《基於GPU/CPU協同計算的城市建築群震害模擬》是依託清華大學，由陸新征擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於GPU/CPU協同計算的城市建築群震害模擬
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：陸新征
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
科學準確的模擬城市區域震害是提高我國城市抗震防災能力的重要手段，高效、準確並具有真實感的城市建築群震害預測是當前國際防震減災研究的前沿。本課題提出採用精細化城市建築群震害預測模型，利用GPU/CPU協同高性能計算技術，將傳統的單體建築地震動力非線性模擬擴展到區域建築群地震動力非線性模擬，從而有效提高城市區域建築群震害模擬的準確度。並研究相應的城市建築群快速建模方法和模擬結果的高效視景仿真方法，提高建模的效率和震害模擬的真實感。重點研究實現城市建築群精細化震害模擬所需的高效準確的建築群震害預測模型、建築群結構模型快速建模方法、適應於GPU/CPU協同計算的高性能結構分析算法、以及實現震害結果展示所需的超大場景高效真實感渲染算法。通過本課題的研究，可有效提高我國城市震害預測的準確度和真實度，為提高城市抗震防災能力提供更為可靠的科學依據。
結題摘要
地震災害是我國城市安全的重要威脅，其區域性和毀滅性的特點，使得地震震害預測，特別是城市區域震害預測無法通過物理實驗來解決。而目前廣泛使用的歷史震害統計、半經驗半理論、模糊類比等城市建築震害預測方法，往往無法滿足防災減災發展的需要。 本項目提出一套基於GPU/CPU協同計算的城市區域建築群震害精細化模擬方法，包括建模、計算和可視化三個部分：(1) 針對城市區域多層建築，提出了多自由度集中質量剪下層模型，並建立了基於Hazus資料庫的建築模型確定方法，該計算模型相對基於能力需求譜的Hazus方法能更好的考慮地震動的時域特性以及建築的彈塑性動力行為，而相對於精細有限元模型具有更高的效率；針對城市區域高層建築，基於Miranda 的彈性彎剪耦合模型，提出了適用於城市區域計算的高層建築彈塑性彎剪耦合計算模型，並建立了基於結構抗震設計流程和設計規範的高層建築彈塑性彎剪耦合模型快速建模方法，通過和精細有限元模型對比，驗證了該計算模型可以充分反映高層建築彎剪耦合變形特徵，同時具有很高的計算效率。(2) 利用GPU強大的並行計算性能，提出了粗粒度並行的GPU/CPU協同計算架構，研究了GPU最優參數設定，使得城市建築群震害精細化模擬的計算效率相對傳統CPU平台提高了39倍。(3)基於OSG圖形引擎和PhysX物理引擎，提出了城市建築群震害場景2.5D 模型的建立方法和建築物倒塌震害的高效仿真方法，利用該方法可以快速渲染大規模城市建築群的震害展示，結合震害的立體可視化展示，可為應急救援創造一個具有真實感和高度沉浸感地震場景。 本項目通過清華校園、汕頭市等算例，對所提出的基於GPU/CPU 協同計算的高性能計算方法進行了建築群震害精細化模擬套用，實現城市區域震害的高效精細化預測與高真實度展示。本項目發表論文17 篇，其中SCI 收錄9篇，EI 收錄5 篇（不計重複收錄），出版專著1部，即《工程地震災變模擬：從高層建築到城市區域》。項目的研究成果可為全面提升我國城市防災減災能力提供現代技術手段和方法，既可滿足當前城市防災減災的需要，又具有突出的性價比，因而具有廣闊的套用前景。
