国家大型地震模拟研究设施
1. 概述
国家大型地震工程模拟研究设施 位于北洋园校区，常被简称为 “地震大装置”，总建筑面积 7.6 万平方米，总投资超过 15 亿元人民币，是《国家重大科技基础设施建设 “十三五” 规划》中的优先启动建设项目，也是天津大学、天津市承建的第一个国家重大科技基础设施。
图片：国家大型地震模拟研究设施实验中心正门
2. 历史沿革
自 2010 年起，在首席科学家钟登华院士的带领下，天津大学建设团队积极开展 “地震大装置” 项目前期预研和筹备工作。
2018 年 8 月，国家发改委正式批复由天津大学牵头建设世界最大的地震工程模拟研究设施，我国地震工程领域首个大科学装置落户天津。建设团队夜以继日攻坚克难，共召开各类咨询研讨会、论证评审会近百次，切实解决设施建造面临的关键技术问题 40 余项。
2019 年 10 月，“地震大装置” 项目正式启动土建施工，由校长金东寒院士亲自挂帅建设总指挥，总投资超过 15 亿元人民币。
图片：国家大型地震模拟研究设施鸟瞰图
2021 年 9 月，大型振动台钢结构主体顺利封顶。项目团队与材料、力学、机械、流体等领域的校内外专家和设备生产厂家团队进行了多轮论证，尝试了几十种材料和分析方法，一遍遍将设计方案推倒重来，反复试验，终于取得成功。12 月，项目通过 “中国绿色建筑三星” 过程验收。
2022 年 8 月，项目迎来土建工程联合验收。12 月，项目完成交付，进入实验装置安装阶段。
图片：国家大型地震模拟研究设施
（图片来源：国机集团）
2024 年 1 月 13 日，大型振动台台体完成吊装，目前正在进行性能调试，预计 2024 年 10 月完成设施验收、投入使用。项目建成后，将大幅提升我国防灾减灾原始创新水平和自然灾害风险防范能力。
图片：国家大型地震模拟研究设施振动台台体吊装
（图片来源：天津大学、天津新闻）
3. 地点
“地震大装置” 位于天津大学北洋园校区西南侧，青年湖南岸。
图片：国家大型地震模拟研究设施整体航拍
（图片来源：国机集团）
4. 内部设施
“地震大装置” 主要分为 实验中心 和 仿真中心 两大主体建筑，由 地震工程模拟试验系统、高性能计算与智能仿真系统、试验配套与共享服务 三大系统组成，总建筑面积 7.6 万平方米。
根据规划，“地震大装置” 将一边通过地震工程模拟试验系统进行物理实验，一边通过高性能计算与智能仿真系统还原最真实的地震数据，进行智能仿真和数据分析，帮助人类实现从灾后救助向灾前预防转变。
4.1. 实验中心
实验中心包含 大型振动台 和 水下振动台，主要用途是通过地震工程模拟试验系统进行物理实验。
图片：国家大型地震模拟研究设施实验中心内部效果图
图片：国家大型地震模拟研究设施模拟振动台和水下振动台台阵效果图
4.1.1. 大型振动台
大型振动台是抗震试验研究装置的重中之重，被认为是地震模拟设施的核心部分。核心区混凝土厚度高达 17.5 米，共连接着 42 组、总重 600 吨、面板均厚 350 毫米的重型埋件。振动台有着世界最大的 “三向六自由度” 设计结构，台体长 20 米，宽 16 米，高 5 米，重 800 吨，最高载重为 1350 吨，和七层建筑物的质量相当，能够满足大尺寸模型试验，例如楼房（居民楼、医院等）、桥梁、大坝之类的等比例模型。
台面下方放置了作动器。试验中，作动器可以模拟横向、纵向的地震动，模拟烈度超过 9 度设防加速度的强地震，影响放在台面上的被测建筑，再通过台面上的传感器和周边摄像头，获取精准的振动数据，为地震工程研究提供大尺寸大载重地震模拟、多点多维地震差动激励及地震-波流耦合激励等高水平试验条件。科研人员利用这些实测数据，可以研究出更具针对性的抗震性能提升方法。
图片：国家大型地震模拟研究设施大型地震模拟振动台底座
该装置建成后，将成为全世界台面尺寸最大、载重最大、实验能力最强的地震模拟振动台，可以全面提升抵御自然灾害的综合防范能力，逐渐实现从 “减少地震灾害损失” 向 “减轻地震灾害风险” 的转变。
4.1.2. 水下振动台
水下振动台兼具陆地、海洋两种工况的环境模拟能力，建成后对于保障水利、土木、海洋、交通等重大工程的安全具有重要意义。
5. 建设意义
国家大型地震工程模拟研究设施，是我国地震工程领域首个国家重大科技基础设施，也是《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》中的优先项目。这个关系国家安全和发展全局的 “国之重器、创新利器”，可为我国防灾减灾和地震综合防范提供重要支撑。
最初抗震研究主要通过震后观测开展——研究人员将观测仪器设置在震区的房屋结构上，等地震到来时观测记录房屋结构在强地震作用下的反应。但实际发生的强地震相对较少，靠真实的地震来获取研究数据，不仅机会非常少而且周期长。
后来，国内外开始建设地震模拟振动台，但大多规模较小且实验功能单一，不能同时模拟地震与波浪、水流共同作用下的真实境况，无法满足我国重大工程对抗震安全的迫切需求。因此，建设地震大装置的想法应运而生。
工程结构的失效和倒塌被认为是造成地震中人员伤亡、财产损失的最重要原因。通过无数次演绎、论证，天津大学项目团队通过建设大型地震模拟振动台和水下振动台台阵，真实地模拟再现地震的多种形式，以此直观了解工程结构在地震中被破坏的机理和特征，研究楼房在地震中的薄弱之处，为建筑工程结构的抗震减灾技术发展提供数据支撑，进而找到提高工程结构抵御地震的方法，减少地震造成的破坏。
“地震大装置”的建成，意味着我们将能够更加深入了解地震对于大型实物的破坏和影响机制，从而为灾前预防工作奠定基础，将极大地提升我国在地震工程研究领域的国际地位，同时也将为我国的地震防护和减灾工作提供强大的技术支持。通过大型地震工程模拟研究设施，科学家们可以更准确地模拟地震发生时的物理过程，更有效地评估建筑结构的抗震性能，从而为我国建筑结构的抗震设计和优化提供科学依据。
此外，该设施还将为我国的地震工程研究和减灾工作提供更为广阔的合作平台。通过与国内外相关科研机构和企业进行合作，共同开展地震工程研究和地震灾害防控工作，可以进一步提高我国在地震工程领域的整体水平，为保障人民生命财产安全做出更大的贡献。
图片：国家大型地震模拟研究设施
