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-以南投都市计画区范围为例
硕士班研究生:萧素月
指 导 教 授:朱子豪
1
地震灾害避难疏散最适路径之研究
-以南投都市计画区范围为例
The Optimal Path Study about Earthquake Calamity Evacuation
A Case of the Nan-tou Urban Planning Area
萧素月
Hsiao,Shu-Yueh
摘 要
鉴於921集集大地震导致严重的伤害与损失,迫切需要一套较完整的避难疏散策略.本
研究以南投都市计画区范围为例,并利用921地震之调查资料建构一套适合於地震灾害发生
后之人员避难疏散路线选择模式,探讨如何兼顾安全及效率的方式,引导居民到达规划的避
难设施据点,并透过地理资讯系统网路分析之功能进行分析研究.
本研究系以路段上建筑物抗震强度来推估路段之抗震能力,作为「安全」之指标；以路
段之避难人口推估其旅行成本,作为「效率」之指标.由於「安全」与「效率」两种因子之
属性截然不同,为建立均衡准则以衡量全部价值,本研究乃采以效用理论作为衡量价值之架
构,作为优先次序判断之依据,即将安全与效率两项指标转换为效用值,并依据安全与效率
间相对重要性之情境组合,经调查之组合总效用值模式作为避难最适路径选择之依据.
经问卷显示路径的安全仍是民众避难选择路线之第一考虑因素,惟灾民因无法取得即时
资讯下,常以最短距离到达避难据点,经由加入安全因素之路径模拟,其路径吻合度虽稍降
低,但可减轻避难过程之伤亡,参照受访者之避难路径起迄相关位置,依定义路径成本选取
采最大效用路径,最短旅行距离路径及最少旅行时间路径方式,进行模拟路径比对吻合度分
别为79.4％,86.4％,83.7％.本研究建议增设三处避难场所进行模拟,整体平均到达距离将
由原避难据点方案之535.0公尺减为354.7公尺;改善据点方案避难路径之平均避难到达时
间,将由原方案之416.9秒降低为276.4秒,显见增设据点改善方案后,对於避难效果有明显
之改善效益.
关键字:地震危害度分析,地理资讯系统,网路分析,最适路径,效用理论
一,绪论
台湾地区位处菲律宾海板块与欧亚板块的交界地带,由於板块互相挤压的结果,是世界
上有感地震最频繁的地区之一,该地震带发生的次数约占全球地震总数的68％以上(台大土
木研究所都市计划研究室,77年).921震度七级地震之灾后两周内,余震不断,而地震所带
来的心理面的恐惧,迫使大量居民移往学校(56.8%),公园(19.73%),其他及空地(23.47%)
(921集集震灾都市防灾调查研究报告,1999),各避难据点由於未事先被规划指定,水电,
通讯中断影响临时安置生活机能;更由於震害导致道路中断,居民避难行径过程险象环生.
灾害管理中事前建立资料库与模拟完善的避难疏散路径,有其必要性,为了使地震发生
后,道路路网的运作功能能够掌握,确保人员避难疏散路径之安全性,且有效率的导引至事
前规划之避难场所,迫切需要一套较完整的避难疏散策略:预先规划严谨的安置空间与最适
疏散路径(安全与效率兼顾).
而921大地震虽带来了惨痛的教训,同时也提供了许多宝贵资讯,丰富的调查报告使相
关地震研究更为真实,本研究拟以921地震之调查资料建构一套适合於地震灾害发生之人员
避难疏散路线选择模式,探讨如何兼顾安全及效率的方式,引导居民到达规划的避难设施据
2
点,并透过地理资讯系统网路分析功能进行模拟分析,使避难疏散路径模拟更为真实性,以
作为规划防灾避难场所空间及划设避难分区之参考基础.
二,研究方法与架构
本研究之避难疏散最适路径选择模式乃结合安全与效率两项指标.安全方面系采路段阻
断风险机率作为路段选择之安全性,其风险推估模式构建,系由地震危害度分析与建筑物结
构耐震设计原理两部分所构成,大致分为以下六个步骤:
1.决定地震特性基本方程式.
2.根据建筑物结构耐震设计推估建物地表崩塌加速度.
3.透过地震衰减方程式计算建筑物抗震规模.
4.进行工址地震危害度分析.
5.计算路段之街道调和比(H/D)与建筑物密度.
6.路段阻断风险推估.
效率方面则考量路段环境实质条件及避难人口分派所造成避难路径所需之旅行时间延滞
来反应路段效率.模式中将避难人口透过土地使用特性与强度,进行人口分派,并依据路段
特性与分派人口数,依据人流密度与速率关系,进而计算旅行成本,大致分为以下三个步骤:
1.路段旅行成本考虑因素分析.
2.路段避难人口数分派.
3.路段旅行成本值推估.
然而「安全」与「效率」两种因子因其属性截然不同,两者间亦无明显的区分标准,为
建立均衡准则以衡量全部价值,本研究乃采以效用理论(utility theory)作为衡量价值之架构,
作为优先次序判断之依据,以决定路网上总效用值最大之路线作为避难疏散路径.综合考量
安全与效率之地震避难最适路径产生架构图如图1所示.
图1 综合考量安全与效率之地震避难最适路径产生架构图
地震危害度分析
路段两侧建筑物
破坏机率
路段阻断风险机率值
路段阻断风险效用值
(安全指标)
道路实质条件分析
旅行成本效用值
(效率指标)
人流密度与速率关系
分析
避难人口分派
旅行成本值
路段总效用风险评估,即透过避难人口区
位至避难据点间之最大效用值路径搜寻方
法取得最小风险(最适)避难路径
3
三,避难疏散最适路径模式构建
3.1 路段阻断风险推估模式
道路阻断与否,在本研究中系假设为路段上建筑物倒塌为主要考量因素,然而路段於地
震发生后是否产生阻断,仍需视路段建筑物之抗震能力来决定;若建筑物具有足够强度能抵
抗地震所产生之水平加速度,则该路段遭建物倒塌受阻之机率将愈小,反之,受阻机率越高.
因此,本研究以路段建筑物工址强度代表该路段之抗震能力.另亦不考虑地震在时间上与空
间上是如何发生,仅依地震衰减方程式的特性及地震规模的分布,推导地震发生所造成之危
害度.然后,再引进地震发生模式,以探讨某时段内之工址地震危害度.
1.地震危害度计算方式
地震危害度分析主要是运用统计方法,再结合地震学与地震工程的理论而成,其模式基
本应考虑四项地震发生之重要因素,即地震规模,震央距离,震源深度及发生频率等【洪李
陵,许明德(1993),鲍福星,吴显明(1992)】.今假设震区发生一个规模大於mο的地震,
以至於工址i处的最大水平加速度大於x之机率为:
Pi=P(X>x|一个地震) = ∫∫∫∫ fM,R,H,Mu(m,r,h,mu)dmdrdhdmu (1)
f(m,r,h)>x
式中,M,m:地震规模
R,r:最短水平距离,公里
H,h:震源深度,公里
Mu,mu:规模上限
fM,R,H,Mu(m,r,h,mu):该震区地震规模,震央距离,震源深度与规模上限之联合密度函
数(Joint PDF)
f(m,r,h):地震衰减方程式,且假设其反函数
m = g(x,r,h)
r = k(m,x,h) 均存在.
h = l(m,r,x)
(1)式为一四重积分式.四个变数中,地震规模之性质可由芮氏规模定则得知,而
震源深度及规模可由地震资料来推算,因此,当考虑地震规模与深度为已知时,如何推
求最短水平距离,使得地表最大水平加速度X大於x,因此,上式可改写为:
mu2 hu mu
Pi = ∫ ∫ ∫ P(X>x) fM(m) fH(h) fMu(mu)dmdhdmu (2)
mu1 h0 m0
式中,P(X>x):地震发生后,工址处地表最大水平加速度大於x之机率.
fMu(mu):规模上限之机率密度函数,mu2 ,mu1 为其上,下限.
fM(m) :地震规模之机率密度函数, mu ,m0 其上,下限.
fH(h) :震源深度之机率密度函数,hu ,h0 为其上,下限.
於已知最大水平加速度x,震央距离d及震源深度h时,所需最小地震规模m为:
m = g(x,r,h)
4
即可得到工址I处的最大水平加速度X大於x之机率如下:
1 ,mmu
假设地震发生频率符合poisson分配,且地震平均发生率λ为离散随机变数,则t时间内,
无地震发生机率为:
因此,於t时间内发生至少一次以上之地震机率为:
P=1-P0(t)=1-e-λt
若令P[X>x]i 为震区发生一次地震而造成工址的随机最大水平加速度X大於指定值x之
机率,则震区发生破坏性(即X>x)的地震次数也是poisson分配,而其平均发生率为Pi λ,其
中λ为震区规模大於m0之地震平均发生率.因此,震区造成P(X>x)为此震区t年内破坏性
的地震发生一次以上之机率,亦即第一次破坏性地震发生在t年内之机率,其表示式为:
P[X>x]i=1-e-Piλt (4)
2.建筑物抗震强度计算方式
建筑物所能承受之地表崩塌加速度的计算方法,今以一简易耐震公式(李景亮,粱英文,
1999)来描述建筑物所能承受之地表崩塌加速度xc,…… 全科论文中心http://www.issncn.net
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