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转载:汤朝晖 日本中小学校防灾抗震设计启示
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通过对日本东京与神户两座城市的实地调研,从灾前的设计防范、灾时的应急机制、灾后的恢复重建三个层面,对日本中小学校规划设计中的防灾抗震措施作了梳理,从中总结出对我国的学校防灾抗震设计有用的经验。
来源:建筑学报

汶川地震使中小学校的防灾抗震设计得到了更多的关注。教育部在汶川地震后迅速组织了对灾区学校重建的规划、设计工作,并制定了详细的《汶川地震灾后重建学校规划建筑设计导则》,正是强调要将灾区的校园建筑从规划与设计抓起,从设计开始就将地震的可能损害减低到可控的最小程度。

2008年10月28日-11月3日,由教育部组织,联合国儿童基金会资助的赴日本考察日本中小学校的防灾抗震设计及防灾教育代表团,对日本东京、神户2个城市进行了日本中小学校防灾抗震设计的考察与调研。日本作为一个地震频发的国家,在中小学校规划设计应对地震灾害的措施上,有一套较为完整、有效的系统,并且运作良好,可以作为我们的借鉴。本文作者作为《汶川地震灾后重建学校规划建筑设计导则》的参编者之一,通过随团赴日考察,从日本中小学校防灾抗震设计中,得到了不少启示。

日本中小学校的防灾抗震设计,可以分为灾前、灾时、灾后三个不同的层面:灾前的设计防范、灾时的应急机制、灾后的恢复重建。

1灾前设计防范

1.1建筑规范因应抗震的修编及其有效性1995年1月17日的阪神大地震,给日本造成了很大的损失。其中受到破坏的学校有4500多所。幸运的是,因为地震发生的时间是凌晨,所以没有学生在学校内伤亡。事后的统计表明,在这次地震中,对建筑物造成的损害,主要集中于1981年之前设计建造的建筑,尤其以1971年以前设计建造的建筑受破坏最为严重。而1981年之后的建筑受损程度很低。这正好与日本建筑法规的编制有着密切的关联:

1971年,《建筑设计基准法》施行令改正;

1981年,《建筑设计基准法》抗震规定改正。

日本的《建筑设计基准法》是防灾抗震设计的主要法规,初次制定于1950年。阪神大地震对建筑的破坏情况统计,从另一个侧面反映出了日本《建筑设计基准法》2次修编的有效性。因此,在1995年的阪神地震后,日本没有再次修编《建筑设计基准法》。

1.2学校建筑的规划设计与防灾避难场所的结合

学校作为社区居民的避难场所,有其优势:社区居民熟悉的地理位置与环境、合理的服务半径都可保证灾后在公共交通未恢复时,避难场所控制在居民步行距离内的可达性。据介绍,日本的学校一般不会超过18个班,超过人数则重建新校。这样除了能保证学校服务半径、教育的公平性与教学质量外,在与防灾功能的结合上,能保证社区居民就近就能找到防灾避难场所。有避难场所功能的学校,会在校内设有相应的物资库房、预留上下水接口并在建筑物外围设置明显的标志。

日本新建的公立学校提倡标准化,并不刻意追求设计的个性化。这样有助于进行防灾避难所设计的安排。每所学校在作为避难场所时,具体承担的功能也有所不同。通常体育馆会作为临时住所,有的学校在灾时还设有临时的幼儿园、心理辅导室、应急医疗室等多种设施,也有的学校仅简单地作为临时住所。但由于都在事先有规划,因此灾情发生后就能根据灾情的严重程度有条不紊地启用(图1-3)。

在日本,由文部科学省来担当防灾抗震设施的总协调,学校由幼儿园到大学均有防灾抗震的对策。学校一般分为国立、公立、私立三种形式,其中以地方政府设立的公立学校最多。公立学校设施作为避难场所,占全部避难场所总数的60.9%左右;公立学校中有约89%有避难场所的功能。以兵库县为例,在阪神地震中,共有389所学校用作避难所,使用人数为18227人,占总避难人数的57%(图4)。

而需要说明的是,并非所有受灾地区的居民都会选择使用公共避难所。所以政府在安排避难所的规划时,只是预计部分受灾人群会使用公共避难所,其余的人考虑自救。因此日本政府号召居民平时要储备3天的食物和水。但实际使用避难场所的人数很难精确预测。原因之一是与日本的人口管理制度有关。日本没有户籍制,人口管理实行登录制。居民只需在迁移后7日内向当地警署报到登记。因此,人口的自由流动造成了在统计日常学生人数需求及避难场所人数预测上存在不确定性。如在阪神地震后,同样规模的学校,有的住进了2千多人,有的只有几百人。

与学校作为避难场所设计相配套的是日本的防灾教育。日本防灾教育的内容主要包括三方面内容:地震时保护自己的生命、地震后如何帮助他人以及地震发生的科学知识。学校教师有定期防灾教育培训。消防队、大学专家教授等由文部科学省统筹,与各学校建立联系,帮助提高防灾意识。防灾教育教科书从幼儿园到大学均有,是作为课外教材由文部科学省制定并免费发放,不是必修课,也不用考试,但会把相关知识渗透到其它科学课程中。日本的学校每3个月进行一次防灾疏散演练。

1.3学校建筑的抗震性能评价与抗震加固严格来说,对现有建筑进行抗震性能评价与抗震加固,在日本也是在地震的伤痛之后才开展起来的。但现在已经成为一项平时的常态化的工作,成为了避免在将来地震中受到更大损害的一种有效措施。所以,把它纳入到灾前设计防范措施的范畴来讨论。

日本在阪神地震后,即启动了对1981年之前建成的建筑进行抗震性能评估工作。其中引入了一个最重要的参数:IS值—构造抗震指标(日文中的“构造”为中文“结构”之意)。与IS值有关的因素有:建筑物强度刚度、建筑物形状、建筑物年代。有对应的计算公式。对于一般的民用建筑,要求IS≥0.6;而对于学校建筑,则要求提高至IS≥0.7。

还应该指出的是,以上的IS值,无论是0.6还是0.7的控制值,均是通过统计经验数据而得出。只表达了相应建筑在地震时是否会受损的概率。IS值达标,也不能保证100%的安全度。

通过抗震性能评价,对IS值不达标的学校建筑,如果IS值小于0.3,一般选择拆除,而IS值在0.3-0.7之间的,则要进行抗震加固。抗震加固的目标是使建筑物达到IS≥0.7。

抗震加固的途径:可综合运用增加建筑物强度或控制建筑构件变形方法来达到。增加建筑物强度的方法可采用如增加斜向钢支撑、屋盖水平拉结措施等;控制建筑构件变形的方法可采用如柱子外包钢板或碳素纤维等。日本建筑抗震加固的特点是:从整体着眼,找出最薄弱环节,实施时针对薄弱环节进行加固。与我国通常的整体加固不同,这种抗震加固手段更能体现其效率与可操作性(图5)。

2灾时应急机制

由余震或其他原因引发的震损建筑物的再倒塌,是地震后导致更多人员伤亡的重要原因之一。因此与建筑相关的灾时应急机制,最重要的就是灾后建筑物的应急危险度评估。这是地震后预防次生灾害的一个重要措施。在这一方面,日本有着较为完善的工作程序,受灾建筑的安全评估可分为2步:

第1步:应急危险度判断,时间为震后1-2周;

第2步:重建恢复措施选定,时间为震后2周-3个月。

经应急危险度判定后的建筑物以相关标识标定。标识贴在建筑物外面,分为红、黄、绿3种,其中红色代表危险、黄色代表情况未明要注意、绿色代表经调查确认安全。安全评估判定分基础与上部结构分别评估后再综合。基础按沉降量与倾斜度来判断;上部结构按建筑构件的受破坏程度来判断,包括建筑物上部结构危险性及落下物的危险性两方面。所有判定均有明确的评估指引(图6)。

地震灾害发生后,需要对每一栋建筑物均要进行应急危险度判断,其工作量是浩大的,不可能全都等待专家到来后再实施。因此,为配合这套应急判断方法,日本培训了一大批通过资格培训合格的志愿者为应急判断检查员。在灾害发生时,由应急判断检查员对建筑进行危险度判定。据2008年日本文部科学省提供的数据,日本的应急判断检查员共有95100人,占日本总人口的0.08%。日本的这一套应急判断方法,其特点是可操作性强。根据简明的特征指引,应急判断检查员就能做出基本判断。这对灾后的高效率救灾工作提供了十分有效的支持。

受损建筑重建恢复措施选定,是通过经历地震的等级及受破坏程度等级,综合做出判断。震后的受损建筑是拆除还是加固,均要进行安全性评估。有对应的评估标准。能加固的建筑也有对应的施工方法。加固后的建筑物,其安全性应达到新建建筑的水平。

日本设有学校建筑抗震诊断等级判定委员会,从属于文教施设协会。成员由各部门及大学的专家教授组成。阪神地震后,又成立了关于抗震加固的全国性联络委员会。参加者有150多个团体,主要任务就是抗震加固措施的普及开发、技术培训等。申请国家拨款的学校建筑抗震加固项目,加固方案也要经过该委员会的专家审查,并有完整明确的审查依据:《建筑抗震诊断基准》。阪神地震后到2008年间,日本还发生过多次等级较高的地震,事后都是以此为标准进行受损建筑的破坏等级判定。

3灾后恢复重建

3.1学校的灾后复课重开

震灾发生后,学校因承担了避难场所的作用,应急期内会短期停课。但为了保证学生的学习计划尽量少地受到负面影响,学校的教学秩序应尽快恢复。在日本,学校复课重开的时间各学校有不同情况。以阪神地震为例,兵库县最迟的学校在43天后复课。而复课后的部分学校仍可能同时承担避难场所的作用,有的教学活动如体育课等会受到一定影响。如兵库县在阪神地震303天后,仍有23所学校作为居民避难使用。在总结了以往的经验教训后,按兵库县新的措施,希望目标是在灾后7天内学校能开始复课(表2)。

3.2受灾建筑抗震加固

由于日本是一个地震频发的国家,因此受灾建筑抗震加固实际上已是常态工作。阪神地震后,各地的地方政府对所有的学校建筑进行全面统计,对IS值未达标的,按情况的严重程度制定优先顺序,进行建筑抗震加固,目标是达到IS≥0.7。但由于财政安排的原因,直至2008年,阪神地震13年后,仍有学校未完成建筑抗震加固。

2007年,为了加快学校建筑抗震加固速度,曾规定公立学校5年内要完成建筑抗震加固。我国汶川地震发生后,日本立即调整政策,要求4年内完成。2008年6月起,日本国家级的学校建筑抗震加固财政补贴,由所需项目经费的1/2增加到2/3;拆除重建项目的补贴由1/3增加到1/2(图7)。

4启示与思考

1)在学习与消化日本经验的同时,我们也要注意使日本经验适合中国。因为我国的社会情况与日本不同,社会生产力水平也不一致,不能完全照搬。例如:日本30多年前就推广在中小学校采用钢筋混凝土结构,且规范完善。因此,灾后学校建筑损坏程度相对较小,未损建筑也才有加固的经济价值。而我国很多农村地区的现存中小学,其建造不规范,本身就不存在加固条件,应该按现行规范直接进行更新重建。而对于部分有加固条件的学校,目前我国还缺乏类似日本的判断标准与相关规范,需要在这方面填补空白。

2)防灾抗震的设计措施仍要符合成本合理原则。据日本东京大学的学者介绍,即便是在日本,也有不少关于防灾抗震的新成果,因为成本的原因,仅能作个别尝试,不能大规模推广。大量建筑仍是按1981年修编的《建筑设计基准法》执行。我国也应按照本国的生产发展水平,合理制定防灾抗震的标准,标准过低过高都是不合适的。

3)日本建筑抗震加固的特点是:从整体着眼,找出最薄弱环节进行加固。与我国通常的整体加固不同。更能体现其效率与可操作性。另一方面,我国的结构计算通常只考虑弹性阶段,而日本在防灾抗震的设计中还作了塑性阶段的计算。

4)地震次生灾害中,火灾较多。如神户北部的工业区以小工厂为主,阪神地震中火灾严重。因此,防灾抗震设计中,除了建筑物结构安全、建筑构造安全等关键因素外,消防安全仍是不可忽视的一环。日本的设计经验中,电、燃气的供应与地震感应联动的做法值得学习。相关的地震传感断路开关类产品应予研发。

5)对与防灾抗震有关的规范的修编,日本表现出了系统性与非常理性的一面。对因地震灾害造成的建筑物损失,是实事求是地分析其原因。在实践证明有效的规范则坚持执行,不盲目提高标准,保证社会与经济效益的平衡。

6)如何在全国范围内建立防灾规划,并与建筑设计有机结合,是一个更大的课题。在日本,关于防灾抗震的政策,国家这一级只制定宏观政策和提供财政补贴,具体标准的实施上,地方政府拥有更大的权力。我国幅员辽阔,差异性更大,更应按区域制定不同防灾措施。另一方面,与日本不同的是,我国并非所有的地区都位于地震区,但不同的省份与地区都有不同类型的灾害,除地震灾害外,还有如:风灾、雪灾、水灾、泥石流、滑坡等灾害。根据各地灾害频度类型,由国家总体规划,各地具体制定实施方案,并以法规的形式予以落实,是一项更为系统化的工作。

 

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