随着我国城镇化建设进程的加快,高层建筑物不断增加,随之而来的雷电防护问题也日益突出。针对高建筑物群的雷击过程,开展三维雷电仿真可以深入了解雷电发展过程以及为实施防雷方案提供思路。但目前三维雷电仿真存在以下几大挑战:一是仿真技术方面,现有先导几何模型过于简化。二是仿真模型参数选择缺乏更合理的方法与实验论证。三是仿真验证技术方面,现有验证方法大多采用定性分析,忽略雷电流的验证。四是仿真效率方面,仿真慢、异常多、仿真进度无法及时通知,导致研究效率低。针对以上问题,本文从三维雷电的仿真技术、仿真验证技术与并行仿真系统开发这三个方面开展研究,具体工作和研究成果如下:针对挑战一,本文提出基于有限元法与Comsol的三维雷电分形仿真方案,采用圆柱-球体模型模拟雷电先导,通过实验证明其比点-线模型具有更低的电场畸变失真程度。针对挑战二,本文利用网格搜索算法进行有限元网格参数的等级划分和参数粗粒度选择,设计实验研究网格粗细与仿真结果的关系,发现网格粗细影响电场模值的绝对大小,极细化网格是极粗化网格精度的数十倍,但运算速度慢了一半。本文提出基于FID度量雷电图像深度特征的分形参数选择方法,通过实验论证对于三维雷电仿真模型,分形参数的最优范围为1～1.5。针对挑战三,本文提出基于多叉树的仿真环境雷电流计算方案。通过对先导头部与通道进行电荷分配,提出雷电连接后雷电流的可视化方案。本文提出基于特征向量距离度量的验证技术,通过对雷电流提取时域、小波包能量、ITD特征,定量完成仿真验证。实验结果表明,在工程误差下,本文提出的仿真技术符合雷电发展实际情况。针对挑战四,本文设计并实现三维雷电仿真系统,通过并行仿真模块,实现具备可扩展性的集群仿真方案,以完成多路并行仿真。利用异常处理与通知模块自动化处理异常,提供实时通知功能,提高研究效率。