城市地震次生火灾模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市地震次生火灾模拟方法及系统，其中，方法包括：根据建筑属性数据建立区域建筑的多质点模型，并对区域建筑的多质点模型进行非线性时程分析，以得到每栋建筑的破坏状态；根据每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置；通过次生火灾传播物理模型，并根据每栋建筑的破坏状态，模拟起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态；通过火灾场景渲染和大涡模拟对建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，并通过预设的三维模型模拟城市地震次生火灾。该方法可以有效提高地震次生火灾模拟的精度，实现城市地震次生火灾高真实感展示。

Simulation method and system of urban secondary fire

The invention discloses a method and a system for simulating urban earthquake-induced secondary fire, wherein the method comprises: establishing a multi-particle model of a regional building based on building attribute data, and analyzing the multi-particle model of a regional building with nonlinear time history to obtain the damage state of each building; and according to the damage state of each building, establishing a multi-particle model of a regional building. And regression constrained building fire model to calculate the building fire probability, to get the number and location of fire buildings; through secondary fire propagation physical model, and according to the damage state of each building, simulation of fire spread caused by fire buildings, get the development of indoor fire and the state of fire spread between buildings; Fire scene rendering and large eddy simulation are used to render the development of indoor fire and the state of fire spread between buildings, and the pre-set three-dimensional model is used to simulate the secondary fire of urban earthquake. This method can effectively improve the accuracy of earthquake-induced fire simulation, and realize high realistic display of urban earthquake-induced fire.

【技术实现步骤摘要】
城市地震次生火灾模拟方法及系统
本专利技术涉及数值模拟土木工程
，特别涉及一种城市地震次生火灾模拟方法及系统。
技术介绍
我国是地震多发国家，地震不仅本身具有很大的破坏性，它所引发的次生灾害也十分严重。特别地，20世纪历史震害数据表明，地震次生火灾是造成人员伤亡最严重的次生灾害。地震次生火灾引起的后果甚至可能比地震直接导致的后果更严重。例如，1906旧金山地震和1923日本东京地震造成了20世纪和平时期最大的城市火灾。其中，1906旧金山地震的次生火灾造成的房屋破坏占总破坏的80％，1923日本东京地震的次生火灾造成的经济损失占总损失的77％，次生火灾带来的损失是地震直接损失的数倍。因此，次生火灾问题需要引起高度重视。地震次生火灾模拟主要包含两部分内容，即(1)起火模型，模拟某地震强度下给定小区内起火建筑数量，与(2)火灾传播物理模型，模拟火灾在建筑室内和建筑间的蔓延发展。现有模型仍然存在一些局限性：起火回归模型通常只给出了某个地震强度下的起火数量，难以较准确的判断具体起火位置，并且也缺少确定建筑震害高效准确的方法；火灾传播模型中较少考虑房屋震害对火灾蔓延的影响。在次生火灾可视化方面，现有模型通常在二维GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系统)平台或其他三维平台中展示火灾蔓延效果，并未关注火光、烟气等提高火灾蔓延场景真实感的因素，城市建筑群次生火灾的高真实感展示效果不足，大大限制了这些模型被政府管理部门或消防部门等非专业人员使用。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种城市地震次生火灾模拟方法，该方法可以有效提高地震次生火灾模拟的精度，且能够实现城市地震次生火灾高真实感展示。本专利技术的另一个目的在于提出一种城市地震次生火灾模拟系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种城市地震次生火灾模拟方法，包括以下步骤：根据建筑属性数据建立区域建筑的多质点模型，并对所述区域建筑的多质点模型进行非线性时程分析，以得到每栋建筑的破坏状态；根据所述每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置；通过次生火灾传播物理模型并根据所述每栋建筑的破坏状态，模拟所述起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态；通过火灾场景渲染和大涡模拟对所述建筑室内火势发展和所述建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，并通过预设的三维模型模拟城市地震次生火灾。本专利技术实施例的城市地震次生火灾模拟方法，利用多质点模型和非线性时程分析，计算区域建筑在地震动作用下的动力响应，考虑建筑震害对次生火灾的影响，。而且具有极高的计算效率和展示度，从而有效提高地震次生火灾模拟的精度，且能够实现城市地震次生火灾高真实感展示。另外，根据本专利技术上述实施例的城市地震次生火灾模拟方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述建筑属性数据包括结构类型、高度、层数、建造年代、楼层面积的一种或多种。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置，进一步包括：根据回归模型计算预设地震强度下起火建筑的数量；根据单体建筑起火概率模型计算各建筑发生地震次生火灾的概率，以得到起火建筑的位置。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述通过次生火灾传播物理模型，并根据所述每栋建筑的破坏状态，模拟起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态，进一步包括：根据建筑起火、轰然、火灾发展、熄灭的过程，并基于建筑围护结构的损伤情况，以计算由热辐射和热羽流引起建筑间的火灾蔓延过程。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述通过火灾场景渲染和大涡模拟对所述建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，进一步包括：根据建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态，得到建筑各时刻的燃烧状态，并通过不同颜色对所述燃烧状态进行渲染，以实现火灾场景渲染；通过所述大涡模拟计算烟气粒子的运动，以实现次生火灾烟气效果的模拟。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种城市地震次生火灾模拟系统，包括：建筑破坏状态模拟模块，用于根据建筑属性数据建立区域建筑的多质点模型，并对所述区域建筑的多质点模型进行非线性时程分析，以得到每栋建筑的破坏状态；建筑起火模型模块，用于根据所述每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置；火灾传播状态模拟模块，用于通过次生火灾传播物理模型并根据所述每栋建筑的破坏状态，模拟所述起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态；处理模块，用于通过火灾场景渲染和大涡模拟对所述建筑室内火势发展和所述建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，并通过预设的三维模型模拟城市地震次生火灾。本专利技术实施例的城市地震次生火灾模拟系统，利用多质点模型和非线性时程分析，计算区域建筑在地震动作用下的动力响应，考虑建筑震害对次生火灾的影响，。而且具有极高的计算效率和展示度，从而有效提高地震次生火灾模拟的精度，且能够实现城市地震次生火灾高真实感展示。另外，根据本专利技术上述实施例的城市地震次生火灾模拟系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述建筑属性数据包括结构类型、高度、层数、建造年代、楼层面积的一种或多种。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述建筑起火模型模块进一步用于根据回归模型计算预设地震强度下起火建筑的数量，并根据单体建筑起火概率模型计算各建筑发生地震次生火灾的概率，以得到起火建筑的位置。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述火灾传播状态模拟模块进一步包用于根据建筑起火、轰然、火灾发展、熄灭的过程，并基于建筑围护结构的损伤情况，以计算由热辐射和热羽流引起建筑间的火灾蔓延过程。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述处理模块进一步用于根据建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态，得到建筑各时刻的燃烧状态，并通过不同颜色对所述燃烧状态进行渲染，以实现火灾场景渲染，并通过所述大涡模拟计算烟气粒子的运动，以实现次生火灾烟气效果的模拟。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的城市地震次生火灾模拟方法的流程图；图2为根据本专利技术一个具体实施例的城市地震次生火灾模拟方法的流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的建筑间火灾蔓延方式的示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的分析区域太原市中心城区示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的各建筑平均起火指数及起火建筑位置图；图6为根据本专利技术一个实施例的总燃烧面积与时间关系曲线图；图7为根据本专利技术一个实施例的同的φ取值下总燃烧面积与时间关系曲线图；图8为根据本专利技术一个实施例的不同风速下总燃烧面积与时间关系曲线图；图9为根据本专利技术一个实施例的火灾蔓延效果图；图10为根据本专利技术一个实施例的次生火灾场景烟气效果图；图11为根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市地震次生火灾模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：根据建筑属性数据建立区域建筑的多质点模型，并对所述区域建筑的多质点模型进行非线性时程分析，以得到每栋建筑的破坏状态；根据所述每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置；通过次生火灾传播物理模型，并根据所述每栋建筑的破坏状态，模拟起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态；通过火灾场景渲染和大涡模拟对所述建筑室内火势发展和所述建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，并通过预设的三维模型模拟城市地震次生火灾。

【技术特征摘要】
1.一种城市地震次生火灾模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：根据建筑属性数据建立区域建筑的多质点模型，并对所述区域建筑的多质点模型进行非线性时程分析，以得到每栋建筑的破坏状态；根据所述每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置；通过次生火灾传播物理模型，并根据所述每栋建筑的破坏状态，模拟起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态；通过火灾场景渲染和大涡模拟对所述建筑室内火势发展和所述建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，并通过预设的三维模型模拟城市地震次生火灾。2.根据权利要求1所述的城市地震次生火灾模拟方法，其特征在于，所述建筑属性数据包括结构类型、高度、层数、建造年代、楼层面积的一种或多种。3.根据权利要求1所述的城市地震次生火灾模拟方法，其特征在于，所述根据所述每栋建筑的破坏状态和回归约束的建筑起火模型计算建筑的起火概率，以得到起火建筑数量和位置，进一步包括：根据回归模型计算预设地震强度下起火建筑的数量；根据单体建筑起火概率模型计算各建筑发生地震次生火灾的概率，以得到起火建筑的位置。4.根据权利要求1所述的城市地震次生火灾模拟方法，其特征在于，所述通过次生火灾传播物理模型，并根据所述每栋建筑的破坏状态，模拟起火建筑导致的火灾蔓延情况，得到建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态，进一步包括：根据建筑起火、轰然、火灾发展、熄灭的过程，并基于建筑围护结构的损伤情况，以计算由热辐射和热羽流引起建筑间的火灾蔓延过程。5.根据权利要求1所述的城市地震次生火灾模拟方法，其特征在于，所述通过火灾场景渲染和大涡模拟对所述建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态进行渲染和烟气处理，进一步包括：根据建筑室内火势发展和建筑间火灾蔓延的状态，得到建筑各时刻的燃烧状态，并通过不同颜色对所述燃烧状...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆新征，许镇，曾翔，杨哲飚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11