هل يمكن التنبؤ بالزلازل عبر نماذج الذكاء الاصطناعي؟

تؤكد الزلازل المؤلمة التي ضربت تركيا والمغرب وأفغانستان خلال عام 2023، التي أسفرت عن خسائر قاسية تعدت آلاف القتلى والجرحى وسببت أضراراً جسيمة في البنية التحتية، على أهمية تشييد مبانٍ قادرة على تحمل الهزات الأرضية. تتوفر الآن الكثير من الحلول التكنولوجية لتعزيز مقاومة المباني للزلازل من شأنها حماية الأرواح أو التخفيف من تأثيراتها وتداعياتها النفسية والاقتصادية. كما تتسابق جامعات عالمية عدة لتطوير تقنيات قد تساعد في التنبؤ بحدوث الزلازل عبر استخدام الذكاء الاصطناعي.

تصاميم مقاومة للزلازل

يتضمن التصميم المقاوم للزلازل مجموعة من التقنيات والأساليب لتعزيز قدرة المبنى على تحمل القوى الزلزالية. ويشرح المهندس المعماري محمد عبيد، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة «إمكان» للاستشارات المعمارية والهندسية، في حديث خاص لـ«الشرق الأوسط»، التقنيات والأساليب الأساسية المستخدمة في التصميم المقاوم للزلازل في الوقت الحاضر. ويقول عبيد إنها تتراوح بين «أنظمة عزل القواعد، وجدران القص، والإطارات المقاومة للحظات، وأنظمة التثبيت، والمخمدات الجماعية المضبوطة، والمخمدات اللزجة، والخرسانة المسلحة، والإطارات الفولاذية، والمواد المرنة، وأجهزة تبديد الطاقة، والتعديل التحديثي الزلزالي، وتصميم العناصر غير الهيكلية، وتحسين التربة، وتقييم المخاطر الزلزالية، والنمذجة والمحاكاة الحاسوبية، وقوانين ومعايير البناء». ويضيف أن «غالباً ما يجمع المهندسون والمعماريون بين هذه التقنيات والأساليب لإنشاء تصميمات شاملة مقاومة للزلازل ومصممة خصيصاً لتلبية الاحتياجات والظروف المحددة للمبنى وموقعه وأن اختيار التقنيات يعتمد على عوامل مثل نوع المبنى والموقع والميزانية ومستوى المخاطر الزلزالية».

تأهيل المباني القديمة

من المؤكد أن إعادة تأهيل المباني القائمة بتقنيات مستدامة ومقاومة للزلازل أمر ممكن، ولكنه يتطلب تخطيطاً دقيقاً، وخبرة هندسية، والامتثال للوائح المحلية. ويرى المهندس المعماري محمد عبيد، في حديثه لـ«الشرق الأوسط»، أنه «يمكن تحديث المباني القائمة بتقنيات مستدامة ومقاومة للزلازل، على الرغم من أن العملية يمكن أن تختلف في التعقيد اعتماداً على التقنيات المحددة والخصائص الهيكلية والمعمارية للمبنى». ويشرح أن بعض الاعتبارات الخاصة بتعديل المباني الحالية عبر هذه التقنيات تشمل «التعديل التحديثي الهيكلي، وترقيات المواد، والاعتبارات المعمارية، والخبرة الهندسية، وقوانين البناء والتصاريح، واعتبارات التكلفة، والنهج المرحلي، والتقييم الزلزالي، وتكامل التقنيات المستدامة». وينوه بأن «تحديات وتعقيدات العملية تختلف من مبنى إلى آخر، وغالباً ما يكون النهج المخصص ضرورياً لتحقيق الأهداف الزلزالية وأهداف الاستدامة المرغوبة مع تقليل التعطيل لشاغلي المبنى».

التنبؤ بالهزات الارتدادية

طوّر باحثون في جامعة ستانفورد الأميركية نموذجاً للذكاء الاصطناعي يمكنه التنبؤ بالهزات الارتدادية عقب حدوث الزلزال بدقة تزيد على 80 في المائة.

تم تدريب النموذج على مجموعة بيانات تضم أكثر من 700 ألف زلزال من جميع أنحاء العالم ما يجعله قادراً على تحديد الأنماط في البيانات التي تعد معقدة للغاية ولا يمكن اكتشافها بالطرق التقليدية، بحسب الباحثين.

يعمل النموذج من خلال تحليل مصادر بيانات النشاط الزلزالي والبيانات الجيولوجية وخوارزميات التعلم الآلي لتحدد من خلالها الأنماط والاتجاهات المرتبطة بحدوث الهزات الارتدادية. كما يمكنه التنبؤ بحجم وتوقيت الهزة الارتدادية. النموذج لا يزال قيد التطوير، ولكن قد يكون أداة تنبؤ قيمة تساعد في تحسين دقة وتوقيت التحذيرات من الهزات الارتدادية وإنقاذ الأرواح والممتلكات.

نموذج ياباني ذو دقة عالية

نجح علماء في جامعة طوكيو في ابتكار نموذج يُسمى «نموذج التنبؤ بالزلازل للتعلم العميق» (DLEPM) يستطيع التنبؤ بدقة عالية عبر تحليل أنماط النشاط الزلزالي. تم تدريب النموذج على مجموعة بيانات تضم أكثر من 10 ملايين حدث زلزالي من جميع أنحاء العالم. يحلل «DLEPM» مجموعة متنوعة من مصادر البيانات تتضمن تلك الجيولوجية وخوارزميات التعلم الآلي. ويقول باحثو الجامعة اليابانية إنه أثبت دقته الكبيرة في التنبؤ. وقد نجح في التنبؤ بالزلازل التي تبلغ قوتها 6 درجات أو أكثر على مقياس ريختر خلال أسبوع من حدوثها بنسبة 80 في المائة.

«DLEPM» لا يزال قيد التطوير، ولكن قدرته لا تقتصر على إنقاذ الأرواح والممتلكات بل تحسين فهم الباحثين في عمليات الزلازل وكيفية وسبب حدوثها بشكل أفضل لتطوير استراتيجيات جديدة للوقاية منها والتخفيف من آثارها.

التنبؤ باحتكاك الصدع

نموذج ذكاء الاصطناعي آخر يمكنه التنبؤ باحتكاك الصدع في المستقبل يُطلق عليه اسم نموذج «احتكاك الأعطال للتعلم العميق» (DLFFM)، طوره علماء في مختبر لوس ألاموس الوطني في الولايات المتحدة.

يحلل النموذج المدرّب على مجموعة بيانات تضم أكثر من مليون زلزال مختبري مجموعة متنوعة من مصادر البيانات لتحديد الأنماط والاتجاهات المرتبطة بالاحتكاك الخاطئ. ومن ثم يمكن استخدامها للتنبؤ بالاحتكاك المستقبلي في موقع معين وأيضاً كيفية تغير الاحتكاك بمرور الوقت. لا يزال «DLFFM» قيد التطوير، ولكن يمكن أن يكون أداة قيمة تحسّن دقة وتوقيت التحذيرات من الزلازل.

طريقة يابانية مبتكرة

تقع اليابان على «حزام النار» في المحيط الهادئ، وهي منطقة معروفة بنشاطها الزلزالي المتكرر ما يدفع إلى تصميم وبناء مبانٍ مقاومة الزلازل.

قامت شركة هندسة معمارية تابعة لشركة «Kengo Kuma» باستخدام ألياف الكربون لتثبيت المباني ووقايتها من الزلازل. تُصنع هذه المواد من ألياف الكربون البلاستيكية الحرارية، وهي مادة تتميز بقوة شدّ مذهلة تتنافس مع مواد البناء التقليدية كالفولاذ. يوفر هذا الابتكار تعزيزاً إضافياً لهيكل المبنى نتيجة الحبال التي تمتد من ألياف الكربون عبر إطار معدني فوق السقف الصديق للبيئة، ثم تتوالى على الجوانب لتصل إلى الأرض. وتُترك ألياف الكربون، المقسمة بشكل يشبه الستائر لفترات زمنية ما ينتج مداخل تؤدي إلى مساحات داخلية مغطاة بالقماش الأبيض.

تكلفة المباني المقاومة للزلازل

يمكن أن يكون للتقنيات المقاومة للزلازل تأثير كبير على التكلفة الإجمالية لمشروع البناء. في حين أن هذه التقنيات ضرورية لضمان سلامة ومرونة المبنى أثناء الأحداث الزلزالية، إلا أنها يمكن أن تضيف أيضاً نفقات إلى المشروع. ويشرح المهندس المعماري محمد عبيد، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة «إمكان» للاستشارات المعمارية والهندسية، في حديث خاص لـ«الشرق الأوسط»، أن «مدى هذا التأثير يعتمد على عوامل مختلفة، بما في ذلك التقنيات المحددة المستخدمة، وموقع المشروع، ونوع المبنى، ومستوى المخاطر الزلزالية». كما يرى أن «التقنيات المقاومة للزلازل تؤثر على تكاليف البناء بسبب المواد والمكونات، وتعقيد التصميم الهيكلي، والأنظمة المتخصصة، وأنظمة الأساس، ومراقبة الجودة والتفتيش، والتعديلات المعمارية، والتعديل التحديثي الزلزالي، وقوانين البناء المحلية، ومستوى المخاطر الزلزالية، وحجم المشروع وتعقيده، والصيانة، وتكاليف دورة الحياة».

وفي حين أن التقنيات المقاومة للزلازل يمكن أن تضيف تكاليف البناء الأولية، فإنها يمكن أن تؤدي أيضاً إلى فوائد طويلة المدى. ويقول المهندس المعماري محمد عبيد إن «هذه الفوائد تشمل زيادة السلامة، وانخفاض تكاليف الإصلاح وإعادة الإعمار بعد وقوع الزلزال، وتخفيضات محتملة في أقساط التأمين، كما أن بعض المناطق تقدم حوافز أو منحاً لتعويض التكاليف الأولية لدمج التقنيات المقاومة للزلازل». بشكل عام، قد يكون بناء مبنى مقاوم للزلازل أكثر تكلفة من بناء مبنى عادي. وبحسب قول المهندس المعماري محمد عبيد، تكون تلك التكلفة «أعلى بنسبة تتراوح بين 10 في المائة و30 في المائة من تكلفة بناء مبنى عادي».