Page 88 - 《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

2 500 2 500 2 500

Overpressure Explosive source 2 000 Overpressure 2 000 Overpressure
Boundary points (Overpressure is 0)
Boundary points (Overpressure is 0)
Boundary points (Overpressure is 0)
2 000
Overpressure/kPa 1 500 Line Overpressure/kPa 1 500 Explosive source Overpressure/kPa 1 500 Explosive source
Line
Line
1 000
1 000
1 000
500
0 500 0 500 0
0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70
Distance from explosive source/m Distance from explosive source/m Distance from explosive source/m
(a) Area containing single building (b) Area containing complex geometric building (c) Area containing multiple buildings
图 5 200 kg 当量爆炸在城市区域的冲击波耗散与传播特性
Fig. 5 Dissipation and propagation characteristics of shock waves from a 200-kg TNT equivalent explosion in urban areas
1.1.3 数据集构建
本文构建的数据集由单体建筑构型数据集和复杂建筑群构型数据集组成，其中单体建筑数据集用
于模型训练和测试，复杂建筑群构型数据集用于测试模型在复杂几何构型和复杂建筑环境下冲击波载
荷的学习能力，并为后续真实城市场景应用奠定基础。
本文构建了 4 000 个不同构型的单体建筑外爆数据，数据量能够满足本文所提出的模型复杂度、图
规模的要求，其中 80% 用于模型训练，剩余的 20% 用于模型验证，另构建 300 个不同构型的单体建筑外
爆数据，使模型进行全面有效的学习和测试。单体建筑构型的生成需要保证几何多样性、爆炸事件多样
性、数据集的真实性，并遵循以下步骤（图 6(a) 和图 6(b)）：(1) 随机确定建筑的几何中心，该位置位于以
爆心为圆心、半径为 10～40 m 之间的圆环内；(2) 设置建筑截面外圆直径为 20 m；(3) 随机选择建筑截面
端点的数量，数量集为{3, 4, 5, 6, 7}；(4) 根据选定的端点数量，设置多边形的不规则度和棘度，从而生成
不规则的多边形截面；(5) 随机选择建筑的高度，高度集为 {15 m, 20 m, 25 m, 30 m}；(6) 排除建筑几何覆
盖爆心或者超出爆炸区域的数据。

100

75
y/m 50

25

0 25 50 75 100
x/m
(a) Layout of single building (b) Spatial distribution of (c) Spatial distribution of (d) Spatial distribution of
single building complex geometric building multiple buildings
图 6 训练测试集空间分布示例
Fig. 6 Spatial distribution examples of the training test sets

同时构建复杂建筑群构型数据集，用于测试模型对钝角、圆形以及直角转角迎爆面和建筑之间冲击
波反射与折射的细节捕捉能力。具体构建方式如下：(1) 构建复杂几何建筑测试集，包含十二边形、扇形
（图 6(c)）和十字形等 3 个不同构型的复杂截面单体建筑，几何中心固定在坐标 (50 m, 75 m) 和高度为
15 m，保证其真实性；(2) 构建建筑群落测试集，由 300 个 2～4 栋六面体建筑群落爆炸数据构成，每种数
量的建筑群都包含 100 个数据。这些建筑的位置和尺寸随机生成，以模拟真实建筑群，图 6(d) 展示了一
例具有代表性的多体建筑构型。

1.2 GNN 模型框架
相比于现有的 GNN 冲击波爆炸载荷预测方法 [23] ，为了更好地符合本文的预测需求，也为了避免自

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