[发明专利]一种城市建筑地震次生火灾模拟方法

说明书

本发明涉及一种城市建筑地震次生火灾模拟方法，属于抗震救灾技术领域。该方法包括：基于多质点模型对区域建筑进行非线性时间历程分析，确定建筑的破坏状态；提出回归约束的建筑起火模型，在不同的建筑的震害情况的基础上，利用回归模型计算给定地震强度时的起火建筑数量N和位置。本发明方法是一种城市地震次生火灾模拟方法，提出的考虑精细震害和回归约束的建筑起火模型以及考虑围护结构破坏的次生火灾传播物理模型，能够准确模拟地震次生火灾，而基于本发明模拟结果的高真实感可视化处理，能够方便非专业人士直观地理解次生火灾模拟结果，从而为消防救援决策、城市消防规划等提供依据。

技术领域

本发明涉及一种城市建筑地震次生火灾模拟方法，属于抗震救灾技术领域。

背景技术

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地理信息系统(GIS)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。

发明内容

本发明的目的是提出一种城市建筑地震次生火灾模拟方法，利用多质点模型和非线性时间历程分析，计算区域建筑在地震动作用下的动力响应；考虑建筑精细震害和围护结构对次生火灾的影响，对地震后的建筑起火模型和次生火灾传播进行模拟，为消防救援决策、城市消防规划等提供依据。

本发明提出的城市建筑地震次生火灾模拟方法，包括以下步骤：

(1)建立地震后次生火灾的建筑起火数量回归模型如下：

N＝-0.11749+1.34534PGA-0.8476PGA²

其中，N表示发生地震后每100,000平方米建筑面积内起火建筑的数量，PGA为发生地震时峰值地面加速度；

(2)设定一个PGA的值，根据该PGA的值确定建筑发生破坏状态D_j的发生概率P(D_j|PGA)，j＝0-4，具体过程如下：

(2-1)设定一个PGA的值，设定n条地震动的加速度时间历程记录；

(2-2)根据城市中的每个建筑属性数据，建立城市建筑的多质点模型，该建筑属性数据包括：建筑在城市中的位置、建筑结构类型、建筑高度、建筑层数、建筑的建造年代和建筑的楼层面积；

(2-3)从上述步骤(2-1)的n条地震动记录中任取一条加速度时间历程记录，向结构动力学运动方程中输入该任取的加速度时间历程记录和上述步骤(2-2)的城市建筑的多质点模型，进行非线性时间历程计算，得到待模拟城市建筑的破坏状态D_j，破坏状态D_j包括：完好、轻微、中等、严重和倒塌；