Page 12 - 《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

由式 (5) 可知，三维空间对应的 f EC F 场中同一球面的 f EC F 相等，因此该场无法区分球面上各点的空间
位置。为强化网络的空间感知能力，额外引入角度信息通道，作为对 f EC F 场描述能力的补充。角度信息
通过计算炸点指向目标点的向量和 x 轴方向向量的夹角（θ）余弦表示：

l · n x
cosθ = √ (6)
|l|·|n x |
式中：l 为目标点与坐标原点间的向量，n 为 x x 轴方向向量。将角度信息通道与能量密度因子通道合并
后，一并作为 3D-UNet 的数据输入。
1.3.2 网络架构
如图 5 所示，非起爆街道预测模型的数据映射由 2D-UNet [28] 及 3D-UNet [27] 级联组成。2D-UNet 将
指定时刻的二维边界压力场输入映射为三维张量格式，3D-UNet 接收 2D-UNet 处理过的边界压力场、能
量密度因子和角度信息通道，并输出三维压力场预测结果。

1.4 目标数据输出
如 1.1 节所述，起爆街道预测模型和非起爆街道预测模型的目标数据输出均设定为对应场景下高精
度数值模拟的计算结果。为此，需对所使用的数值建模方法进行验证，以确保数值结果真实有效。
采用 LS-DYNA 软件对 Smith 等 [3] 的 1∶50 缩尺城市街区爆炸试验进行模拟。试验的平面布置如
图 7(a) 所示，建筑物 A 和建筑物 G 缩尺后高度为 450 mm，建筑物 D 和建筑物 F 的高度为 400 mm，其他
建筑物高度为 300 mm。试验中，16 g TNT 在 (478 mm, 350 mm, 40 mm) 位置被引爆。由于原始数据有
限，为验证数值建模方法的有效性，选取测点 T11 (−300 mm, 1 000 mm, 75 mm) 和 T21 (1 260 mm, 1 000 mm,
75 mm)，将其压力-时程与本研究数值结果及 Fedorova 等 [31] 的数值模拟结果进行对比。基于试验的平面

y

300 170 300 360 130
300
T11 T21
400 B D

300
1 900 A E G
C
600 Explosive
x
F
300 150 300 360 600 300 150 300
750 1 710
(a) Plan layout of the city block experiment (unit: mm)
250 300
Experiment [3] Experiment [3]
Numerical result from Ref. [31] 250 Numerical result from Ref. [31]
Pressure/MPa 200 Pressure/MPa 200
Numerical result from LS-DYNA
Numerical result from LS-DYNA
150
150
100 100
50
50 0
1.0 2.0 3.0 4.0 4.5 1.0 2.0 3.0 4.0 4.5
Time/ms Time/ms
(b) Comparison of numerical and experimental (c) Comparison of numerical and experimental
results for gauge T11 results for gauge T21

图 7 数值建模方法验证
Fig. 7 Validation of the numerical modelling method

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