科技日报记者 都芃
8月，全国多地遭遇强降雨侵袭，引发洪涝和地质灾害，造成人员伤亡和财产损失。
随着城市化进程不断加快，越来越多房屋建筑逐渐老化。在面对地震、洪涝等自然灾害时，老旧建筑抗灾能力不足的问题日益凸显。
在不少地区的旧房改造项目中，抗灾能力建设成为各方关注重点。电梯智慧地震开关、减震阻尼器、建筑智能监测系统……一系列防灾减灾成果正被广泛应用于老旧建筑改造，为其披上防灾减灾“铠甲”。
智慧开关：为电梯和燃气管道上“安全锁”
地震作为一种危害巨大的自然灾害，不仅会破坏建筑，导致电梯、燃气管道等基础设施损坏，而且可能引发次生危害。
老旧房屋的电梯系统往往存在设备老化、安全保障不足等问题，当地震来临时，相关人员若恰巧在电梯内，面临的风险极高。湖北省地震局研发的电梯智慧地震开关，为解决这一难题提供了有效方案，在老旧房屋改造中具有重要应用价值。
湖北省地震局武汉地震科学仪器研究院副院长、正高级工程师杨江介绍，这款电梯智慧地震开关一般被安装在电梯顶层控制机房内，可以通过控制信号与电梯的控制程序相连。该开关可以同时接收地震预警信息和本地报警信息。在接收到相关信息后，开关会自动预测地震波到达本地的时间和地震烈度。如果地震发生时电梯正在运行，这款开关会“命令”电梯选择最近的楼层进行安全停靠，降低人员被困电梯的风险。
杨江介绍，电梯智慧地震开关不仅可以在地震发生时实现自动紧急处置、减少地震带来的次生危害，而且能够为城市防灾减灾提供基础数据支撑。电梯智慧地震开关内置高精度加速度计，能够实时记录建筑对地震的全过程响应数据。该功能可以弥补地震监测台网监测密度不足等问题。这些数据能被用于震后建筑结构的快速评估，为应急救援和防震减灾提供决策依据。
目前，电梯智慧地震开关已在湖北、辽宁等地进行试点应用，并有望在国内其他省份开展规模化示范应用。此外，湖北省地震局相关项目团队还牵头制定了中国首个电梯智慧地震开关团体标准。
除了电梯，地震还会损坏燃气管道，进而导致燃气泄漏等事故。为降低相关安全风险，湖北省地震局还研发出一款燃气地震开关。该装备由监测主机、燃气泄漏报警器和复位按钮等部分组成。
燃气地震开关可以实时接收湖北省地震预警信息，同时进行本地振动监测。当本地预测烈度或实测加速度值超过设定阈值，该开关就会自动“跳闸”，切断天然气供应。
此外，为了让燃气地震开关在日常生活中更实用，相关团队还对原有版本进行了迭代升级，为其加装传感器芯片、增加燃气泄漏检测功能，使该开关在非地震时间也可以“兼职”监测燃气安全。
消能减震：让房屋在地震中“以柔克刚”
建筑抗震技术大致可以分为抗、消、隔等方式。“抗”是采用“硬碰硬”的方式来对抗地震，相关设施通常在建筑建设初期就要被提前布局。“消”和“隔”则是“以柔克刚”，通过抵消能量、减少震动的方式来守护建筑安全。消能减震技术还能通过增设消能部件等方式，助力老旧建筑的抗震改造。
走进江苏省昆山市花桥高级中学，整面墙上八字型的钢结构十分引人注目。这是为了提升建筑抗震能力而加装的消能部件。
不同于传统建筑的加固方式，消能减震技术主要通过在建筑结构的某些部位设置消能部件，来对抗地震波。当地震来临时，消能部件能够吸收地震带来的能量，将地震的动能转化为热能或其他形式的能量，以减少建筑主体结构变化。
若地震烈度低于预设阈值，这些消能部件可以吸收地震带来的大部分能量，并保持弹性状态。不过，如果地震烈度超过阈值，消能部件则会通过自身的破坏性变形来消耗地震带来的能量，保护建筑主体结构安全。地震结束后，工作人员只需更换受损相对严重的消能部件，建筑便可继续得到保护。
中国工程院院士周福霖介绍，常见的消能部件以各类阻尼器为主，主要有三类。第一种是斜撑阻尼器，即在大楼支撑柱之间加入交叉斜撑结构。第二种是粘滞阻尼器，即在墙体之中加入粘滞材料，利用粘滞材料吸收震动能量。第三种质量块阻尼器则是在建筑物的顶端吊放质量块，当建筑震动时，质量块会向与建筑震动相反的方向摆动，以此抵消震动。
采用阻尼器减震的优势在于，阻尼器并非建筑原本的结构部件，因此通常可以采用后期安装的方法增设，来提升老旧建筑的抗震能力。
智能监测：给老建筑配“健康管家”
在老旧房屋改造工作中，除了提升其抗灾能力，监测改造房屋的灾后“健康”状况，同样至关重要。建筑智能监测技术的融入，为老旧房屋改造后的长期安全提供了保障。
在广东省东莞市石碣镇刘屋村的十几栋房屋内，一组组蓝色的结构监测传感器正在对房屋的地面沉降、受力状态、形变程度等指标进行监测。这是由东莞理工学院广东省城市生命工程智慧防灾与应急技术重点实验室研发的天空地一体化老旧房屋安全智慧监测系统（以下简称“系统”）。它已应用于老旧房屋改造，能够从多个维度对建筑进行精准监测。
在“天”的维度上，系统依托学校自建的卫星地面站，结合卫星遥感技术，能够获取地表沉降、变形等数据，可以及早发现房屋潜在的安全风险；在“空”的层面上，系统采用无人机倾斜摄影与计算视觉技术，搭载热成像与可见光摄像头，可以拍摄监测建筑群体并定期扫描房屋表面裂缝、渗水区域，构建房屋及周边环境的高精度三维模型，并采用大数据与深度学习技术，对老旧房屋进行安全监测与预警评估；在“地”的方面，系统聚焦单体房屋，采用自主研发的结构防倒塌监测盒，获取单体房屋沉降、整体倾斜等数据，对其进行精确评估。
“与仅靠传感器获取数据的方式相比，这种多源数据融合的方法能够更全面地反映房屋的整体健康状况。”系统研发团队成员邸博介绍，一旦监测到振动频率异常或倾斜角度偏离等问题，监测设备会自动发出警报，提醒相关人员进行处置。
系统不仅可用于灾后房屋安全监测，还能够对洪涝等灾害可能给老旧建筑带来的危害进行预警。
5月至9月是广东省汛期，频繁的强降雨会导致严重的地面沉降和土壤软化问题，威胁老旧房屋结构安全。
“强降水渗透土层会软化地基，导致房屋整体或局部沉降，甚至引发墙体开裂、楼体倾斜等结构性破坏。与此同时，长期雨水冲刷可能掏空地下基础，导致房屋支撑力不足，严重时引发局部或整体坍塌。”邸博介绍，基于相关灾害特点，系统会根据各地的气候特点和地质特征调整监测方向和重点。
围绕极端环境下老旧房屋安全动态监测，相关研发人员利用贝叶斯推理与机器学习模型，并基于实验室积累的101栋建筑监测数据、历史降雨数据及传感器实时传输数据，为系统构建了沉降-裂缝扩展关联模型。该模型能够预测未来72小时内建筑出现危险的可能，相较于以往的简单统计方法，大幅提高了预测的准确性。
