新论文：基于城市信息模型、并同时适用于城市建筑群和单体重要建筑的多灾害模拟框架

论文链接：

https://www.mdpi.com/2071-1050/12/12/5059/htm

    2010年上海世界博览会主题：城市，让生活更美好。

    然而，多种多样的灾害可能对城市功能造成大大小小的影响。科学评估城市建筑在多种灾害下的性能响应，对制定城市防灾策略、保障城市安全和发展至关重要。此外，城市管理者在评估城市建筑防灾性能时，不仅需要关注整个城市对象，一些重要单体建筑的防灾性能也需要仔细考察。

    城市灾害模拟存在三大难题：(1) 数据：城市是动态生长的有机体，城市建成环境的不断变化为灾害模拟模型的管理和更新带来了挑战；(2) 灾害模拟模型：基于历史灾害数据的经验模型可推广性差，且面对城市不断变化的建成环境，经验模型存在一定“历史局限性”；(3) 成果沟通：城市灾害模拟的产出需要以直观明了的形式传达给城市管理者等决策者。

    针对上述难题，为了更好地帮助城市管理者实现城市多尺度建筑对象在多种灾害下的性能评估，本研究提出了一个基于城市信息模型（city information model, CIM）并同时适用于城市区域建筑群和单体重要建筑的多灾害模拟框架，该框架具有如下特点：

    (1) 针对区域建筑群和单体建筑这两类不同尺度的分析对象，框架将灾害模拟的基础数据格式统一为CIM数据，能够满足多尺度的数据存储需求；统一的基础数据格式也为城市信息的管理和更新带来了便利。

    (2) 框架基于物理模型实现了建筑在多种灾害下的响应模拟，与经验或半经验模型相比，物理模型无需依赖历史灾害数据，可推广性和科学性更好。

    (3) 框架实现了模拟结果的高真实感展示，有助于城市管理者等决策人员更直观的理解灾害场景和做出相关决策。

在上述背景下，本研究以城市信息模型（city information model, CIM）为多灾害模拟的基础数据格式，采用物理模型实现多种灾害对建筑群及单体建筑的影响模拟，并实现灾害场景的高真实感可视化。本研究的目标如图1所示。

图1 本文的研究目标

下面将介绍本研究提出的多灾害模拟框架的数据基础，框架流程，以及模拟技术细节。

图2 CIM的概念

图3 基于CIM的多灾害模拟框架

针对单体建筑：

针对区域建筑群：

图4 清华校园建筑群及一栋4层办公楼建筑BIM

图5 清华校园建筑群地震响应可视化

图6 清华校园建筑群地震损伤状态

图7 初始起火建筑

图8 火灾蔓延场景

图9 火灾烟气效果

图10 清华校园建筑外表面风压值

图11 校园内行人高度风环境舒适度

（红色表示室外活动受到非常严重影响的区域，黄色表示严重影响的区域，浅蓝色表示轻微影响的区域，深蓝色表示不受影响的区域）

图12 4层办公楼建筑震后塑性铰分布

图13 起火房间

图14 起火后第三层烟气蔓延效果

    对此栋建筑周围的风场进行CFD模拟，输入与模拟设置与区域模拟一致。非结构构件基本无损失，与区域风灾模拟结果一致。