将旧的建筑群改造得符合现代抗震设计标准是一项令人却步而且费用昂贵的工程。但是神户地震导致的损失告诉我们，无所行动将会付出更大的代价。

神户的行政官员、建筑工程师和150万居民正从1995年1月17日袭击自己城市的那场地震的灾难性后果中重新振作起来。他们制订了一个雄心勃勃的10年重新发展规划，经过两年多的努力，已开始把神户改造成日本首座重新设计的21世纪城市，因而在抗震方面可能是最安全的城市。该规划的重点是“灾害防护居住区”：宽阔的街道起着隔火带的作用，两条主要通道——公路和铁路——横穿城市。规划中有一个神户新机场，增设了一个初期地铁系统和一个以备紧急情况使用的由钢板制抗震泊位组成的港口。

人们希望工程师们从神户大地震中获得的启示，能对日本及其他国家今后的减灾工作有所帮助。今后20年之内极可能会有一场破坏程度类似的地震袭击东京。早在1923年，东京附近发生过一场大地震，之后一直未再发生。一些地震专家认为东京目前的状况实际上并不比震前的神户好多少，一场差不多大小的地震将导致巨大的破坏和人员伤亡。神户之震是一个及时的警告，世人应该尽快吸取其教训。

世界上所有处在地震带上的年代久远、设计落后的建筑群都有更新换代的迫切需要。这可以采用加固现有建筑结构的方法，也可以另外引进一种反馈控制方法以减轻地震所引起的震荡和破坏。在过去10年里，对地震反馈控制方法进行的研究有多种多样，也取得了一些成效。如果能将引入的资金更充分地投入到经过试验为可靠、有效的应用技术的研究和实施上去，成效会更大。这些技术用来对年代久远的建筑进行翻新改造，如下文中将谈到的地基隔离层和一些吸收能量的构架方式。

来自神户的教训必须吸取，而且越快越好。因为在美国和日本等国的抗震新技术领域存在一种真正的危机，其研究日益复杂和多样，可能把人们的注意力从这样一个事实转移开，那就是对一些基本标准的简单研究就能有效减少地震事件对现有建筑环境的影响。

神户地震及其后果

1995年1月17日清晨，一场6.9级地震瞬间袭击了日本南部中心地区，引发了重大的灾难和破坏。日本已有46年未经受这样大的地震灾难了。这期间每年地震时由于建筑物倒塌而丧生的人数为6人。因此，这场地震的破坏和损失之大令许多人震惊，包括建筑设计工程师和风险评估专家。神户的死亡总人数超过6000人，另有3.5万人受伤。这场灾难导致的直接经济损失据保守估计为1300亿美元，成为人类历史上损失最严重的自然灾害之一，也是袭击发达国家的破坏性最大的一次灾害。地震全过程发生在20秒钟内，其间持续产生强烈地面震动。加上经济混乱和生产力下降造成的直接和间接损失，最终损失超过2000亿美元。

实际上整个日本被划为中风险或高风险地震带。从理论上讲，神户与其东420公里的东京一样是高风险地震发生区。但由于在过去的1000年里没有一次破坏性灾难袭击神户的记录，日本的地震预报专家们把发生这种情况的机率估计得很小，认为不可能发生如1923年那样的关东大地震（在那次地震中，死难者达14.2万人）。

1995年的神户地震由于三方面因素的共同作用而特别强烈。首先，震源距地面很近：主要震源距地面仅14公里。其次，水平和垂直地面加速度异常强大。根据重力加速度g的百分比计算，包括整个神户在内的大范围区域内，水平方向平均为重力加速度的50%~90%（比通常的估计高出50%~150%），垂直方向为重力加速度的30%。最后，强烈的地动从震中（接近该城西-西南方向40公里的淡路岛）沿着一条断层向东北方向延伸了50公里，穿过松软的冲积沉积层，直达神户城市的心脏地带。记录到的地面运动以这一长条地带震动最为强烈。

这场地震彻底摧毁了5.6万多幢建筑（大多是住宅楼），还有11万幢严重被毁。神户的建筑群是按高标准建造，按可估计的抗震强度设计的，大都是1950年后的建筑。从其遭受的破坏程度来看，神户地震是近代以来破坏性最大的一场地震。如果它再多持续20秒，损失恐怕会更加严重。

工程设计的教训

神户地震对于日本其他地区，特别是东京，作为可能发生地震灾害的一种警示，具有什么意义呢？尽管神户事件有它特殊的地震学上的条件.但是由一场烈度更大、断层更深的地震或是一场与神户类似浅近的、中等强度的地震产生剧烈的地面运动袭击东京也不是不可能的。和东京一样，神户的大部分建筑层高为6~12层，很少有高于15层的。这些建筑遭到惊人的严重破坏，由钢筋混凝土、钢/钢筋混凝土合成建造的楼房有40%~50%倒塌或严重被毁。这种采用钢/钢筋混凝土的建筑技术主要应用于日本，在这样的抗震建筑结构中，钢柱部分由混凝土立柱包围。其他国家的标准则是采用钢筋混凝土，以钢条制成的格栅加固混凝土立柱。

神户于1981年后，采用高度抗震设计的现代建筑在地震中的表现如期望的那样，大部分幸存下来了，仅有轻微或中等程度的损坏。日本1981年后的抗震建筑条例与美国、欧洲和新西兰采用的步骤很相似，要求加固混凝土立柱，包括用相隔紧密的铁箍来增加其柔韧性（在受到压力时会变形以免遭严重破坏或倒塌）。因此在神户地震中大部分现代建筑仅受到轻微的非结构性的破坏，只有一幢楼倒塌。

大部分倒塌的建筑和交通设施的设计和建筑都未达到现代日本建筑条例所严格要求的标准，但也有例外。这反映了过去30年里抗震设计技术逐步提高的一个进步过程。例如，钢筋混凝土建筑受损记录情况表明，1971年前建造的有57%倒塌或严重损坏；在1971年和1981年间建造的有21%倒塌或严重损坏。而在那些大部分按1981年后的现代抗震条例标准建造的建筑中，这个比例接近零。总的来看，后一批建筑所受的破坏程度与那些1971年前的老建筑相比，只有其五分之一。

神户受灾严重的地区在1971年前建造的建筑群受损程度对于其他日本或美国的大城市，或世界上别的地震多发地区而言是有代表性的。受损建筑的比例接近甚至高于过去15年在墨西哥、亚美尼亚、土耳其和别的国家地震中受损建筑的比例。那些国家在抗震建筑技术方面是远远落后于日本或美国的。

和一年前在加利福尼亚诺思里奇发生的6.7级地震一样，神户地震会因三方面的重要原因而被人们所牢记。第一，它在一个被认为是作了抗震准备的地区产生了意料不到的严重破坏；第二，神户事件引起的直接经济损失远远超过了以往的任何一次；第三（也许是最重要的一点），神户对日本和其他国家更换或加固旧建筑的速度和紧迫度提出了疑问。很清楚，那些建筑更易受地震的破坏而倒塌。

意料之外的工程失误

年代的久远并不是解释神户地震中建筑毁坏程度严重的唯一原因。现代的钢筋和混凝土结构的高层建筑中也有一些严重的倒塌和毁坏现象，这就对抗震结构设计方法提出了从根本上进行深刻反思的要求。对此，有四个重要方面必需进行详尽的研究。

第一，神户的钢结构建筑有相当高的损坏比例。一些高层建筑支架的焊接板部位损坏情况出乎意料的严重，有几幢楼只要强震再持续几秒就可能倒塌。如果那样的话，就可能导致灾难性的后果，重演1994年诺思里奇地震中钢结构建筑所发生的悲剧。一些中、高层钢制公寓结构结合了新型钢构架结构体系，其中的立柱和大梁部分是大型钢制构架。观察到的受损情况有管式立柱的裂缝、宽翼缘对角线支撑部位的开裂，在更高的商用钢结构建筑中也有这些情况发生。

第二，令人担忧的是，这只是一场中等强度的地震，要不是震中与神户靠得太近，那些建筑本可经受住其本身抗震极限的150%~250%的压力。在日本或加利福尼亚的任一大城市，若发生一场更强的地震，就会造成破坏性更大的后果。建筑条例没有明确考虑到近距地震的影响，因而可能低估了靠近滑动断层的局部地面加速度之高，甚至在中等强度的地震中它也是很高的。

美国和欧洲的工程师们，越来越担心现有的建筑条例没有完全考虑到近地高强度地震的特殊情况。尤其是异常高的水平地面加速度，有些地区接近重力加速度的100%；水平地面加速度结合神户地区的垂直加速度，在某种条件下会加大到水平运动值的一倍半（建筑条例忽略了垂直运动，它可能产生过强的压力使建筑和桥梁的立柱不堪重负而断裂）；地震断层附近的低频“突进”和“杀手之脉”地动，尽管加速度很低，却能使坚固的建筑结构发生极大的偏转。比如钢筋混凝土结构的高架桥或高层建筑，对其施加一个强大的水平静力，只要持续1~2秒钟，大部分情况下就会使建筑结构遭受严重破坏，最糟的情况是倒塌。

第三，钢/钢筋混凝土立柱和普通钢筋混凝土结合使用的方法，如同日本建筑条例所提倡的那样，已经受到异议。使用前种方法的现代建筑由大量水泥或钢筋混凝土围砌I型或T型截面立柱而成。主要问题就在于两种类型的结构之间连接的困难。在日本，钢/钢筋混凝土一般只用到第6层楼板为止，第7层以上用钢筋混凝土结构。这可能就是神户的现代混凝土建筑从中等高度开始损毁的比例异乎寻常之高的主要原因。

最后，神户的许多新建筑，特别是大型建筑，是建造在很松的新的冲积土层和形成不久的近海岛屿上的、遭到严重地震破坏的大部分大型商用、工业用建筑和交通系统底层结构都是建在软土层和新开垦的土地之上的。水边及附近地区由于土地液化，横向延展和沉陷所引起的水土流失，那里的工业损失最为严重。尽管建筑工程界已努力想方设法加固围垦地区以抗地震，大部分地区还是未经充分的抗强震试验就投入使用了。多种技术被结合起来应用，但还是遭到了巨大的失败——大部分港口边的挡水墙倒塌，随之而来的土地沉陷导致了许多建筑物和港口设施的破坏。

革新的建筑方法

由于神户发生地震的可能性比东京低，在受地震袭击的地区只有两幢楼建造时采用了地基隔离层。这种技术使用高阻尼橡胶支架支撑立柱，因而降低丁由地动传至建筑结构的压力强度。这两幢楼在地震后均完好无损，但它们离震中较远（35公里以上），未经受地震引起的全部负荷。然而，隔离层起到了预期作用，且两幢楼在震后仍可完全使用的情况使设计师们受到了鼓舞。

将这种技术和其他革新的建筑方法结合应用到地震区的新建筑中去还是大有潜力可挖的。虽然所需的费用会大大超过应用传统的抗震技术，但基于其改进后的作用和较低的维修费用来考虑还是经济的。特别对于那些极重要的建筑和设施而言，如医院和消防站。

地基隔离层只是改善建筑结构，减缓强烈地震对建筑物造成的灾难性后果的一种方法，这样的方法还在不断增加。日本、美国、新西兰和其他国家在过去的20年里研究了许多在建筑物内部或围绕建筑物设置的应用电脑控制液压装置的低阻尼（耗能）设施和主动式控制方法。发现这些方法都有各自的问题，有一些需要额外的费用，占总建筑费的10%~20%（尽管与旧建筑在震后所需的高昂修补或修复费用相比，这些数额还是可以接受的），而其他是因为方法复杂，在大地震起始和发生期维护和使用起来有难度（特别是主动式控制方法，需依靠电脑控制设备。）

与其他国家相比，日本的工业研究公司在现代地震控制的技术上可能更为先进。但即使在日本，使用了一种反馈控制方法的建筑还是很少的，在有风险的地区远不到全部建筑的1%。过去10年中，美国、新西兰和欧洲政府资助的地震研究中心在被动和主动式控制方法的发展和试验方面兴趣有很大扩展。所缺少的是在建筑业主和开发商中的一种普遍愿望，去将这些技术付诸实施，并提前出资或追加投资以改进现有的建筑结构。这部分原因也许在于现有方法的极其多样性，没有一种方法是足够有效或能满足多方面用途而足以作为一种市场先导。

将来怎么办？

在工程师中间有一个普遍的看法，他们认为建筑业主和开发商今后应该更乐意为专门的工程设计和建筑方法投资以确保建筑结构的安全。如果事先就设计好适当的抗震系统，它的费用是很低的，仅占整座建筑造价的百分之几。但如果日后再改进的话，费用就很高了。事实上，对一座现有建筑作翻新改造的费用跟建一座新楼的费用相差无几。对日本或加利福尼亚的任一座大城市来说，把所有建筑加以翻新以提高50年有效使用寿命所需的总费用将是庞大的，可能高达500~1000亿美元。很清楚，这笔费用和相关的建筑项目将长达许多年，并且无法从常规的政府或私人渠道获得资金。除去资金这一明显的阻碍因素，来自神户的教训是：政府的经济学家和城市设计者们必须立即改进较危险的旧建筑群和基础设施。在日本和美国，这些建筑比起按现代设计条例标准建造的建筑在地震中的损失显然要高出10倍。

神户的大灾损和破坏可作为位于地震带的大城市忽视旧建筑存在的危险隐患而可能付出代价的一个例证。本文观点是，进行改进所需的费用应是可以接受的，工程师们有能力和技术去完成这样一个计划，但是到目前为止还缺少政府的全力支持。也许神户事件能促进这种观念的形成，但记忆是短暂的，其他受地震威胁的城市急需尽快采取行动来避免同样的事件发生。

[Nature，1997年5月15日]