[发明专利]一种基于天河超级计算机的城市爆炸毁伤效果评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及爆炸破坏评估技术领域，具体涉及一种基于天河超级计算机的城市爆炸毁伤效果评估方法。

背景技术

天河一号超级计算机是我国首台千万亿次超级计算机，在2010年11月世界超级计算机TOP500排名中位列世界第一，标志着我国自主研制超级计算机的综合技术水平进入世界领先行列。BIM(建筑信息模型)技术的发展，使得精确、准确的记录建筑楼房和城市的建筑信息成为可能，在其基础上可以开展多种应用，诸如施工模拟、运营维护、虚拟漫游等。目前在天河超级计算平台上已经部署了天河BIM云系统，进行BIM领域的相关开发和应用。爆炸分析包括四个内容，即炸药爆轰、爆炸荷载的生产和传播、流固耦合以及结构响应，如果需要完成计算四个内容，则需要整个计算中包括全部的计算流程；如果只关注结构的响应，则将爆炸压力-时程载荷直接加载到结构上，或者辅以修正的方法进行计算。不同的软件和计算方法针对上述过程都会有相应的求解方案。目前在爆炸毁伤效果评价方面，主要有以下不足：1)由于软硬件设备的限制，大部分毁伤评价计算规模普遍偏小，对模型进行了较大程度的简化，结果评价可靠度低；2)城市建筑群的爆炸计算，涉及计算结构多而且复杂，所以实际计算更多的是粗化的建模，类似堆积木的方法建立楼房模型，细节考虑较少；3)传统的计算，需要人工不断的调整模型，未形成有效的模型建立规范；4)没有形成自动化的求解设置，使得陷于模型求解的繁复工作中。

发明内容

针对于上述问题，本发明主要着眼于以下目的：

1)将天河一号超级计算机强大的求解能力，特别是超常胜任超大规模数值模型求解的能力，应用到城市爆炸危害效应分析计算中去，可以加快用于城市规划或建筑防护的决策。

2)实现精细、准确的城市模型搭建，减少以前的粗化不精确建模。

3)根据建立的仿真模型建模规范，实现自动建模，减少人工的重复工作和人工干预。

4)实现模型自动求解设置，求解设置规则化，达到计算最优的软硬件配置，无需每次都测试计算配置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于天河超级计算机的城市爆炸毁伤效果评估方法，通过BIM模型提取城市建筑物典型分析特征，根据经验的仿真模型搭建和求解设置规则，在仿真软件平台和天河超级计算平台上开发建模和求解展示程序，实现自动的仿真模型搭建、求解计算和展示功能定制，快速便捷的实现城市爆炸毁伤效应评估。

本评估方法在使用时，会有具体的默认设置，计算时需设置几个关键参数，交由评估方法自动的完成模型搭建、求解计算、展示，必要时也可以人工干预。

上述的评估方法包括以下步骤：

1)BIM模型典型特征提取：

根据分析目的和需要，提取分析对象特征尺寸和相对位置关系；

2)定制化的仿真模型搭建功能：

根据提取的特征尺寸，在充分理解建筑绘图和仿真计算原理的基础上，利用自下而上的方法绘制依次绘制点、线、面、体，最终形成适用于仿真计算的几何模型；也可手工建立几何模型；

根据分析目的和需要，确定爆炸分析阶段、有无遮挡反射、近场或远场、精度、前后处理界面友好度、网格质量要求等区分内容，依据上述选定分析的计算软件和对应求解方法；

在上述几何结构的基础上，根据计算软件和界面中对网格的要求，生成适应仿真计算需要的建筑物网格和流体网格(根据分析手段不同，有选择的生成流体网格)；默认基本的网格生成设置，根据分析关注点可以调整相应选项，达到细化关注区域网格的目的，并最终有选择的实现部件耦合连接；

依据计算软件和求解方法，设置爆炸计算模型相关参数：由默认材料库中选择使用的材料属性和失效准则，并在指定爆炸位置设置起爆点和TNT当量；对于计算爆炸四个阶段的方法，需要设置流固耦合的参数；对于位置远离起爆点的方法，可以采用一维计算结果映射技术来节省计算时间；对于只是计算结构响应的方法，可以加载超压曲线。

通过仿真软件平台开发将上述几个步骤固化，形成可以针对多个软件、多个方法优化的模型生成方案；通过上述几个步骤，生成计算模型进行后续计算；

3)定制化的仿真模型求解功能：

通过对部署在天河一号超级计算机上的仿真软件进行系统性、多因素的效率和资源耗费测试，总结出不同软件和模块、不同模型计算规模的最优硬件资源布置配比，据此建立针对仿真软件的天河一号超级计算机资源部署方案；

在上述方案基础上，开发仿真模型求解设置程序，内嵌硬件资源部署方案，配合天河超级计算机调度系统，启动软件并分配最佳的硬件资源，自动实现仿真模型求解功能。