Page 11 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 黄 阳，等： 基于物理信息及数据融合驱动的复杂街区爆炸荷载快速计算方法 第 5 期

道三维张量，因此，其输入为三通道三维张量。网络输出为单通道三维张量，作为目标时刻的非起爆街
道压力场预测结果。在后处理部分，基于 3D-UNet 输出的三维场景压力场，可获取指定时刻的压力分布
及指定测点的压力时程。

2D-UNet Pre-processing
Boundary
pressure Rigid wall
[16,16,16] [16,16,16] [16,32,32] [16,32,32] [16,32,32] [16,32,32] [48,32,32] [48,32,32] [8,32,32] [8,32,32] [1,32,32] [1,32,32] [1,21,21] [1,21,21]

[32,16,16] [32,16,16] [32,16,16] [32,16,16] [96,16,16] [96,16,16] [32,16,16] [32,16,16] [16,16,16] [16,16,16] [16,16,16] [16,32,32] [16,16,16] [16,32,32] L 1 z

[64,8,8] [64,8,8] [64,8,8] [64,8,8] [192,8,8] [192,8,8] [64,8,8] [64,8,8] [32,8,8] [32,8,8] [32,8,8] [32,8,8] Concat d 2 y h Ground
x
2D Conv+ReLu
2D Max pool
2D Up-conv
[128,4,4] [128,4,4] [64,4,4] [64,4,4] [64,4,4] [64,4,4] 2D Conv Location-channel d 1/2 d 1/2 L 2
ECF-channel
0.16 Deep Pressure/ Numerical Pressure/ Relative
3D-UNet The proposed method learning MPa model MPa error Error
1.0
0.14
0.14
Numerical model
0.14 0.12 0.12 0.8
…
0.12
[3,16,16,16] [3,32,32,32] [8,32,32,32] [1,16,16,16] Pressure/MPa 0.10 0.10 0.10 0.6
0.4
0.08
0.08
0.2
0.08
0.06
4
2
0
Time/ms 6 8 10 y 0.06 0
Pressure histories x Pressure contour
Calculation model O Post-processing
图 5 非起爆街道预测模型的推理过程
Fig. 5 Inference procee of the non-detonation street prediction model
1.3.1 物理机制引入
非起爆街道模型基于在 3D-UNet 网络数据输入端的能量密度因子（energy concentration factor, ECF）
引入物理机制。能量密度因子是一种与炸药当量无关的物理量，用于量化能量在空间中的近似分布。
由于镜像爆源法难以处理非点源爆炸工况，且 Silvestrini 等 [29] 和钟巍等 [30] 的研究指出，在半约束空间中
爆炸产生的冲击波超压与场景的能量密度因子表现出显著相关性，因此本研究采用能量密度因子作为
非起爆街道模型的输入，以降低网络的数据映射复杂度。
在指定炸点位置及冲击波传播半径后，该半径处的能量密度因子 f F 的计算公式为：
EC
V sph
f ECF = (5)
V semi-confined
式中：V sp h 为自由场爆炸时冲击波围成的空间体积，V semi-confine d 为冲击波在受限空间内围成的体积。针对
各典型街道的 f EC F 计算如图 6 所示。其中，f EC F 计算时依据的炸点中心被设置在边界条件处的地面中心，
淡绿色球体代表自由场爆炸下传播到当前位置时的爆炸波体积。对 f F 的计算过程可基于三维体积布
EC
尔运算实现。

r r r

(a) L-intersection (b) T-intersection (c) Crossroads

图 6 典型街道能量密度因子 f EC 计算示意图
F
Fig. 6 Schematic diagrams of energy concentration factor calculation for typical street configurations

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