基于多尺度和分布异构计算的城市建筑群地震灾害情景模拟与损失预测

The cities in China are facing severe threatens from earthquakes. A scientific and accurate prediction of urban earthquake loss has an important strategic significance for the disaster prevention and mitigation of China. However, currently the seismic loss prediction method is lack of the suitable computational models for various types of buildings in a city, the high-performance/low-cost computational platforms, the vivid disaster scenario simulations and the high-fidelity loss assessments, which can not satisfy the further development of disaster prevention of China. Therefore, in this project, a high-efficient and high-fidelity simulation of the seismic responses of urban building groups will be performed based on multi-scale modeling and heterogeneous computing. The seismic disaster scenario will be vividly displayed based on multi-source data (e.g., 3D city model) and high-performance rendering algorithm. The seismic loss prediction will be improved based on high-fidelity building response simulation and next generation performance-based assessment method. The outcomes of this work will break through the bottle neck of current seismic damage prediction in China, and will provide advanced scientific methods and technologies to upgrade the disaster prevention and mitigation of Chinese cities.

我国城市面临严峻地震灾害威胁，科学准确预测城市地震灾害损失，对提高我国抗震防灾能力具有重大的战略意义。现有震害预测手段缺乏适合城市中不同类型建筑的计算模型和高性能低成本计算手段，缺乏直观的震害模拟展示及精细化的损失预测，难以充分满足我国城市防灾减灾事业进一步发展的需求。本课题将提出多尺度建模和分布异构计算方法，实现城市区域建筑群动力响应的高效、精细化模拟；结合三维城市建筑模型等多源数据和大场景高性能渲染算法，实现城市区域建筑群震害的高真实度展示；最后基于精细化震害模拟结果和新一代性能化评价方法，提升地震经济损失预测的科学性和准确性。本课题的研究，将突破当前我国防震减灾的重要关键瓶颈问题，为全面提升我国城市防灾减灾能力提供现代科学技术手段和方法，对变“被动救灾”为“主动防灾”，促进我国由地震灾害大国走向防震减灾强国，有着重要的科学意义和实用价值。

我国城市面临严峻地震灾害威胁，科学准确预测城市地震灾害损失，对提高我国抗震防灾能力具有重大的战略意义。现有震害预测手段缺乏适合城市中不同类型建筑的计算模型和高性能低成本计算手段，缺乏直观的震害模拟展示及精细化的损失预测，难以充分满足我国城市防灾减灾事业进一步发展的需求。.因此，本研究针对当前我国防震减灾的关键瓶颈问题，分别从城市建筑群震害预测多尺度模型、高效计算方法、高真实感可视化、和经济损失预测等四个方面开展了系列研究。.城市建筑群震害预测多尺度模型方面，系统开发了针对多层框架、砌体的剪切层模型、针对高层建筑的非线性弯剪耦合模型、以及针对重要复杂超高层建筑的构件尺度预测模型，提出了各类模型的参数确定方法，并验证了模型的准确性。.城市建筑群震害高效计算方法方面，提出了GPU/CPU异构平台的分布式计算框架，并系统研发了基于异构计算的高性能并行算法与分布式动/静态计算资源调度算法，显著提升了模型分析效率，实现了城市建筑群震害的高效模拟。.城市建筑群震害高真实感可视化方面，系统建立了基于多源数据的城市建筑高真实度可视化方法，实现了基于2D-GIS数据的2.5D可视化方法、多尺度模型地震响应结果与高真实度建筑外形模型间的映射、以及城市大规模建筑震害动力响应的高性能可视化。.城市建筑群震害经济损失预测方面，提出了多尺度城市数据的获取与建模方法，建立了基于新一代性能化评价的城市建筑群震害经济损失预测方法，实现了城市区域建筑群经济损失统计分析的精细化求解。.发表论文31篇，其中SCI收录9篇，EI收录3篇（不计重复收录）。出版著作1部。提出了基于多尺度和分布异构计算的城市建筑群地震灾害情景模拟与损失预测方法，为全面提升我国城市防灾减灾能力提供现代科学技术手段和方法。