保护城市免受地震侵袭仍是一项亟待解决的重大挑战，近期 尼泊尔、 日本、 海地和 智利 发生的灾害证实了这一点。尽管我们在理解 地震活动 以及开发建筑技术方面已取得重大进展，但我们仍没有令人满意的方法来大规模保护建筑物。
如今，新建建筑采用的抗震技术被认为相当先进，也能够建造出可抵御绝大多数有记录地震的单体建筑。隔震系统和阻尼器等装置旨在减少地震引起的结构振动（从而减轻损害），并已成功应用于新建筑的设计。
然而，地震带仍有大量建筑缺乏内置防护，尤其是在发展中国家；在那里，人们认为更换这些建筑或引入更严格、成本更高的建筑规范并不可行。2015年4月尼泊尔地震摧毁了超过 13万所房屋 。
此外，这些技术 很少用于 保护既有建筑，因为通常需要对原有结构进行大幅改造。尤其对于发展中国家的遗产建筑、关键设施或城市住宅，传统的局部解决方案可能并不实用。
这意味着我们需要替代方案：无需改造既有建筑，而是用单一装置保护多栋建筑。在布莱顿大学，我们设计了一种新型 振动屏障 （ViBa），以减弱地震地波造成的邻近结构振动。该装置将埋入土壤中，并与周围建筑脱离；它应能吸收地面运动产生的大量动态能量，从而降低地震响应（幅度为40%至80%）。
这一构想是将建筑视为城市模型不可分割的一部分，同时纳入其下方的土壤以及各要素之间的相互作用，而不是将建筑看作彼此独立的结构。每个ViBa都可设计为在地震发生时保护一栋或多栋建筑，同时也可成为一组装置网络的一部分，这些装置布设于战略位置，以保护整座城市。
ViBa本质上是一个箱体，内含由弹簧固定的实心中央质量块。弹簧使质量块能够来回移动，并吸收地震波产生的振动。整个结构通过土壤与建筑物地基相连，以吸收传来的振动。箱体在地下的位置取决于周围地基的深度，甚至也可以设置在地表。
由于ViBa旨在减弱土壤中的所有振动，它也可用于隔绝道路交通、高速列车、大型机械、岩石钻探和爆破等人类活动产生的地波对建筑物的影响。这样一来，与铁路隔振所用的沟槽或埋设板桩墙等传统措施相比，该技术能够吸收更多能量。
开始施工
ViBa面临的问题在于体积——其质量至少要达到所保护建筑平均质量的50%——以及由此产生的建造和安装费用。因此，与目前保护单体建筑的技术相比，它的成本可能高得多。不过，由于ViBa可设计为减弱多栋建筑的振动，也可用于保护因历史重要性而不适合采用现有技术的建筑，它仍可被视为一种可行的解决方案。
迄今为止，我们只使用计算机和实验室原型对ViBa的工作方式进行了建模。若要在现实环境中部署，我们还需要开展大量实验，准确了解其工作方式，并确保它不会对周围建筑造成有害的副作用。我们还需要与业界合作，找出以最具成本效益的方式建造和安装它的方法。
然而，我们的 最新研究 表明，ViBa是保护建筑免受地震侵袭的一种可行替代方案。从长远来看，它可能有助于打造更安全、更能应对灾害的城市，并最终挽救生命。
本文由 The Conversation合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Pierfrancesco Cacciola，布莱顿大学环境与技术学院助理院长
图片：一辆汽车驶过开裂的沥青路面。路透社/Stephen Lam。
