文章题目

Review on SPH modelling techniques in lifeline disaster simulations

无网格粒子法技术在生命线灾害模拟中的应用综述

导读

论文系统回顾了光滑粒子流体动力学（SPH）方法在生命线灾害模拟中的最新进展，重点聚焦于溃坝洪水、滑坡及泥石流等高风险灾害场景。文章从工程需求出发，总结了SPH在处理自由水面、多相耦合及结构冲击等复杂问题中的独特优势，并结合典型工程案例，展示了其在生命线应急安全评估与灾害风险管理中的应用潜力。同时，论文还强调了基于计算结果的高质量可视化渲染在辅助应急决策和工程理解方面的重要价值。

图文介绍

(一）工程背景：生命线系统面临的灾害挑战

交通、供水、能源与通信等生命线工程构成了现代城市运行的“骨架”。在极端降雨、滑坡、溃坝等灾害作用下，这些系统往往面临突发性强、破坏链条长、应急处置窗口极短的挑战。传统基于网格的数值方法在模拟此类问题时，常受到网格畸变、界面追踪困难以及多物理场耦合复杂等限制，难以完整再现灾害全过程及其对生命线设施的冲击机理。

（二）SPH数值模拟方法：面向生命线应急安全的数值工具

SPH作为一种无网格、拉格朗日型粒子方法，在生命线灾害模拟中展现出明显优势，包括：天然适应大变形与破坏过程，适用于溃坝洪水、滑坡—泥石流等高度非线性问题；自由液面与多相界面处理能力强，可统一描述水流、泥沙、固体结构的相互作用；易于与结构动力学耦合，支持生命线设施（桥梁、挡墙、管线等）受灾响应分析；适合应急场景推演，为灾害快速评估和风险预判提供物理基础。这些特点使其成为生命线工程应急安全研究中极具潜力的模拟手段。

（三）典型灾害场景模拟与工程认识

图1 (a) – (b)：水流、滑坡/泥石流冲击结构的演化过程

SPH 模拟完整再现了溃坝水流和泥石流从启动、推进到冲击结构的全过程，有助于识别结构受力峰值时刻和薄弱环节，展示了两者在演进与碰撞破坏过程中的不同特点。

图1 (a) 溃坝水流对结构物的冲击与破坏过程

图1 (b) 滑坡泥石流对结构物的冲击与破坏过程

（四）可视化与渲染：从“计算结果”到“工程认知”

论文特别强调了SPH + 可视化渲染（如 Blender平台）的结合优势。高质量的三维渲染不仅提升了模拟结果的直观性，也显著增强了其在以下方面的应用价值：辅助应急决策，帮助管理者快速理解灾害演化趋势；工程方案比选，直观比较不同防护或应急措施的效果；风险沟通与科普，降低专业门槛，提高多方协同效率。渲染效果亦如图1所示。

（五）工程意义与应用前景

综述认为，SPH 模拟技术正逐步从学术研究走向工程实践，在生命线应急安全管理中具备广阔前景。未来，通过引入高性能计算、实时监测数据以及人工智能技术，SPH有望进一步支撑灾害快速推演、风险动态评估和智慧应急系统构建，为生命线工程的安全运行提供更可靠的技术保障。

论文引用：

Shao J, Ma J, Liang D. Review on SPH modelling techniques in lifeline disaster simulations. Lifeline Emergency and Safety, 2026, 1(1): 9660006. 

https://doi.org/10.26599/LLES.2025.9660006 

论文网址：

https://www.sciopen.com/article/10.26599/LLES.2025.9660006 

作者介绍

通讯作者

梁东方  剑桥大学  

剑桥大学工程系教授。毕业于清华大学水利水电工程系，获得本科与博士学位。其研究领域涉及水动力学、水环境、多相流以及城市洪涝灾害等，当前担任 Journal of Hydrodynamics, Maritime Engineering 以及Journal of Safety Science and Resilience 等国际期刊的副主编。

第一作者

邵嘉奇  剑桥大学  

剑桥大学工程系博士研究生。本科毕业于伦敦帝国理工学院计算机科学系，研究领域为机器学习以及计算机算法。博士课题涉及高性能无网格粒子法 Smoothed Particle Hydrodynamics, 及其在海洋工程以及滨海自然灾害预报的应用，侧重计算机视觉渲染与工程问题的数字孪生。

期刊介绍

Lifeline Emergency and Safety（中文名：生命线应急与安全）期刊是生命线工程安全应急领域理论研究和应用技术的国际领先平台，由东莞理工学院主办，由清华大学出版社出版，依托广东省城市生命线工程智慧防灾与应急技术重点实验室建设。

期刊旨在宣传城市及海岸海洋生命线工程安全监测、风险评估与应急救援等方面的先进理论与前沿技术，应急救援设备集成及防灾减灾平台的构建，以及最新的实验观测与计算模拟技术，特别关注多灾耦合下的社会及其生命线设施的安全运维工作，以提高我国相关地区在极端灾害下的安全运行和应急处置能力。

主编团队

马宏伟，东莞理工学院校长、党委副书记，国家级人才

郑  愚，东莞理工学院副校长，广东省城市生命线工程智慧防灾与应急技术重点实验室副主任

编委团队

诚邀投稿

我们诚挚地邀请您为Lifeline Emergency and Safety (eISSN:3078-3747)，中文刊名《生命线应急与安全》期刊投稿。

欢迎涉及以下主题的原创综述、研究论文，同时也接受技术集成、案例研究、综述和讨论、通信等稿件：

· 防灾减灾和应急管理理论与方法 

· 结构安全监测与风险评估 

· 智能监测设备和安全预警技术

· 应急救援装备

· 先进的物理与数学模型 

· 防灾减灾系统平台 

· 学术界、产业界和政府之间就生命线工程防灾应急的先进案例和前沿思想

全文开放获取，免费阅读、下载。欢迎分享！

出版优势

1. 当前免费开放获取（Open Access），不收取论文处理费；

2. 评审速度快，评审周期30-50天；

3. 出版周期短，文章被录用后一周内，可以已Just Accepted的形式优先发表；

4. 全球主动推广，国内外科技新闻媒体、社交媒体报道。

联系方式

期刊主页 :

https://www.sciopen.com/journal/3078-3747 

投稿系统 :

https://mc03.manuscriptcentral.com/lles 

邮箱 :

lles@dgut.edu.cn