朱爭(zhēng)光 張 童 李 娜

(昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 昆明 650302)

遇到大型地震時(shí)，建筑物的設(shè)防將顯得不堪一擊。災(zāi)后的救災(zāi)工作變得更為重要。根據(jù)唐山大地震和日本阪神大地震的情況統(tǒng)計(jì)，搶救時(shí)間與救活率的關(guān)系為：第一天救活率為78%左右，第四天的救活率下降到15%左右。[1]以上數(shù)據(jù)說明，救援的時(shí)間越早，幸存者生存的希望就越大。地震發(fā)生后往往當(dāng)?shù)氐木仍O(shè)施也被損壞。如何在最短時(shí)間內(nèi)完成最大的救災(zāi)效果，信息技術(shù)是最有效的技術(shù)手段。

1 地震作用下的內(nèi)力與位移

對(duì)于地震的成因，學(xué)術(shù)界有球運(yùn)動(dòng)、大陸漂移、海底擴(kuò)張等不同的見解，但表現(xiàn)在構(gòu)造上是巖層在不斷運(yùn)動(dòng)和變化，逐漸積累了巨大的能量，在地殼某些地帶，造成地層突然發(fā)生破壞，產(chǎn)生波動(dòng)，繼而引起附著物的劇烈運(yùn)動(dòng)。[2]體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)波上有橫波、縱波和沿地球表面?zhèn)鞑サ拿娌āＳ捎趲追N波在傳播上的不同，導(dǎo)致建筑物在地震發(fā)生時(shí)一顛二抖三搖。建筑物產(chǎn)生的災(zāi)害等級(jí)包括[3]：

(1)建筑物輕微搖晃，不產(chǎn)生構(gòu)造損傷；

(2)建筑物明顯搖晃，室內(nèi)或室外裝飾構(gòu)件造成破壞，對(duì)人員造成輕微傷害；

(3)建筑物劇烈搖晃，房屋構(gòu)件損壞，部分構(gòu)件脫落，建筑物損毀，人員受傷；

(4)建筑物部分傾倒，房屋整體損壞，人員傷亡嚴(yán)重，周圍基礎(chǔ)設(shè)施可修復(fù)，易于救援；

(5)建筑物幾乎全部?jī)A倒，房屋整體損壞，人員傷亡極其嚴(yán)重，周圍設(shè)施破壞，救援困難。

人類無法阻止地震的發(fā)生，當(dāng)大地震來臨時(shí)。建筑在地震中只能任由其摧殘，輕則建筑產(chǎn)生裂縫，重則建筑倒塌人員傷亡。減輕地震災(zāi)害的有效手段有兩個(gè)：

在地震發(fā)生前，進(jìn)行提前的預(yù)測(cè)。

(1)提高建筑的安全等級(jí)，能夠抵擋足夠大的地震。

(2)地震發(fā)生后，進(jìn)行高效的救援工作，提高救援的成果。

現(xiàn)階段的人類面對(duì)地震所能做的更多的是加強(qiáng)抗震等級(jí)和及時(shí)開展震后的救援工作，對(duì)于地震的預(yù)測(cè)還無法做到。面對(duì)幾十年才有可能發(fā)生的大地震，提高抗震等級(jí)將極大的浪費(fèi)資源。由于震后災(zāi)區(qū)的道路等基礎(chǔ)設(shè)施遭到巨大破壞，無法快速定位需要救援的方位，因此救援工作很難高效的進(jìn)行。

2 中國網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

2020年三大運(yùn)營商開始全面建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)不僅僅是網(wǎng)速的提升，它為中國的基礎(chǔ)建設(shè)提供了快速車道。

(1)5G提供更高的傳輸速率。5G網(wǎng)絡(luò)的理論峰值可以達(dá)到每秒數(shù)10Gb。

(2)5G技術(shù)提供更多的接入點(diǎn)。IP地址的枯竭必然導(dǎo)致信息技術(shù)的應(yīng)用困難，而5G技術(shù)運(yùn)用新一代IP地址，容納量得到急劇擴(kuò)大，可以為地球上的每個(gè)生物配置一個(gè)地址。

(3)5G技術(shù)保證更低的網(wǎng)絡(luò)延遲。更低的網(wǎng)絡(luò)延遲，意味著不同個(gè)體間的同步同驅(qū)。

每棟建筑可以建設(shè)自己的局域網(wǎng)，局域網(wǎng)通過5G技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)相連。由于5G技術(shù)的低延遲性和高速性，可以使這種連接變得接近實(shí)時(shí)控制。以城市為單位，設(shè)置城市總臺(tái)，接收城市的建筑信息，總臺(tái)將信息反饋給業(yè)主，業(yè)主根據(jù)總臺(tái)信息了解建筑的的詳細(xì)信息，對(duì)潛在的隱患與危險(xiǎn)進(jìn)行控制、處理，并將信息進(jìn)一步反饋給總臺(tái)。5G技術(shù)已經(jīng)到來，6G技術(shù)也必將在不久與世人見面。6G技術(shù)代表著更高效與更安全的傳輸。6G技術(shù)將帶來天地互通，將使連接的范圍極大的擴(kuò)展。

3 BIM技術(shù)的發(fā)展

BIM(Building Information Modeling)是一次將虛擬和實(shí)體建造過程真正結(jié)合的技術(shù)革命。在建造實(shí)體建筑物與構(gòu)造物之前利用虛擬技術(shù)全過程全方位的進(jìn)行建筑施工與管理模擬，通過虛擬的模擬發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)和施工工藝從而使實(shí)體建造達(dá)到最優(yōu)的效果。[4]在建筑的運(yùn)營和維護(hù)階段，BIM為建筑提供詳細(xì)精確的定位。結(jié)合相應(yīng)的傳感器，可以實(shí)時(shí)記錄構(gòu)件的變形情況。BIM只是一項(xiàng)為更好的建筑而存在的技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展BIM技術(shù)已經(jīng)可以全方位的展示建筑的各項(xiàng)參數(shù)。中國最近幾年也在大力推廣BIM技術(shù)，制約BIM技術(shù)的因素是其前期需要投入大量的時(shí)間和精力。加大BIM技術(shù)的后期利用，業(yè)主的消費(fèi)升級(jí)，必然會(huì)推動(dòng)BIM技術(shù)前期的建設(shè)。

4 技術(shù)融合

建筑加入信息化技術(shù)進(jìn)行抗震監(jiān)測(cè)研究。地震難于預(yù)測(cè)的原因在于地震產(chǎn)生的位置位于地面以下幾公里甚至幾十公里的位置，現(xiàn)階段的設(shè)備很難實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到如此深的巖層。巖層的構(gòu)造不同，導(dǎo)致其剛度與強(qiáng)度也有很大的差別。[5]巖層何時(shí)破壞很難精確判斷，而地震的爆發(fā)是在長(zhǎng)久的能量積累下，瞬間發(fā)生導(dǎo)致巨大破壞。當(dāng)建筑加入BIM技術(shù)后，可獲得長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的大量建筑自身的數(shù)據(jù)，進(jìn)行建筑的健康狀況分析和抗震監(jiān)測(cè)研究?，F(xiàn)階段國內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑的信息。對(duì)建筑傾斜度、裂縫寬度與深度、建筑的震動(dòng)頻率、建筑的側(cè)移等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

建筑加入信息化技術(shù)用于震后的救援。在建筑的重要部位放入類似飛機(jī)的黑匣子的硬件，記錄建筑物構(gòu)件的變形，與內(nèi)部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的影像。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后黑匣子可以自足供電，救援人員擁有探測(cè)儀器，可以與黑匣子形成無線通信，方便救援隊(duì)伍的救援工作。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后黑匣子內(nèi)的定位系統(tǒng)可以給總臺(tái)發(fā)送定位信號(hào)，救援人員可以利用定位系統(tǒng)分析、規(guī)劃出最有效的救援路線，提高救援的效率。

各項(xiàng)技術(shù)的融合給地震的預(yù)測(cè)與地震后的救援工作提供了新的思路。建筑業(yè)的特點(diǎn)決定了它的傳統(tǒng)性，因此信息化進(jìn)程較慢，這大大阻礙了建筑業(yè)的發(fā)展。BIM技術(shù)的加入，使項(xiàng)目的責(zé)任情況記錄于BIM系統(tǒng)中，有利于建筑終身負(fù)責(zé)制的推廣與應(yīng)用。在工廠的生產(chǎn)階段將傳感器與構(gòu)建進(jìn)行匹配，不僅可以為建筑提供建筑的運(yùn)維信息，還可以為建筑裝配階段的建設(shè)精度做技術(shù)支持。

5 技術(shù)路徑

第一步，將每棟建筑加入智能終端。此處的智能終端包括：建筑定位系統(tǒng)、建筑形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、建筑內(nèi)外影像系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、中央集成系統(tǒng)；第二步，利用5G技術(shù)使每一棟建筑連入網(wǎng)絡(luò)。中央集成系統(tǒng)，即建筑的黑匣子，通過信息高速與總臺(tái)連接，產(chǎn)生信息互動(dòng)，點(diǎn)連成線、線連成面、面交匯成體，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)球；第三步，將數(shù)據(jù)上傳并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?？偱_(tái)接收建筑的信息，通過計(jì)算機(jī)與專業(yè)人員的分析，獲得建筑物體檢的健康數(shù)據(jù)，傳感器收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可用于研究地震的產(chǎn)生與效應(yīng)。地震發(fā)生后建筑的海量數(shù)據(jù)可以幫助救援人員分析人員和經(jīng)濟(jì)的損害情況，對(duì)人員和設(shè)施開展精準(zhǔn)救援。第四步，進(jìn)行環(huán)境評(píng)估，以確定地震對(duì)環(huán)境的影響。

國內(nèi)已經(jīng)存在一大批優(yōu)秀的企業(yè)在從事建筑智能化的建設(shè)。但依然存在一些問題，比如：各個(gè)系統(tǒng)的兼容性較差，無法使不同的系統(tǒng)組合形成完美的大管理系統(tǒng)；系統(tǒng)的穩(wěn)定性還需要時(shí)間的檢驗(yàn)，由于建筑的長(zhǎng)效性，要求建筑的各個(gè)子系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間的正常工作，一個(gè)良好的系統(tǒng)必須經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)；網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不完備，由于中國幅員遼闊，必然會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)信息的閉塞區(qū)，必然會(huì)存在一定的網(wǎng)絡(luò)延遲；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析需要重新建立指標(biāo)體系，由于監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)變?yōu)楦鳁澖ㄖ姆磻?yīng)信息，與傳統(tǒng)的測(cè)量手段有明顯差異，故需要重新積累經(jīng)驗(yàn)和更高效的分析；建筑的前期造價(jià)將進(jìn)一步增高，因此實(shí)施起來需進(jìn)一步優(yōu)化分區(qū)；震后黑匣子內(nèi)的電池存在污染和容量限制的問題，因此黑匣子優(yōu)先使用無污染高效的電池。

促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，加強(qiáng)軟件與硬件的建設(shè)是普及技術(shù)的第一步也是最重要的一步。統(tǒng)一各個(gè)企業(yè)的方向，讓優(yōu)秀的更優(yōu)秀，減少不必要的浪費(fèi)。以BIM軟件的應(yīng)用為例：確定優(yōu)先級(jí)，保證兼容度。對(duì)于精度高、兼容性好的軟件優(yōu)先采用，對(duì)于問題較多的軟件降低等級(jí)，甚至拒絕采用。加強(qiáng)硬件建設(shè)，整合資源使產(chǎn)品不僅價(jià)廉，更要質(zhì)優(yōu)。以房屋震動(dòng)測(cè)量為例：以精度高、能耗低、壽命長(zhǎng)作為依據(jù)，確定各項(xiàng)指標(biāo)的等級(jí)，優(yōu)先使用符合當(dāng)?shù)貤l件的設(shè)備。

6 結(jié)語

5G技術(shù)的到來，為建筑信息化提供了一條寬闊的高速公路，BIM技術(shù)為建筑信息化提供了優(yōu)秀的載體。通過5G與BIM技術(shù)的結(jié)合，可以有效的監(jiān)測(cè)、分析建筑的信息情況。地震的預(yù)測(cè)難點(diǎn)在于有效數(shù)據(jù)的獲得，通過5G與BIM技術(shù)可以獲得大量的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過長(zhǎng)期專業(yè)人員的研究，定會(huì)獲得地震預(yù)測(cè)的有效技術(shù)手段。在地震的預(yù)測(cè)難以實(shí)現(xiàn)的情況下，地震發(fā)生后，救援搶險(xiǎn)工作往往決定了經(jīng)濟(jì)和人員的挽回程度。通過5G與BIM技術(shù)可以分析建筑的損害情況，提高救援效率，也可為震后的重建工作提供技術(shù)支持。5G技術(shù)正在穩(wěn)步的推進(jìn)，BIM技術(shù)在高速發(fā)展，抗震的需求也在不斷加強(qiáng)。技術(shù)的結(jié)合與創(chuàng)新是必然的結(jié)果。經(jīng)過理論分析5G技術(shù)與BIM技術(shù)運(yùn)用于建筑的抗震減災(zāi)是完全可行的。更是建筑抗震減災(zāi)的一條新的選擇。各項(xiàng)技術(shù)在不斷的實(shí)踐與探索中將不斷完善。完善系統(tǒng)的貫通需要大量的時(shí)間與實(shí)踐，但建筑的信息化建設(shè)已經(jīng)走出了第一步，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)大應(yīng)用面，在災(zāi)害面前設(shè)置一個(gè)新的保障。5G結(jié)合BIM技術(shù)，利用建筑形態(tài)傳感器，使人與財(cái)產(chǎn)在地震面前減少損失和傷害。