Page 86 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 彭江舟，等： 城市建筑外爆威力场与毁伤效应数智仿真模型及应用 第 2 期

何建筑以及建筑群落；结合虚拟城市技术，开展城市区域内多次建筑外爆事件超压载荷参数场的预测；
基于预测结果，进行建筑表面目标位置的超压时程曲线重构，并评估建筑结构的毁伤等级，为城市爆炸
的毁伤评估和抗爆设计提供技术支持。

1 方 法

本文旨在通过综合应用计算机模拟与 GNN 技术，实现对建筑外爆效应的精准预测与毁伤评估。首
先，建立建筑外爆物理模型，并基于 OpenFOAM 进行建筑外爆数值验证和数值模拟，以捕获爆炸过程中
的关键爆炸荷载参数；随后，构建包括单体建筑、复杂建筑及建筑群落在内的多样化建筑数据集，为后续
的数据驱动模型开发提供基础；在模型开发阶段，基于 GNN 模型框架，通过模型训练与参数优化，进行
硬件配置说明，并在不同规模的建筑数据集上进行全面的测试，以评估模型的性能；最后，聚焦于爆炸载
荷预测模型的实际应用，通过数字城市爆炸预测、超压时程曲线重构以及建筑毁伤等级评估，实现实际
工程场景下的爆炸预测以及毁伤评估。具体方法流程图如图 1 所示。

Simulation dataset Data-driven intelligent Modeling inference and its
construction model development application

Encoding layer
z
Geometric y GNN model Explosion
and explosion framework Processing layer inference in
designing TNT 200 kg urban
x
Damage level
1 250
Train loss Overpressure
Explosion Hyperparameter Loss time-history
simulation tuning Valid loss reconstruction Overpressure/kPa
0 Epochs 75 0 Time/ms 40

Training set Single building Explosion loads
Dataset Validation set Model Complex geometric Damage Damage criterion
construction inference assessment
Standardization Multiple buildings Damage level

图 1 方法流程图
Fig. 1 Methodology flow chart
1.1 数值仿真构建数据集
本文通过数值仿真方法构建了一套建筑外爆物理场预测模型的数据集，该数据集包含了单体建筑、
复杂建筑及建筑群落等多种场景。
1.1.1 数值仿真方法验证
针对复杂建筑群中冲击波传播的多重耦合效应，引入典型建筑群爆炸实验 [24] 开展方法验证。基于
OpenFOAM 平台构建建筑外部爆炸仿真模型来进行对比验证，其空间分布如图 2 所示。图 3 结果表明，
本文提出的仿真方法不仅计算精度较高，其空间传播特征与实验数据呈现良好一致性，验证了该方法在
复杂建筑场景下的有效性，可为数据集构建提供可靠技术支撑。
1.1.2 数值仿真构建数据集
鉴于本文的主要关注点是模型对于不同建筑几何的适应性，因此数据集中其他爆炸场景参数均被
设定为固定值：爆炸计算区域的尺寸为 100 m×100 m×50 m，爆炸中心位于坐标（50 m, 50 m, 5 m），并且中
心区域的 TNT 当量固定为 200 kg。为了更真实地模拟实际情况，计算域的边界（除地面外）被设置为无

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