[發(fā)明專利]一種基于天河超級計算機的城市爆炸毀傷效果評估方法

在審

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• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106599458A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 彭修乾;孟祥飛;李健增;鄭剛
• 申請（專利權）人: 國家超級計算天津中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市尚文知識產(chǎn)權代理有限公司12222
• 代理人: 王曉明

技術領域

本發(fā)明涉及爆炸破壞評估技術領域，具體涉及一種基于天河超級計算機的城市爆炸毀傷效果評估方法。

背景技術

天河一號超級計算機是我國首臺千萬億次超級計算機，在2010年11月世界超級計算機TOP500排名中位列世界第一，標志著我國自主研制超級計算機的綜合技術水平進入世界領先行列。BIM(建筑信息模型)技術的發(fā)展，使得精確、準確的記錄建筑樓房和城市的建筑信息成為可能，在其基礎上可以開展多種應用，諸如施工模擬、運營維護、虛擬漫游等。目前在天河超級計算平臺上已經(jīng)部署了天河BIM云系統(tǒng)，進行BIM領域的相關開發(fā)和應用。爆炸分析包括四個內容，即炸藥爆轟、爆炸荷載的生產(chǎn)和傳播、流固耦合以及結構響應，如果需要完成計算四個內容，則需要整個計算中包括全部的計算流程；如果只關注結構的響應，則將爆炸壓力-時程載荷直接加載到結構上，或者輔以修正的方法進行計算。不同的軟件和計算方法針對上述過程都會有相應的求解方案。目前在爆炸毀傷效果評價方面，主要有以下不足：1)由于軟硬件設備的限制，大部分毀傷評價計算規(guī)模普遍偏小，對模型進行了較大程度的簡化，結果評價可靠度低；2)城市建筑群的爆炸計算，涉及計算結構多而且復雜，所以實際計算更多的是粗化的建模，類似堆積木的方法建立樓房模型，細節(jié)考慮較少；3)傳統(tǒng)的計算，需要人工不斷的調整模型，未形成有效的模型建立規(guī)范；4)沒有形成自動化的求解設置，使得陷于模型求解的繁復工作中。

發(fā)明內容

針對于上述問題，本發(fā)明主要著眼于以下目的：

1)將天河一號超級計算機強大的求解能力，特別是超常勝任超大規(guī)模數(shù)值模型求解的能力，應用到城市爆炸危害效應分析計算中去，可以加快用于城市規(guī)劃或建筑防護的決策。

2)實現(xiàn)精細、準確的城市模型搭建，減少以前的粗化不精確建模。

3)根據(jù)建立的仿真模型建模規(guī)范，實現(xiàn)自動建模，減少人工的重復工作和人工干預。

4)實現(xiàn)模型自動求解設置，求解設置規(guī)則化，達到計算最優(yōu)的軟硬件配置，無需每次都測試計算配置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于天河超級計算機的城市爆炸毀傷效果評估方法，通過BIM模型提取城市建筑物典型分析特征，根據(jù)經(jīng)驗的仿真模型搭建和求解設置規(guī)則，在仿真軟件平臺和天河超級計算平臺上開發(fā)建模和求解展示程序，實現(xiàn)自動的仿真模型搭建、求解計算和展示功能定制，快速便捷的實現(xiàn)城市爆炸毀傷效應評估。

本評估方法在使用時，會有具體的默認設置，計算時需設置幾個關鍵參數(shù)，交由評估方法自動的完成模型搭建、求解計算、展示，必要時也可以人工干預。

上述的評估方法包括以下步驟：

1)BIM模型典型特征提取：

根據(jù)分析目的和需要，提取分析對象特征尺寸和相對位置關系；

2)定制化的仿真模型搭建功能：

根據(jù)提取的特征尺寸，在充分理解建筑繪圖和仿真計算原理的基礎上，利用自下而上的方法繪制依次繪制點、線、面、體，最終形成適用于仿真計算的幾何模型；也可手工建立幾何模型；

根據(jù)分析目的和需要，確定爆炸分析階段、有無遮擋反射、近場或遠場、精度、前后處理界面友好度、網(wǎng)格質量要求等區(qū)分內容，依據(jù)上述選定分析的計算軟件和對應求解方法；

在上述幾何結構的基礎上，根據(jù)計算軟件和界面中對網(wǎng)格的要求，生成適應仿真計算需要的建筑物網(wǎng)格和流體網(wǎng)格(根據(jù)分析手段不同，有選擇的生成流體網(wǎng)格)；默認基本的網(wǎng)格生成設置，根據(jù)分析關注點可以調整相應選項，達到細化關注區(qū)域網(wǎng)格的目的，并最終有選擇的實現(xiàn)部件耦合連接；

依據(jù)計算軟件和求解方法，設置爆炸計算模型相關參數(shù)：由默認材料庫中選擇使用的材料屬性和失效準則，并在指定爆炸位置設置起爆點和TNT當量；對于計算爆炸四個階段的方法，需要設置流固耦合的參數(shù)；對于位置遠離起爆點的方法，可以采用一維計算結果映射技術來節(jié)省計算時間；對于只是計算結構響應的方法，可以加載超壓曲線。

通過仿真軟件平臺開發(fā)將上述幾個步驟固化，形成可以針對多個軟件、多個方法優(yōu)化的模型生成方案；通過上述幾個步驟，生成計算模型進行后續(xù)計算；

3)定制化的仿真模型求解功能：

通過對部署在天河一號超級計算機上的仿真軟件進行系統(tǒng)性、多因素的效率和資源耗費測試，總結出不同軟件和模塊、不同模型計算規(guī)模的最優(yōu)硬件資源布置配比，據(jù)此建立針對仿真軟件的天河一號超級計算機資源部署方案；

在上述方案基礎上，開發(fā)仿真模型求解設置程序，內嵌硬件資源部署方案，配合天河超級計算機調度系統(tǒng)，啟動軟件并分配最佳的硬件資源，自動實現(xiàn)仿真模型求解功能。