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伊斯坦布尔地震后的火灾隐患

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地震后的火灾是很少认识到的风险，在地震区的木材建筑大量库存。有方法可以量化这种风险，本章提供了旧金山、伊斯坦布尔和蒙特利尔的例子。有许多机会可以减少这种风险，并提供了有关减少消防站脆弱性和改善紧急消防供水的例子。然而，一旦实现，就需要保持警惕，以维持这些缓解措施。

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13.1简介

地震后火灾指的是一系列事件或一个随机过程起因于一次大地震。火灾发生在所有对人类居住区产生重大影响的地震之后，但通常只有在主要由密集建筑组成的大都市区才会出现非常严重的问题。在这种情况下，多次同时点火可能导致灾难性的火灾，这是迄今为止造成该事件损害的主要因素。地震活动频繁的地区，包括日本、新西兰、欧洲部分地区和北美西部，主要由密集的木质建筑组成的大都市区尤其危险。伊斯坦布尔是一个主要的大都会地区，经常发生大地震，历史上也曾发生过大规模火灾，因此地震损失后的火灾可能性是本章的重点和重点。

例如，以燃烧面积平方公里来衡量的大火，并不是地震后火灾所特有的——事实上，伦敦(1666年)和芝加哥(1871年)的大火只是和平时期与地震无关的一连串城市火灾中最值得注意的。伊斯坦布尔在其漫长的历史中曾发生过多次大型火灾:

1509年发生的那场被称为“小审判日”的大地震，对这座城市的砖石房屋造成了严重的打击。由于担心地震的进一步影响，人们开始建造木头房子，在很短的时间内，伊斯坦布尔变成了一个木头房子的城市。这不可避免地导致了城市火灾数量的迅速增加。1765年和1894年的地震也造成了可怕的破坏，伊斯坦布尔最大的敌人一直是火灾。有时这些火会从金角湾的岸边开始，一直燃烧到阿克萨雷，甚至马尔马拉海。伊斯坦布尔最近几次大火分别是1865年的霍卡帕亚大火、1870年的贝奥卢大火、1911年的拉利里大火、1912年的格迪克帕哈大火和1918年的西巴利-法提赫-阿尔塔姆默尔大火。1941年，最后一场这样的大火烧毁了芬纳区的大部分地区2003)．

尽管如此，历史上和平时期最大的两次城市火灾都是地震之后的火灾——1906年的旧金山和1923年的东京，后者导致了14万人死亡中的绝大多数。

尽管专业化的消防服务、改善的供水和更好的建筑实践在很大程度上消除了伊斯坦布尔与地震无关的大型城市火灾，但仍然存在一个缺口，一个致命的弱点，那就是地震后的火灾。这是由于一场大地震同时引起大量点火，降低建筑物的防火性能，降低供水管道的压力，使通信和运输路线饱和，从而使一些火灾迅速发展成超过当地资源的大火。人们没有充分认识到，现代消防的关键是专业消防员在结构火灾的早期阶段训练有素的快速反应，及时到达并在相对可行的情况下扑灭火灾。例如，城市消防部门的典型响应目标是从报告时间到到达的4分钟。如果由于反应迟缓或缺水而延迟灭火，单个结构火灾就会迅速蔓延到邻近的建筑物，并发展到需要整个城市的消防资源，甚至可能需要邻近社区的援助。这是单点火器。简单地说，大多数消防部门的规模或装备不足以应对大地震后的火灾。大地震及其相关火灾是一个低概率事件，尽管有非常高的潜在后果，但充分准备可能是不可行的。

13.2地震火灾分析

解决任何问题的第一步是分析问题并量化其影响。20世纪70年代后期，人们发展了一套完整的地震火灾概率分析方法(Scawthorn等。1981)，并适用于北美西部的主要城市(斯考索恩和哈特1992)、日本和伊斯坦布尔，具体方法见(Scawthorn et al.)。2005)，因此在此只作简要回顾。综上所述，该过程的步骤如下:

地震的发生对建筑物和物品造成损害，即使是打翻东西(如蜡烛或灯)这样简单的损害。
点火无论建筑物是否损坏，地震都会引起火灾。引燃源有很多，从翻转的热源，到磨损和短路的电线，到有放热反应的溢出的化学物质，到物体摩擦摩擦。
发现-在某些情况下，由点火引起的火灾将被发现，如果它没有自动熄灭(这方面将在下面进一步讨论)。在地震后的混乱中，发现可能需要比其他情况更长的时间。
报告如果发现火灾的人不能立即灭火，则要求消防部门作出反应。为了让消防部门做出反应，必须向消防部门报告。通信系统功能障碍和饱和将延迟许多报告。
响应-消防部门随后必须做出反应，但他们可能不得不应对的非火灾损害紧急情况(例如，建筑物倒塌)以及交通中断。
抑制-消防部门必须扑灭大火。如果消防部门成功了，他们就会转移到下一个事故中。如果消防部门不成功，他们会继续试图控制火势，但火势会蔓延并变成一场大火。成功或失败取决于许多因素，包括供水功能、建筑结构和密度、风和湿度条件等。如果无法控制火势，则在燃料耗尽或火势到达防火带时结束。

这一过程如图所示。13.1这是一个消防部门的行动时间表。对于地震后的火灾问题，时间是至关重要的。在该图中，横轴为Time，从地震发生的时间开始，纵轴为一系列宽度不等的水平条。每个条形图都描绘了一场火灾的发展，从点火到规模的增长或增加(大小由条形图的宽度或数量表示)。地震后火灾是一个高度非线性的过程，其建模精度不高，因此在许多情况下，唯一明确的结果是区分少数小火灾与大火灾的情况。

13.2.1风险资产和点火

引燃是震动强度和暴露在震动下的建筑面积总量的函数——建筑物越多，引燃源就越多。数字13.2显示总建筑面积(平方。m，每0.01°网格单元)。尽管伊斯坦布尔在历史上主要由木质建筑组成，但近几十年来，该地区的建筑库存几乎全部变成了砖石和钢筋混凝土——防火很好，抗震却令人怀疑。

数字13.3显示了预计将在伊斯坦布尔附近的北安纳托利亚断层发生的7.5级地震的估计震动强度2003)．实际的点火次数因地震动场景而异——对于M7.5事件，研究区域的大部分地区将受到0.1-0.4 g的pga，这意味着总点火次数可能为一到200次。为了进行比较，表中给出了点火的经验法则13.1，可以看到，对于一个在修正莫卡利烈度(MMI) VIII级震动的人口，地震后大约每1050万平方公里就会有一场火灾需要消防部门的援助。建筑面积约为7 000英尺，即约为7000户独户住宅，或居住人口约2.5万。

表13.1

近似点火速率与MMI (Scawthorn等。2005）

MMI	7	8	9	X
1 Ign。每百万平方。建筑楼面面积	18	10.5	4．5	1．5

这些是需要消防部门反应的火灾，还有其他通常是轻微的火灾，市民会立即制止，通常甚至不会报告。

这些引火的原因可能与1994年北岭地震的原因相似，这是美国地震后火灾的最佳数据集，大约一半的引火与电气有关，四分之一与气体有关，其他原因包括化学反应。同样根据北岭的经验，大约一半的火灾通常发生在单户住宅，另外26%发生在多户住宅，也就是说，大约70%的火灾发生在住宅。教育设施的点火只占所有点火的一小部分(北岭的3%)，其中大部分是由于化学实验室中溢出的化学物质的放热反应。

尤其令人担忧的是炼油厂、储油库和相关的能源设施。当发生强烈震动时，炼油厂和油库通常会发生大火，并持续燃烧数天。例如1964年日本新泻地震中的昭和炼油厂，1999年马尔马拉地震中的Tüpraş炼油厂(图2)。13.4)，以及2003年枥木县地震中北海道出光山炼油厂的火灾。

图13.4
Tüpraş石油炼油厂，火灾后1999马尔马拉(土耳其)地震(Scawthorn2000)．摄影:G. Johnson

13.2.2通信/供水

供水、燃气、电力、通信、交通等生命线的性能是地震火灾过程中不可分割的一部分。

供水可能会受到严重影响，具体情况视乎事件而定。一般来说，只有给水系统与地震后的火灾有关。由于管道破裂和水箱故障，在地震更严重的地区，水压会下降。配水系统故障是管道材料、直径和土壤类型的函数，伊斯坦布尔的情况如图所示。13.5．

与气体有关的点火通常占点火总数的25%左右。伊斯坦布尔天然气公司(IGDAŞ)系统是一个相对较新的系统，如图。13.6与旧的系统相比，例如加利福尼亚州(尽管这些系统正在投入大量资源进行现代化改造)，它被认为遭受的损害相对较小。IGDAŞ还具有远程关闭干线阀门的能力。尽管如此，总体影响是与燃气相关的点火可能比加州或日本要低一些，因为IGDAŞ系统可能会维持相对较轻的损坏。

通信系统，尤其是电话系统，将会受到一定程度的破坏，但不足以在情景事件发生后降低功能。然而，饱和会在很大程度上降低功能，持续几个小时或更长时间。缺乏电话服务将导致报告延迟，其后果如上所述。

与地震后火灾最相关的交通系统是道路网络，在桥梁交叉口是最脆弱的。然而，伊斯坦布尔的消防站分布是这样的，道路堵塞不太可能是一个主要因素，图。13.7．

13.2.3火势蔓延

根据具体的事件，伊斯坦布尔最初的几百个点火中只有极少数会发展成大火。精确的数字随着风速和其他因素的变化而变化，很难总结，但可以通过再次假设均匀的PGA分布，以加州旧金山为研究区域，得到一个想法(图)。13.8．可以看到，这个数字明显小于总点火数。

13.3几个城市的FFE风险

作者已将上述方法应用于旧金山、洛杉矶、伊斯坦布尔、蒙特利尔和东京等多个城市，用于保险承保、供水可靠性评估和应急规划等各种目的。在这些研究中，方法从完全确定性，即地震、风和其他因素是固定的，估计火灾和相关损失的平均数量，到完全概率，即考虑所有相关因素的不确定性，并分析损失的全概率分布。其他研究介于这两个极端之间，只改变了几个关键因素。蒙特卡罗和其他模拟技术通常用于这些分析。图中显示了一个相对确定性分析的例子。13.9和表13.2美国加利福尼亚州旧金山市(ATC-52-1)2010)．

表13.2

地震后火灾造成的平均损失，旧金山(ATC-52-1)2010）

场景	震动造成的损失(数十亿美元)^一个	由于火灾造成的平均额外伤害^b (十亿美元)	震动加火灾伤害^c (十亿美元)
海沃德断层，6.9级	14美元	2.7美元	17美元
圣安德烈亚斯断层，6.5级	20美元	3.0美元	23美元
圣安德烈亚斯断层，7.2级	30美元	4.3美元	34美元
圣安德烈亚斯断层，7.9级	48美元	5.8美元	54美元

笔记

^一个这些数字包括了以2009年美元计算的地震和地面破坏对建筑物的直接损失

^b这些数字是在不同情况下的许多分析的平均值，没有重复计算震动损害(即燃烧的碎石)。结果以2009年美元计算

^c2009年美元。表中的数字已四舍五入，这可能使总数不同于列或行的和

另一个例子如图所示。13.10加拿大蒙特利尔为6.5-7级地震的三种情况。考虑到消防部门的反应，水系统的破坏，天气和其他条件，火灾的增长和最终燃烧面积被估计，并在总结中发现造成的损失在100亿到300亿美元之间，表13.3(Scawthorn2019)．如图所示，这些是中值估计——更大或更小损害的概率较小，范围是特定地震情景(即位置和震级)、一天中的时间、天气和其他因素的函数。13.11．

表13.3

中位数结果(数十亿加元)，地震后的火灾，加拿大蒙特利尔(Scawthorn)2019）

	S1 MC1 Mw6.5	S2 NW2 Mw7.0	S3 SW3 Mw7.0 .
确定的	4215美元	14706美元	12558美元	单次实现，无不确定性，白天温和天气(20°C，风速5公里/小时，相对湿度70%)
全面的	11723美元	29646美元	30655美元	100个空间相关地面运动，白天温和天气(即天气没有不确定性)的实现
随机	11766美元	27653美元	29453美元	500个空间相关地面运动的实现，天气和时间的不确定性

图13.10
加拿大蒙特利尔，三种地震场景(右上为CBD m6.5级，左图为M7级至西北或西南，断层破裂为黑线)。右下是考虑到地面运动相关性的M6.5事件的多重实现(Scawthorn2018）

13.4固定资产减少

减轻地震后的火灾已在其他地方广泛讨论(Scawthorn等。2005)，因此这里只提供了一些有限的建议，这些建议是根据改善消防部门反应和供水服务可靠性以及降低建筑物地震后火灾脆弱性的机会而构建的。

13.4.1消防站脆弱性

地震危险地区的消防站和其他设施需要震后立即发挥作用，并应根据现代方法对基本设施进行评估。在许多城市，消防站的历史可以长达100年，在许多情况下建于1980年之前，这通常被认为是现代抗震设计的开始。消防站的地震脆弱性及其直接影响消防员的健康和安全，间接影响消防设备的响应能力，早就得到了认识，现在已得到很好的量化，图。13.12．旧金山、洛杉矶、温哥华、西雅图和其他城市已经花费了数百万美元来加固和更换老化的车站，特别是出于对地震脆弱性的担忧(图2)。13.12而且13.13)．

图13.11
场景2 (Mw7.5) 500个实现的直方图:平均360亿美元，中位数277亿美元(Scawthorn)2019）

13.4.2消防水量

大多数城市都坐落在海岸、海湾、河流或其他水体上或附近，就像1906年的旧金山一样——事实上，旧金山可以直接接触到地球上最大的水体——但由于缺乏消防用水，它被烧毁了三天。为什么?因为，就像《古水手》一样，虽然“到处都是水”，但旧金山无法将水移到有火的地方。类似的情况在今天的许多城市都存在，在抽水/供水方面有很大的困难。这种情况并不罕见，但也是不可接受的。

需要更好地确定其他供水来源，并提高取水和运输能力。大直径软管(LDH)系统，可与旧金山消防局或瓦列霍FD的便携式供水系统(PWSS)相媲美。13.14或温哥华b.c.公司的新型LDH软管卷筒系统，图。13.15，应在区域基础上发展。请注意，PWSS的适用性不仅限于地震——它可以用于供水管道破裂的情况下，以提供饮用水供应，野火和洪水泛滥地区的脱水。参见Scawthorn (2011)查询详情。

图13.14
LDH系统的例子(Vallejo FD):左边的单元是带监视器的软管车，携带5000英尺(1538米)长的5″(125毫米)软管;右边的单元是Hydrosub，一种液压驱动可拆卸泵。泵头可以从桥架或其他点垂直泵出1500gpm (6000 lpm)高达20米。这里显示的是从旧金山湾抽水。参见Scawthorn (2018)浏览详情

图13.15
温哥华(公元前)消防和救援新的LDH卷筒系统-每个拖车式电动卷筒携带6000英尺的6″软管。照片Scawthorn (2019）

13.5结束语

在一些地震活动频繁的城市地区和木制建筑库存，地震后火灾是一个重要的但很少被承认的风险。许多区域的分析对这一风险进行了量化，并导致了显著的缓解，从而降低了风险。然而，一旦完成，就需要保持警惕，以维持缓解措施。

笔记

确认

感谢土耳其巨灾保险池(TCIP)的赞助和组委会于2019年11月在伊斯坦布尔举办地震损失评估和建模进展国际研讨会的努力。特别感谢Mustafa Erdik教授在此和许多其他地震风险降低工作中的领导作用。威利斯再保险公司，特别是伊曼·卡里米先生，感谢他们对伊斯坦布尔地震后火灾研究的赞助。

参考文献

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