發(fā)布時間：2020-05-20 11:50

【摘要】：隨著城市化進程的高速發(fā)展,城市建筑規(guī)模呈高密度與建筑高層的變化趨勢。地震災(zāi)害具有突發(fā)性,最容易受到破壞的就是房屋建筑,災(zāi)害發(fā)生瞬間房屋建筑就會發(fā)生不同程度的晃動乃至倒塌,勢必造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。城市區(qū)域建筑密度、經(jīng)濟密度與人口密度較高,使得因地震災(zāi)害帶來的損傷情況更加嚴(yán)重,而各種次生災(zāi)害現(xiàn)象,更是進一步將地震的危害性擴大。為了降低城市建筑群因地震災(zāi)害帶來的損傷,可以對地震發(fā)生時的場景進行模擬,以可視化的形式展示區(qū)域建筑群在震中的各種變化情況,有針對性的做出震前防護規(guī)劃與震中搶險救援工作,提高城市的防災(zāi)減災(zāi)能力。當(dāng)前對于建筑群的震害模擬研究中,多采用三維建筑模型進行震害模擬的動態(tài)演示研究,但由于其建模技術(shù)的局限性,導(dǎo)致其建筑模型較為粗糙且存在誤差,從而在后續(xù)的震害模擬研究中無法對建筑實體的震害細(xì)節(jié)進行準(zhǔn)確描述,也無法體現(xiàn)建筑樓體之間的相互影響關(guān)系,不足以體現(xiàn)出建筑群震害模擬的準(zhǔn)確性與真實感。因此,本文提出采用BIM建筑信息模型并結(jié)合多種可視化仿真技術(shù)對建筑群進行震害模擬,能夠解決三維簡化建筑模型的精細(xì)程度與真實感不足等問題,對建筑群在地震發(fā)生時的各種變化情況進行高真實度的模擬。本文以將BIM技術(shù)應(yīng)用于震害模擬可視化方法研究中為主要目標(biāo),所做出的工作如下所示:(1)通過分析地震災(zāi)害對建筑群的各種破壞性行為,在使用者的功能性與非功能性兩方面的需求分析基礎(chǔ)上,設(shè)計并實現(xiàn)了建筑群震害模擬可視化平臺。該平臺支持用戶導(dǎo)入自建BIM模型與對應(yīng)的響應(yīng)時程數(shù)據(jù),無需過多的中間操作流程,無需安裝任何插件,即可在瀏覽器中對該BIM建筑模型進行震害模擬可視化操作。平臺核心功能模塊為模型展示模塊,主要通過BIM模型的三維展示、晃動展示、倒塌展示、構(gòu)件破損展示以及區(qū)域火災(zāi)模擬展示五個功能部分,實現(xiàn)對建筑群的整個震害過程的模擬可視化。(2)重點解決BIM建筑信息模型與地震響應(yīng)時程數(shù)據(jù)的綁定關(guān)系,通過對BIM模型進行解析、建立時程數(shù)據(jù)與BIM模型的自動化綁定關(guān)系、線性插值算法計算模型各構(gòu)件的響應(yīng)位置等操作,實現(xiàn)對BIM建筑模型的晃動模擬展示。(3)通過建立BIM精細(xì)化圖形模型與粗精度物理模型的映射關(guān)系,利用物理引擎彌補震害計算的不足,進行BIM建筑模型的倒塌模擬,同時加入因建筑倒塌而出現(xiàn)的次生災(zāi)害模擬,如構(gòu)件破損與區(qū)域火災(zāi)的模擬,實現(xiàn)對BIM建筑模型的震害模擬展示。通過實驗結(jié)果分析與平臺的展示效果可以看出,基于BIM建筑群震害模擬可視化研究的可行性與真實性,能夠形象直觀地展示震害對建筑群所產(chǎn)生的影響,為城市區(qū)域建筑的防震減災(zāi)設(shè)計以及搶險救援工作的開展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。
【圖文】：

1.1 研究背景及意義我國位于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯處，受三大板塊的擠壓作用，地震活動十分頻繁，近年來發(fā)生的大小地震不計其數(shù)，我國地震震中分布如圖 1.1 所示。地震災(zāi)害發(fā)生時，房屋建筑會因震級大小出現(xiàn)不同程度的晃動，甚至?xí)霈F(xiàn)墻體開裂墜落或房屋建筑的倒塌，是造成經(jīng)濟損失和人員傷亡情況的最為直接的破壞性因素。伴隨房屋建筑的倒塌，會出現(xiàn)多種次生災(zāi)害，如引燃易燃易爆物所造成的火災(zāi)，均持續(xù)加重了人員傷亡與財產(chǎn)損失情況。其中，1906 年美國舊金山發(fā)生 7.8 級地震，導(dǎo)致天然氣管道破裂引發(fā)火災(zāi)，造成數(shù)千人死亡，直接經(jīng)濟損失超過 5 億美元[1]；1976 年河北唐山發(fā)生7.8 級地震，整個唐山市頃刻間被夷為平地，，造成 24.24 萬人死亡，經(jīng)濟損失超過 100億人民幣[2]；2008 年四川汶川發(fā)生 8.0 級地震，誘發(fā)了數(shù)以萬計的地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致約 7萬人死亡，直接經(jīng)濟損失高達 8451 億人民幣[3]。

(a) 濰坊市建筑震害模擬 (b) 希臘某城市建筑震害模擬圖 1.2 基于 GIS 數(shù)據(jù)的 2D 震害模擬可視化利用多種建模軟件結(jié)合震害信息與裂縫紋理，制作 3D 建筑的損傷模型，以三維可視化的形式對建筑樓體震害的損傷程度進行展示。如：楊澤以磚平房為例建立 3D 房屋模型，使用 3Ds Max 軟件將震害信息與房屋紋理相融合，通過 ArcGIS 實現(xiàn)房屋震害受損情況的三維可視化展示[11]，如圖 1.3 (a)所示；中國地震局工程力學(xué)研究所于濟愷，通過分析砌體結(jié)構(gòu)震害實例，提出構(gòu)件裂縫等級函數(shù)，實現(xiàn)建筑模型震害情況與實際震害指數(shù)的聯(lián)動，模擬城市級別的砌體結(jié)構(gòu)震害情況[12]，如圖 1.3 (b)所示。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU17;TU746;TP393.09

【參考文獻】

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3 許鎮(zhèn);陸新征;韓博;任愛珠;;城市區(qū)域建筑震害高真實度模擬[J];土木工程學(xué)報;2014年07期

4 劉亢;張學(xué)文;李津津;馬春勤;張媛;王金萍;;唐山地震震害分布與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系探討[J];災(zāi)害學(xué);2014年02期

5 張永雙;成余糧;姚鑫;王軍;吳樹仁;王猛;;四川汶川地震-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈形成演化過程[J];地質(zhì)通報;2013年12期

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10 劉本玉;葉燎原;蘇經(jīng)宇;;城市抗震防災(zāi)規(guī)劃的研究與展望[J];世界地震工程;2008年01期

本文編號：2672579