从PEER 2018年会看地震工程计算模拟

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	从PEER 2018年会看地震工程计算模拟
	陆新征金鑫磊
	2018-04-01
所属快报	地球科学快报
出版年	2018
期	7
语种	中文
领域	地球科学
栏目	地震与火山学
中文关键词	地震 ; 计算模拟
中文摘要	2018年1月18—19日，美国太平洋地震工程研究中心（Pacific Earthquake Engineering Research Center，PEER）2018年会在美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）举行。今年太平洋地震工程研究中心年会的主题是：“PEER at 21: The Practice of Performance-Based Engineering for Natural Hazards”。年会主题体现出一个重要变化：即除地震灾害外，年会的讨论范畴扩大至其他自然灾害的性能化设计问题。年会计算模拟（Computational Simulation）专题部分由加州大学伯克利分校Frank McKenna博士和Filip Filippou教授组织。本文主要对与地震工程计算模拟相关的区域地震动模拟、城市震害模拟和桥梁震害损失预测模拟3个方面进行介绍，并结合PEER 2018年会报告，分析了地震工程计算模拟在未来防震减灾领域的重要性和必要性。
情报分析_信息发布时间	2018年1月19日
情报分析_信息来源性质	科研机构
情报分析_信息来源机构	美国太平洋地震工程研究中心（Pacific Earthquake Engineering Research Center，PEER）
情报分析_机构类别	科研机构
情报分析_信息来源国家	美国
情报分析_信息类别	会讯
情报分析_研究主题	地震工程计算模拟
情报分析_研究内容	1 区域地震动模拟美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）David McCallen博士通过报告“面向百亿亿次计算的区域地震灾害和风险模拟（Towards Exascale Simulations for Regional Earthquake Hazard and Risk）”，介绍了在高性能计算方面，美国正在开展百亿亿次（Exascale，1018（次/秒））高性能计算领域的研究，将开发新的硬件架构、新的应用和新的软件系统，在未来10年造出比现在最快的计算机还要快10倍以上的计算机，且效率进一步提升。在应用领域方面，劳伦斯伯克利国家实验室和LawrenceLivermore国家实验室、加州大学达维斯分校（UC Davis）等单位一起，利用超级计算机的高性能计算能力，实现地震灾害场（地震波传播）以及地震风险（结构破坏）的模拟。其核心软件是基于有限差分法的地震动传播软件SW4以及若干结构分析软件。现有的地震波传播模拟受到计算能力的限制，往往只能达到2Hz以下的精度要求，远不足以满足工程上对地震波的频率要求。McCallen博士计划通过利用百亿亿次计算平台，将地震波模拟精度提升到10 Hz的水平，并进行更多次的模拟以考虑更多的不同工况。 2 城市灾害模拟为了支持全美国范围多灾害工程对策的研究，美国国家科学基金（NSF）支持了“国家灾害工程研究基础设施（National Hazard Engineering Research Infrastructure，NHERI）”研究项目。其中，加州大学伯克利分校联合几所美国高校，承担了“Computational Modeling and Simulation Center”，简称“SimCenter”（模拟中心）的课题。已有的研究项目已经在灾害不确定性分析、性能化设计、区域韧性模拟、灾害教育等领域形成了众多计算软件。SimCenter计划将现有的软件集成成一个体系，并大力开发软件界面、前后处理、应用案例、前端工具、数据收集方法等。加州大学伯克利分校Frank McKenna博士通过报告“用于建立自然灾害下区域韧性评价流程的软件框架（A Software Framework to Allow the Creation of Workflow Applications for Regional Resiliency Assessment in Natural Hazards）”，介绍了SimCenter目前最大的一个应用是在加州大学伯克利分校Stephen Mahin教授和斯坦福大学Gregory Deierlein教授领导下，完成了美国加州旧金山湾区地震全过程的模拟工作。通过多个单位的合作，实现了对旧金山湾区180万栋建筑从地震发生、到建筑震害、到城市功能影响和政策对策的研究。上述成果在完成系统性的论证和检验后，将在2018年7月正式发布。同时，SimCenter将进一步研究利用人工智能等提升结构建模方法。 3 桥梁震害损失模拟美国加州大学洛杉矶分校（UC Los Angeles）Ertugal Taciroglou教授通过报告“大规模基于概率的地震风险评价框架的流程（Workflows & Logistics of Large-Scale Probabilistic Seismic Risk Assessment Frameworks）”，指出虽然现阶段工程人员更关注单体工程，但是灾害会对整个区域产生影响，保险公司、政府和应急部门需要更大范围的灾害分析结果。而且，现在人造建成环境密切相连：社区生活、交通网络、生命线系统等，单个工程的分析结果不能充分反映实际的抗灾性能。例如，即使震后医院保持完好，但是交通中断了，病人仍然难以得到充分的救治。但是，要是完成大范围的模拟结果，需要新的数据收集手段，新的建模手段，新的计算手段，也需要新的计算结果分析手段。 Taciroglou教授利用自动化的交互工具来研究复杂网络的地震易损性，以此作为研究目标。具体包括通过对不同途径获得的数据进行数据挖掘来建立结构模型，进行特定场地、特定结构的地震影响分析，基于网络尺度来评价经济损失后果。Taciroglou教授举例说，Napa地震后，美国地质调查局（USGS）的PAGER系统最开始预测损失在1000万~1亿美元之间，而后修正到了1亿到10亿美元之间，而后又修正到了10亿到100亿美元之间。而一个月后调查得到的实际损失为4亿美元。这个案例反映出现阶段对震害损失预测精度难以令人满意。 Taciroglou教授提出，可以通过图片和其他信息来建立工程结构模型。根据位置确定其灾害风险，进而更好的对损失进行预测。以多个实际桥梁为例，举例说明了这个方法的具体执行过程，并对建模和计算的精度进行了验证，证明其精度可以满足工程需要 4 小结从PEER2018年会可以看出，随着社会的进步，地震灾害防御已经不再局限于考察某个单体工程抗震性能的优劣，地震对城市、区域和社会的影响日渐成为防震减灾工作重点关注的问题。与此相关的区域地震动情境的生成，区域建筑信息的收集与结构模型建模，基于非线性时程分析的区域震害模拟，高真实感的可视化及地震引起的社会和城市功能影响，政策和法规对城市防震减灾能力的定量评价等问题也成为未来地震工程发展的重要方向和关键难题。
参考文献	陆新征. 美国太平洋地震工程研究中心2018 年会“计算模拟”专题大会报告简报. 国际地震动态, 2018, (2): 37-39.
文献类型	快报文章
条目标识符	http://119.78.100.173/C666/handle/2XK7JSWQ/181177
专题	地球科学
推荐引用方式 GB/T 7714	陆新征金鑫磊. 从PEER 2018年会看地震工程计算模拟. 2018.