP优化模型构建及遗传算法求解51-54
• 3.3 模型参数设置及实例应用54-69
• 3.3.1 SD模型内部参数及方程设置55-57
• 3.3.2 系统模型的有效性检验和敏感性因素识别57
• 3.3.3 考虑防灾效益目标函数的MOP模型计算57-64
• 3.3.4 模型模拟仿真和结果分析64-69
• 3.4 小结69-72
• 第4章 重点片区道路应急避震疏散理论模型72-92
• 4.1 引言72
• 4.2 灾时人群流动理论72-74
• 4.2.1 群集流动理论基本原理72-73
• 4.2.2 群集流动特征的量化描述73-74
• 4.3 重点片区道路应急避震疏散评价SD模型建立74-78
• 4.3.1 系统边界74-75
• 4.3.2 系统因果及反馈分析75-78
• 4.4 模型分析及建立78-84
• 4.4.1 重点人员密集片区应急疏散分析78-79
• 4.4.2 模型变量设置79-84
• 4.5 地震环境下不同因子敏感性仿真模拟研究84-91
• 4.5.1 案例情景参数设定84-85
• 4.5.2 敏感因子——地震烈度85-87
• 4.5.3 敏感因子——道路红线距离87-89
• 4.5.4 敏感因子——建筑物高度89-91
• 4.6 小结91-92
• 第5章 考虑地震次生火灾危险性的城区疏散评估模型92-124
• 5.1 引言92-93
• 5.2 城市地震潜在次生火灾风险属性区间识别模型93-106
• 5.2.1 城市地震火灾风险评价思路93-94
• 5.2.2 属性区间识别理论模型94-95
• 5.2.3 城市地震潜在次生火灾风险指标体系95-97
• 5.2.4 应用分析97-106
• 5.3 地震次生火灾影响下抗震薄弱区道路疏散SD模型106-122
• 5.3.1 SD模型系统边界及反馈机制分析106-109
• 5.3.2 SD模型建立及主要变量设置109-112
• 5.3.3 抗震薄弱区道路疏散SD模型模拟及应用分析112-122
• 5.4 小结122-124
• 第6章 城区地震建筑压埋人员损失动态评估模型124-140
• 6.1 引言124
• 6.2 城区地震建筑压埋人员损失SD模型建立124-133
• 6.2.1 系统动态反馈机制及边界确定124-125
• 6.2.2 系统因果关系分析125-126
• 6.2.3 SD模型分析及建立126-133
• 6.3 案例描述及模拟133-139
• 6.3.1 模拟情景设定133-135
• 6.3.2 模型结果分析135-139
• 6.4 小结139-140
• 第7章 城市食品物资应急供应能力概率模型140-160
• 7.1 引言140-141
• 7.2 计算模型相关概念及内涵分析141-144
• 7.2.1 应急物资特性141-142
• 7.2.2 计算模型相关概念142-144
• 7.3 城市应急食品供应保障能力的概率模型研究144-157
• 7.3.1 模型基本思路及步骤144-146
• 7.3.2 震后城市应急食品可供给天数计算146-150
• 7.3.3 城市应急食品供应保障天数的分布概率模型研究150-157
• 7.4 政府补贴下应急食品供给保障天数的概率模型157-159
• 7.5 小结159-160
• 结论与展望160-164
• 研究结论160-161
• 研究创新161-162
• 研究展望162-164
• 参考文献164-176
• 附表 1176-179
• 附表 2179-182
• 附录A 几种概率分布及其参数估计182-185
• 攻读博士学位期间的科研成果185-186
• 致谢186

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 董法军,吴立志;基于指标体系的城市区域火灾风险评价系统开发[J];火灾科学;2005年01期

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本文编号：822394