时事

未雨绸缪多了解建筑抗震系统
作好防震准备

英迪队伍在“2017抗震杯”夺得4个奖项。左起为倪家锴、彭惠瑜、利宏斌、萧佳敏和蔡元豪。

对马来西亚来说,这是一个“输在起跑点”的比赛。

原因是,我国不是地震国家。



然而,这次英迪队伍前往台湾参加“2017抗震杯”,竟抱回4个奖项为国争光!在一场以抗震为重点的赛事,来自地震带以外的他们究竟是如何办到的?

较早前,一支来自英迪国际大学(INTI)土木工程系的队伍在台湾举办的“2017抗震杯——地震工程模型制作国际竞赛(IDEERS)”研究生组夺得4个奖项,分别是结构设计奖、建筑美观奖、设计理念展示奖及最具冠军相奖。

该队伍的4名成员包括蔡元豪、萧佳敏、倪家锴、彭惠瑜以及一名顾问讲师利宏斌。团队在接受《南洋商报》专访时表示:“正是因为我们不是来自地震国家,所以面对的挑战更大,我们要比来自地震国家的参赛队伍更努力!”

他们还笑说,记得在做简报时,有提到马来西亚是一个很少发生地震的国家,就有人问道:“真的吗?那为什么你们参赛?”

虽然大马不处于地震带上,但也不是没有发生地震的可能。在2015年,沙巴兰瑙曾发生5.9级地震,造成16名攀爬沙巴神山的登山者罹难;一项研究报告也显示,大马下方的古老断层线已被重新激活,地壳板块有轻微移动的现象,这意味着我国有可能面临地震的危机。



“因此,防患于未然很重要。该项比赛以台湾九二一大地震作为一个实例背景,目的是希望提升全球人民的地震意识,随时作好防震准备和地震防灾教育。”

旨在推广地震工程防灾教育

该项常年赛事自2001年起由台湾国家实验研究院与英国文化协会联合主办,旨在推广地震工程防灾教育,鼓励学生借由参与科学竞赛激发创造力,并让各国年轻学子有同台竞技的机会,藉此提升年轻一代的国际视野与专业能力。

迄今历经16届的抗震杯,国内外参赛学生总数超过6500人,参赛国家包括英国、美国、日本、韩国、新加坡、印尼、印度、香港、马来西亚、越南、纽西兰、澳洲、贝里斯、菲律宾、瓜地马拉等。

与历年相同,今年的比赛分为高中、大专和研究生组,共有110支队伍参赛,其中有38支国外队伍,参赛总人数达546人。

利宏斌(右二)鼓励团队跳出既有知识的框框,发挥天马行空的想象力。

以吉隆坡塔为设计蓝本

在英迪队伍中,其中有3人(蔡元豪、萧佳敏和倪家锴)曾在2015年到台湾参加“抗震杯”大专组,获得了耐震奖和设计理念奖。今年是他们第二次参赛,这次参加的是研究生组。

他们今年的参赛模型以吉隆坡塔(KL Tower)为外观设计蓝本,高达190公分,是全场最高模型,并以此夺得建筑美观奖。

共有4层的建筑模型每层安装隔震装置,能达至最强的减震效果。

带来新突破

团员异口同声说:“大部分外国人最耳熟能详的是国油双峰塔,而我们也想让他们知道吉隆坡塔亦是大马最高的标志建筑之一。”

利宏斌解释,虽然大马没有发生地震,但邻国如印尼是地震国家,大马依然会受到余震的影响。余震的威力虽不比地震强,但还是会造成高耸建筑摇晃的危险状况。

“因此,真正的吉隆坡塔是设有防震系统的,但我们设计的模型较适用于地震国家。”

吉隆坡塔模型因其创新概念而获得结构设计奖。在历届赛事中,参赛者的建筑模型只有基层设有防震装置。英迪队伍此次带来新突破,在共有4层的建筑模型每层安装隔震装置。这一做法能够大幅度减低震动的感觉,最高层尤其能达至最强的减震效果,也就是说舒适度最高。

英迪队伍的参赛模型以吉隆坡塔为设计蓝本,是全场最高的模型,高达190公分。

遇上惊险事差点被淘汰

该项比赛一连举行3天。第一天是“抗震杯研究生组国际研讨会”,参赛队伍先在研讨会中阐述模型设计理念,以及防震、隔震与減震消能的方法,提供各国参赛者与国际接轨的机会,并促进国内外的学术交流。

第二天,参赛队伍必须在6个小时内完成模型制作,交由评审审查并决定模型载重后,才能参加接下来的竞赛。

原以为6个小时的时间非常足够,团员们却反应很大地说:“那是刚刚好而已!”听了他们一番讲解后,明知讲出去的话泼水难收,却很想把“原以为……”的话收回来。

“大会规则很严格,只允许现场组装模型。不是把提前做好的小部件组装起来,而是必须从零零碎碎的小零件开始组装。我们在练习组装时通常约需8至10个小时,所以要在限时内完成组装真的很不容易,而且现场气氛令人很紧张,压力超大!”

在组装过程中,团队还遇上一件惊险事而差点被淘汰。他们发现模型的底层面积出现问题,评审告知如果他们按照原本的方式摆放,只要轻轻一动便会马上被飞出局。大幸的是,他们临时想出一个决策,决定把底层的面积缩小再作调整,才成功过关。

他们将制作好的模型安装在振动台上。

模型抗震测试

第三天才进入重头戏,模型抗震测试正式开始!研究生组的模型一律于每层楼加上10公斤,总计40公斤的铁块。

参赛队伍可自由设计各种隔减震装置,让模型刚好在比赛规定的地震力(1050gal)下倒塌,才能获得最高分。

“这个难度在于,单是建造一个坚固不倒的建筑是不行的。如果模型无法再比赛规定的地震力下倒塌,分数会倒扣。”

“在前往台湾参赛以前,我们已使用大学研发的一个小型振动台进行测试,以确保模型可以负荷比赛规定的地震力。此外,我们也必须控制模型的移位范围,以免模型在设定范围外碰触到指示器而被淘汰。”

增设“隔减震创意奖”

今年,大会也为研究生组增设了“隔减震创意奖”。评审团从参赛队伍中挑选最具潜力的8组队伍,英迪队伍成功入围其一。透过在模型上安装感测器,实际量测模型顶楼的加速度,以了解其隔減震效果。

进行测试时,模型是安装在一个振动台上。在这之前,均事先记录每一个参赛模型的质量(质量越重表示用了越多材料,分数越低),模型测试中则会记录造成该模型破坏时的地震强度,这些数值被用来计算每个模型的效率比。

★团员感言★

蔡元豪

●蔡元豪对地震的历史研究很感兴趣

我们花了3至4个月研究和设计整个模型,希望可以用最低的成本制作一个防震效果最强的模型。其中最大的挑战是寻找合适的材料,我们试过很多不同的材料和方法,做了四五个样本都不太满意,过程中经历了无数的失败。最后,我们从失败中学习找出其中的弱点,一点一点地修改,才成功完成目前的样本。

这是我第二次参加比赛,因为我对地震的历史研究很感兴趣,想了解更多人类如何面对和解决天灾的问题。比赛场地设在台湾国研院国家地震工程研究中心,这让我有机会看到各种先进的设备及高科技精密仪器。

萧佳敏

●萧佳敏团队合作创造成功

我在2015年曾参加大专组比赛,这次想挑战研究生组,因为它的挑战性更高,从材料、概念、设计、组装全都必须由参赛者一手包办。

在筹备的过程中,我们会先讨论比赛当天要如何解决一些突发问题,并事先分配好工作,以免到时手忙脚乱。我们也会准备所有制作模型所需要的材料备份,以防万一有损坏的情况发生。由于我们已经作好充足的准备,所以比赛过程所遇到的问题较少。

这就是团队精神的重要性,只有团员彼此互相合作才能创造成功的可能。

彭惠瑜

●彭惠瑜与各国学生交流切磋

去年我是以观摩的身分出席“抗震杯”,今年则是亲身参与其中。我曾参加英迪举办的小型抗震模型制作比赛,这次有机会到更大的平台与来自各国的学生交流切磋,确实是大开眼界!

在比赛现场,我们看到每个国家的代表队伍都会在作品中融入自身的文化特色,如香港队伍制作的是一个龙模型、菲律宾队伍以原住民建筑为外观设计概念等等,他们所应用的结构和机械设计都是非常新颖的。

从约两年前在沙巴发生的地震来看,证明我国也不完全是零地震;为了预防更恶劣的情况发生,我们应该未雨绸缪,多学习和了解地震国家的建筑抗震系统的设计和功能。

倪家锴

●倪家锴认识不同文化背景的人

讲师时常鼓励我们多参加国内外的比赛,不但可以学习课本以外的知识,也可以扩大交友圈子。我喜欢广交朋友,认识不同文化背景的人,见识不同的设计概念。

有时候,我们想到一个概念,可是不知道该如何下手,但他们却可以做出来;有时候,他们想到的点子,我们也想到,但就是做不出来。所以,我认为请教是最好的学习方式。每当有机会与其他参赛队伍互动交流时,我就会把握机会,趁机向他们请教制作方式、构造理论、零件使用等。

顾问讲师利宏斌

●顾问讲师利宏斌拓展知识 提升软技能

我相信参加比赛可以拓展学生的知识和提升软技能。虽然我们没有经历过地震,但可以透过书籍和研究进一步提升对地震的认识和了解,接着再透过比赛学以致用,这才是学习的最终目的。

这个团队的成员都是我精挑细选的精英,他们每个人的背景、专长、个性都不同。当彼此愿意互相配合时,合作无间是必然的。这个比赛不仅提升了学生对地震的认识,也促使他们建造出一个完整的抗震结构系统。

在进行筹备的同时,学生也得兼顾课业,所以时间上必须做好安排。他们通常都是利用课余时间开会讨论,有时甚至会熬夜赶工,竭尽全力把模型做得最好。

我会鼓励他们跳出既有知识的框框,比赛需要发挥天马行空的想象力,创意与创新往往就存在于大自然和日常生活中。

反应

 

优生活

板块改变大马有地震风险 抗震技术保命关键

【大马建筑的灾难?】上篇

原文/图片提供|官友维(建筑病理学家)、Azlan Adnan教授(地震结构工程师)

报道整理/翻译|叶诗妮   

2024年才刚开始,国际间就发生了两次骇人听闻的大地震,一个是日本的能登半岛的7.6级地震,另一场则是台湾花莲发生7.2级大地震。

随着板块的漂移,两起地震也让部分马来西亚人担忧,我们这里会有地震吗?地震来了我们的建筑物该怎样办?

1月1日当大家还沉浸在迎接新一年的欢乐气氛时,日本能登半岛就发生了规模7.6级大地震。能登半岛大地震造成的经济损失和人员伤亡非常惊人,但更可怕的是地壳板块活跃且频繁的运动。

日本政府进行灾后检讨工作的时候表示,能登半岛大地震之所以死伤无数、损失惨重,主要是当地建筑的抗震达标率偏低,再加上人口老龄化。

花莲建筑抗震技术

反观4月3日台湾花莲发生的7.2级大地震,震央在花莲县政府南南东方25公里的东部海域,离陆地很近,地震深度15.5公里,属于极浅层地震,全台都感受到剧烈摇晃。

这是当地自25年前的9·21地震以来,台湾规模最大的地震,但无可否认的是,台湾吸取过去20年的经验教训,不断提升建筑抗震技术打造韧性更强,能够抵御天然灾害的社区,果然就在紧要关头发挥了平日可能被忽略的功能,大大降低死伤人数和经济损失。

其中,在地震后严重倾斜的天王星大楼就备受国际媒体关注,大家都想要借鉴台湾的经验,重新审视自己的都市规划。

很可惜的是,马来西亚对于地震的理解和关注都非常低,但是最近几年频频发生的地震事件都一再提醒马来西亚的当权者和民众,不可能在板块移动的自然灾害中置身事外。

邻国强震改变地质结构

我们看数据说话。

沙巴州尤其是北部的东海岸地带自1987年以来,就发生不少于80宗的地震事件。

2022年2月,印尼苏门答腊北部发生6.2级地震时,马新两地都能感受到强烈余震。虽然相较之下,马来西亚过去确实是地震活动较少的国家,但是自2004年印尼亚齐发生9.1级超大地震后,马来西亚半岛的地震活动就不断增加。

科学家分析认为,2002年的超大地震改变了半岛的地质结构,导致各个断层的地震活动重新被点燃。造成地震的主要原因是板块异动,如果要谈论马来西亚究竟会不会有地震的风险,也同样要从板块的异动层面来探究。

1千年后再苏醒

东南亚毗邻印度-澳洲板块和欧亚板块之间的边界,也称为巽他大型逆冲区。

在休眠了大约1000年后,一段长达1600公里的断层突然滑动,导致亚齐和缅甸之间的海底隆起,发生了一场大地震和2004年的印度洋海啸。

3个月后,仅仅再往南一点,锡默卢岛和尼亚斯岛下方350公里长的断层突然滑动,也引发了另一场毁灭性地震,也掀起规模较小的海啸。

虽然马来半岛位于巽他板块相对未定的部分,却受到地震多发的苏门答腊断层和俯冲带的地震影响。

除此之外,蒂蒂汪沙山脉和克罗克山脉也有一些活动断层。

大马确有地震风险

想要更明确的知道马来西亚有没有地震风险,那一些地区属于地震的高风险区,就需要了解峰值地面加速度(PGA,指地面在地震波作用下沉声的最大加速度,反映地震对建筑物及人体的破坏程度)这个概念。

●在沙巴州,拉瑙(Ranau)、古达(Kudat)和拿笃(Lahad Datu)地区的PGA值最高,超过12%。PGA是地震期间特定台站记录的最大速度增量。

●在砂拉越,Niah的PGA值适中,为9%。其他危险地区包括美里、丰盛港和斯里阿曼。

●在马来西亚半岛,武吉丁宜的PGA值适中,为9%。其他具有中度地震风险的地区包括吉隆坡市中心、瓜拉庇劳、曼绒、天猛莪和肯逸。

处在地震带之中

实际上,我国自1973年起,吉隆坡1000公里范围就发生了超过50次6级以上的地震,沙巴亚庇1000公里范围内则发更过221次。甚至也有学者认为,我国已经不再处于环太平洋火山地震带之外,而是之中,沙巴、砂拉越甚至有可能发生高达7级的地震。

虽然并不是所有学者都认同这样的说法,但是我国过去发生地震的次数确实越来越频繁。

国际常见10种抗震技术

悬浮结构:

地基是建筑物的基础,当地基被挤压,地表上的建筑物就会发生灾难性的破坏。使用悬浮结构将地表建筑和地基分离开来,中间加上由轴承组成的“悬浮层”,当地震袭来时,地基发生的剧烈晃动对地表建筑造成的影响将被极大地减小。

减震器:

原理来自汽车,是一套由弹簧和液压系统组成的结构,能够将动能的一部分吸收转化成热能,从而降低动能对建筑物的撕裂效应。

阻尼器:

台北101大楼使用的抗震技术,将建筑物的摆动产生的能量传导至大圆球,大圆球由于惯性作用向相反方向摆动,保护建筑物不变形。

可更换的保险丝:

将保险丝的逻辑运用到建筑当中,将整个建筑物从头到脚用垂直的可更换钢缆“缠紧”。这些钢缆就像皮筋一样,可以将整个结构受力。当地震发生时,钢缆可以吸收相当大一部分的动能,保持建筑物的结构端正。

摇摆墙:

在核心墙上继续加装一些弹性强化装置,比如可调节的钢筋等。

地震波隐形衣:

透过特殊的物料,吸收震源发出的地震波。

形状记忆合金:

以钢铁和混凝土作为建筑材料,虽然坚固但是耐受力低,最新的建筑材料,形状记忆合金(Shape Memory Alloys)。可以比现有的建筑用钢在弹性上提30%的水平。

碳纤维加固:

用碳纤维和尼龙、聚酯、乙烯基质等化纤材质的线缆缴合在一起,捆绑在建筑物的承重结构上,比如桥梁的桥墩、建筑物的承重墙,用较低的成本实现对非抗震结构建筑物的抗震加固改造。

生物材质:

灵感源自于甲壳类动物以及蜘蛛丝,研制出一种柔韧的建筑材料。

纸板:

纸板结构非常坚固,兼具弹性,质量极轻。用这种材质结构建造的建筑,抗震性能较。

需赶上“抗震”脚步

地震的发生可能引发许多可怕的灾害,包括山体滑波、泥石流、海啸、水灾、火灾、爆炸、毒气泄漏、停水断电等等。

虽然经过地质学家多年的努力,现代科技有不少能够预测地震的方式,但没有任何一种方式能够真正的预测地震发生的确切时间,更加不可能阻止地震发生,但是我们却能够通过不同的方式尽可能的降低地震造成的人命伤亡、社区破坏以及经济损失,确保建筑物都具备抗震的能力就是最重要的举措。

马来西亚自2017年才开始落实抗震结构设计规范,来确保一些关键领域的公共建筑、基础设施能够在紧急时刻继续运作。但是住宅、房屋、学校则没有强制规定,主要取决于地方当局是否执行。不具备约束力的法案执行率自然偏低。

保人命非建筑物

多年以来,国际间积极研究各种抗震的科技原理及建筑材料,截至目前为止可以细数出高达10种的抗震技术,但需要注意的是,抗震技术最终的目的是为了保人命而不是保建筑,最重要的目的是为了让人能够在危难发生之际争取时间逃命。

10种抗震技术并非每一种都已经成熟发展,还需要更多的时间才能验证。

参考世界各国的耐震规范,主要都是主张小震不坏、中震可修、大震不倒的原则。而马来西亚在抗震技术这一块还有很多没有完成的功课,除了跟上国际间抗震技术的脚步,制定明确的抗震规范法案,还有更多的教育工作。

3大要素保社区人命

国际媒体BBC分析,台湾之所以能够在这一次的花莲地震中避免严重的后果并非侥幸,而是总结了过去20年的惨痛的经验教训确实作出了地震的防范工作。

反观马来西亚,我们对地震的认识又有多少呢?马来西亚能不能够从过去每一次的地震中掌握到大自然发出的信号,积极部署全面的抗震计划,是未来我国能不能逃过地震灾害的关键。候种族隔离

联合国人权专家菲利普·阿尔斯通提出了一种全新的概念,他认为随着全球暖化的问题日益严重,世界正在走向“气候种族隔离”的时代。如有的人用钱来抵御极端天气、饥饿和冲突,穷人则被遗留下来承担所有的恶果。他认为,唯一的解决方案就是政府对经济进行重大改造,积极应对气候变化。

与这样的说法不谋而合的是,联合政府当权之后就成立了一个全新的天然资源与环境永续部,但是这个部门是否能够让马来西亚如愿追上落后多年的环境规划理念与政策还是未知数。

 

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