全球极端天气出现愈见频繁,香港今年便经历连场超强台风吹袭,其中「小犬」和「苏拉」更分别达到九号风球和十号风球,不但扰乱市民的日常生活,更为社会带来重大经济损失。为应对复杂城市环境面对极端风暴带来的风险,香港理工大学学者倪一清领导的团队今年获研资局近5,000万元拨款支持,针对沿海城市高层建筑的抗台风问题,开发实时城市台风风险预警和管理系统。他近日接受香港文汇报专访时分享指,项目会设计出一个框架,能够通过稀疏测量有效和准确地评估湍流,并量化复杂城市空气动力学引起的风险,更可为城市复原力进行定量的韧性评估,从而更全面地预视风灾对关键建筑物构成的潜在风险与后果,防患于未然。◆香港文汇报记者 姜嘉轩
「每年全世界因台风造成的损失达到260亿美元,其中88%就发生在我们东亚和北美地区。而单计2018年出现的十号风球『山竹』,就令香港超过500座高层建筑受损,全港直接损失达46亿港元。」每到风季都伴随着莫大威胁,但理大土木及环境工程学系智能结构与轨道交通讲座教授倪一清表示,现时仍未有一个系统可针对城市高楼状况进行预警,告诉人们台风袭港时哪个地区、哪座高楼危险较大。
为此,其团队开展「INTACT:沿海城市智能式热带风暴减灾系统」项目,以建立实时城市台风风险预警和管理系统,既可用作有效的应急指导,例如疏散安排和临时加固玻璃幕墙等,亦可为高层建筑的抗台风设计提供新的方法论和设计指导准则,可直接对建筑行业、发展商、公众,以至城市管理带来中长期效益。
倪一清分享道,团队会建立一个数据驱动模型(Data-driven model),当中会涵盖全港的高层建筑群,「只要这个模型确认是准确,将来台风一到,就可以用系统算出其路径区域内,相关建筑对风的响应是多少」,从而了解它们的安全风险。
致力准确评估空气湍流
他进一步解释,团队已从包括政府部门在内的多个合作机构,取得全港高层建筑物数据,「我们实际上不需要非常详细的数据,无须每根柱、每根梁都模拟进去,我们只需要知道它的几何尺寸如何,以及它的振动频率(Vibration frequency)是多少。」当这些信息放到模型中,加上团队于准确评估空气湍流方面做了大量工作,「于是可以在模拟的建筑物上加上风荷载,然后计算它在空气动力作用下,该建筑物的动态响应(Dynamic Response)如何,假如响应很大,或是玻璃幕墙受到的压力很大,超过原来设计,那么被破坏的风险就很高了。 」
循韧性角度评估建筑物潜在风险
此外,系统不只计算建筑层面的破坏受损,还会循韧性(Resilience)角度全面评估建筑物的不同潜在风险。「以1999年十号风球『约克』袭港为例,导致税务大楼、入境事务大楼和湾仔政府大楼数百块玻璃掉落地面,除了建筑本身受损外,对政府部门、公司运作影响其实更大。」
所谓韧性是指,当建筑物受到破坏后,重新恢复直至能够如常运作为止,「只算天花板和玻璃幕墙的损失是没有意义的,建筑受损导致里面的公司停止运作,人们无法上班,这段期间造成的总损失,才是我们最关心的。」
该系统日后可对建筑物的潜在损失提供更多指标,「以往人们只管结构、建筑安全,譬如说玻璃幕墙坏了,就只算重新修复的施工费用,但以后还要考虑窗框掉下去,有可能砸到路人等保险问题,亦要评估建筑物一旦受损,对里面各类商业行为的影响。」这些指标可让相关持份者更好的衡量损失,该为建筑物采取何等程度的防风措施,亦可为未来的高层建筑设计提供更优良的准则。
「这系统跟ChatGPT相似,输入得愈多,它就懂得愈多,还会自行更新模型,变得更加准确,这就是使用machine learning(机器学习)的好处。」这项目于明年1月1日正式展开,为期5年,「天文台亦有跟我们合作,将来有需要可以取用,当发现有八号或以上风球到来就可启动它,进行实时的台风风险预警和城市韧性评估。」