本发明涉及计算机，特别是指一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法及装置。
背景技术：
1、地震作为“群灾之首”，不仅会直接造成建筑物的严重破坏，还会引发多种次生灾害，进而加剧灾损情况，严重阻碍经济水平的发展。据中外震害数据表明，地震引起的次生灾害中，火灾是最常见也是最危险的。为了降低人员伤亡和财产损失的风险，对可能存在火灾隐患或者人口密度较高的城市密集建筑群区域进行火灾灾害分析，制定相应应急预案是十分必要的。
2、随着计算机硬件技术的发展和火灾模拟软件的不断改进，利用数值模拟的方法开展火灾安全研究成为新的趋势，已有多位学者利用数值模拟软件开展火灾安全分析，但多为对单体建筑的研究，少量针对区域火灾的研究也由于建模数量和计算时长的限制而无法深入进行，对于区域建筑群的震后火灾模拟研究依然比较缺乏。究其原因，开展大规模的建筑群三维震后火灾蔓延模拟主要存在震后建筑群火灾精细化模拟存在建模困难、计算效率低的问题。大规模的建筑群数值模拟计算量非常大，需要消耗较多的计算机资源，导致计算时间特别长。具体而言，开展建筑群数值模拟需要进行大量的物理计算，包括建筑热传导、燃烧反应以及烟气扩散等。在求解过程中，随着建筑群规模的增大，其计算量也相应增加。
3、因此，亟需建立一种能够准确反映出建筑群真实形态和特征的震后流体动力学模型，并实现计算效率和模拟精度之间的平衡，更好地模拟建筑群震后火灾蔓延的过程，为城市震后救援提供数据支持。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的火灾蔓延难考虑建筑震后倒塌，且计算效率低的技术问题，本发明实施例提供了一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法及装置。所述技术方案如下：
2、一方面，提供了一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法，该方法由震后火灾蔓延模拟设备实现，该方法包括：
3、s1、建立目标建筑群的几何模型，对几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据。
4、s2、将建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型。
5、s3、对震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果。
6、可选地，s1中的建立目标建筑群的几何模型，对几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据，包括：
7、s11、建立目标建筑群的几何模型，根据搜集到的建筑材料数据对目标建筑群的参数进行定义，得到参数定义后的几何模型。
8、s12、构建地面几何网格，根据地面几何网格以及参数定义后的几何模型得到建筑群模型。
9、s13、对建筑群模型输入地震波进行建筑群损伤模拟，得到建筑群震损形态数据。
10、可选地，s2中的将建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型，包括：
11、s21、将建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到建筑群模型模拟结果。
12、s22、利用三维建模功能对建筑群模型模拟结果进行优化和调整，建立震后建筑群体素模型。
13、s23、对震后建筑群体素模型添加燃烧信息，并根据震后建筑群体素模型的大小建立计算域，得到震后建筑群数值模型。
14、可选地，s3中的对震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果，包括：
15、s31、利用多分区法，在高度方向对震后建筑群数值模型的计算域进行非均匀网格划分，得到划分后的计算子域。
16、其中，划分后的计算子域包括：火源核心区域、羽流区域以及热烟气层区域。
17、多分区法，如下式(1)所示：
18、
19、式中，h为子域边界到火源的高度，hr为火源热释放速率。
20、s32、根据火源热释放速率以及环境参数确定基础的网格精度，根据基础的网格精度对划分后的计算域进行网格初步划分，得到网格初步划分后的计算域。
21、s33、对网格初步划分后的计算域进行大涡模拟，计算得出滤波网格尺度。
22、s34、根据滤波网格尺度计算得到网格比系数，依据网格比系数对基础的网格精度进行调整，得到多分区网格划分结果。
23、s35、利用火灾动态仿真模拟软件对震后建筑群数值模型以及多分区网格划分结果进行运行求解，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果。
24、可选地，s32中的根据火源热释放速率以及环境参数确定基础的网格精度，根据基础的网格精度对划分后的计算域进行网格初步划分，包括：
25、s321、根据火源热释放速率以及环境参数，计算火源特征直径d*，如下式(2)所示：
26、
27、式中，q为预设的火源热释放速率，ρ为模拟区域外部环境的空气密度，cp为空气在设定压力下的比热容，t为模拟区域外部环境的温度，g为重力加速度。
28、s322、根据火源特征直径确定基础的网格精度，根据基础的网格精度对计算域进行网格初步划分。
29、可选地，s33中的对网格初步划分后的计算域进行大涡模拟，计算得出滤波网格尺度，包括：
30、s331、根据网格初步划分后的计算域获取湍流流场数据，根据湍流流场数据计算流场雷诺数re，如下式(3)所示：
31、
32、式中，ρ为气体密度；v为平均速度；μ为运动粘度；d为截面直径。
33、s332、根据流场雷诺数，计算湍流强度i，如下式(4)所示：
34、i＝0.16re-1/8 (4)
35、s333、根据湍流强度，计算总湍流动能k，如下式(5)所示：
36、k＝1.5×(vi)2 (5)
37、s334、根据总湍流动能，计算湍流耗散率ε，如下式(6)所示：
38、
39、式中，cm为经验常数，l为湍流尺度。
40、s335、根据湍流耗散率，计算滤波网格尺度δc，如下式(7)所示：
41、
42、式中，ck为柯尔莫哥洛夫kolmogorov常数，m为动能占比系数。
43、可选地，s34中的依据网格比系数对基础的网格精度进行调整，得到多分区网格划分结果，包括：
44、s341、依据网格比系数对基础的网格精度进行调整，得到优化后的网格。
45、s342、判断火源核心区域和羽流区域的优化后的网格是否小于滤波网格尺度且大于滤波网格尺度的一半，以及热烟气层区域的优化后的网格是否大于滤波网格尺度且小于滤波网格尺度的一倍。
46、若是，则输出多分区网格划分结果。
47、若否，则依照分区对网格进行加密或粗化处理，转去执行步骤s342。
48、另一方面，提供了一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟装置，该装置应用于考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法，该装置包括：
49、数据获取模块，用于建立目标建筑群的几何模型，对几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据。
50、模型构建模块，用于将建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型。
51、输出模块，用于对震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果。
52、可选地，数据获取模块，进一步用于：
53、s11、建立目标建筑群的几何模型，根据搜集到的建筑材料数据对目标建筑群的参数进行定义，得到参数定义后的几何模型。
54、s12、构建地面几何网格，根据地面几何网格以及参数定义后的几何模型得到建筑群模型。
55、s13、对建筑群模型输入地震波进行建筑群损伤模拟，得到建筑群震损形态数据。
56、可选地，模型构建模块，进一步用于：
57、s21、将建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到建筑群模型模拟结果。
58、s22、利用三维建模功能对建筑群模型模拟结果进行优化和调整，建立震后建筑群体素模型。
59、s23、对震后建筑群体素模型添加燃烧信息，并根据震后建筑群体素模型的大小建立计算域，得到震后建筑群数值模型。
60、可选地，输出模块，进一步用于：
61、s31、利用多分区法，在高度方向对震后建筑群数值模型的计算域进行非均匀网格划分，得到划分后的计算子域。
62、其中，划分后的计算子域包括：火源核心区域、羽流区域以及热烟气层区域。
63、多分区法，如下式(1)所示：
64、
65、式中，h为子域边界到火源的高度，hr为火源热释放速率。
66、s32、根据火源热释放速率以及环境参数确定基础的网格精度，根据基础的网格精度对划分后的计算域进行网格初步划分，得到网格初步划分后的计算域。
67、s33、对网格初步划分后的计算域进行大涡模拟，计算得出滤波网格尺度。
68、s34、根据滤波网格尺度计算得到网格比系数，依据网格比系数对基础的网格精度进行调整，得到多分区网格划分结果。
69、s35、利用火灾动态仿真模拟软件对震后建筑群数值模型以及多分区网格划分结果进行运行求解，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果。
70、可选地，输出模块，进一步用于：
71、s321、根据火源热释放速率以及环境参数，计算火源特征直径d*，如下式(2)所示：
72、
73、式中，q为预设的火源热释放速率，ρ为模拟区域外部环境的空气密度，cp为空气在设定压力下的比热容，t为模拟区域外部环境的温度，g为重力加速度。
74、s322、根据火源特征直径确定基础的网格精度，根据基础的网格精度对计算域进行网格初步划分。
75、可选地，输出模块，进一步用于：
76、s331、根据网格初步划分后的计算域获取湍流流场数据，根据湍流流场数据计算流场雷诺数re，如下式(3)所示：
77、
78、式中，ρ为气体密度；v为平均速度；μ为运动粘度；d为截面直径。
79、s332、根据流场雷诺数，计算湍流强度i，如下式(4)所示：
80、i＝0.16re-1/8 (4)
81、s333、根据湍流强度，计算总湍流动能k，如下式(5)所示：
82、k＝1.5×(vi)2 (5)
83、s334、根据总湍流动能，计算湍流耗散率ε，如下式(6)所示：
84、
85、式中，cm为经验常数，l为湍流尺度。
86、s335、根据湍流耗散率，计算滤波网格尺度δc，如下式(7)所示：
87、
88、式中，ck为柯尔莫哥洛夫kolmogorov常数，m为动能占比系数。
89、可选地，输出模块，进一步用于：
90、s341、依据网格比系数对基础的网格精度进行调整，得到优化后的网格。
91、s342、判断火源核心区域和羽流区域的优化后的网格是否小于滤波网格尺度且大于滤波网格尺度的一半，以及热烟气层区域的优化后的网格是否大于滤波网格尺度且小于滤波网格尺度的一倍。
92、若是，则输出多分区网格划分结果。
93、若否，则依照分区对网格进行加密或粗化处理，转去执行步骤s342。
94、另一方面，提供一种震后火灾蔓延模拟设备，所述震后火灾蔓延模拟设备包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如上述考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法中的任一项方法。
95、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法中的任一项方法。
96、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
97、本发明实施例中，基于物理引擎，完成目标建筑群的地震倒塌模拟，结合火灾数值模拟平台，能够考虑到建筑群震后形态对火灾蔓延的影响，对震后建筑群进行更符合实际的火灾蔓延模拟，通过在高度方向采用稀疏网格加速算法，通过非均匀网格划分提高计算效率，实现火灾蔓延模拟计算效率和模拟精度之间的平衡。为城市规划和震后应急救援提供数据支持，有助于城市防灾减灾工作的进行。
1.一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1中的建立目标建筑群的几何模型，对所述几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s2中的将所述建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s3中的对所述震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s32中的根据火源热释放速率以及环境参数确定基础的网格精度，根据所述基础的网格精度对所述划分后的计算域进行网格初步划分，包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s33中的对所述网格初步划分后的计算域进行大涡模拟，计算得出滤波网格尺度，包括：
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s34中的依据所述网格比系数对所述基础的网格精度进行调整，得到多分区网格划分结果，包括：
8.一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟装置，其特征在于，所述考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟装置用于实现权利要求1-7任一项所述的考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法，所述装置包括：
9.一种震后火灾蔓延模拟设备，其特征在于，所述震后火灾蔓延模拟设备包括：
10.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
