基于城市信息模型的区域建筑群多种灾害模拟研究

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城市可能面临多种潜在灾害,例如风灾、地震等自然灾害和新冠肺炎疫情等突发重大公共安全灾害。科学预测多种灾害对城市造成的影响对科学部署防灾资源、提升城市综合防灾水平具有重要意义。本文针对城市建筑群多种灾害模拟问题进行了深入研究,主要工作内容如下:(1)基于城市信息模型(CIM),提出了一种适用于多尺度建筑对象的多种灾害模拟框架。框架将重点建筑和区域建筑群这两类对象分别以建筑信息模型和地理信息系统形式存储于CIM中,提出了CIM到多种灾害物理模型的高效转换方法,并讨论了不同灾害所需CIM的细节层次(LOD)。(2)针对风灾下建成环境舒适性问题,提出了一种适用于高层建筑群的室内外风环境舒适度一体化评价方法。基于LOD-2级CIM,结合大涡模拟、多自由度非线性结构模型、区域尺度的时程分析方法实现了高层建筑群风致动态响应模拟和室内外舒适度综合评价。(3)针对风灾损失问题,提出了城市区域树木风灾破坏近实时评估方法。基于LOD-1级CIM,采用考虑树木影响的计算流体力学(CFD)模拟方法和树木力学模型,通过情境库以及插值预测算法实现了风灾下城市树木破坏状态的快速预测。(4)提出了建筑群外围护构件风灾破坏近实时评估方法。基于LOD-3级CIM,通过CFD物理模型和构件物理模型实现了外围护构件破坏比例的近实时定量预测。并讨论了树木对于构件破坏预测结果的影响。(5)针对抗震韧性问题,提出了可实操的社区抗震韧性评价方法。基于LOD-4级CIM,通过多尺度非线性时程分析、构件信息提取与估计方法、考虑建筑功能差异性的评价体系实现了社区尺度抗震韧性水平的量化评价。(6)针对新冠肺炎疫情灾害,提出了基于LOD-4级CIM的临时医院排风的环境影响高效模拟方法。方法能够适应此类医院不同设计阶段不同LOD的建筑信息,以火神山医院为案例说明了该方法在实际医院快速建设中的应用。
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