崇明隧道未动一土完成彩排上海超算中心进行首次全三维仿真

　　红褐色、五层楼高的世界最大盾构穿江过海、破土辟沙，凿通了8900米长的崇明越江隧道，盾构轴线离中心线误差仅几毫米。日前，上海超级计算中心的“曙光4000A”超级计算机，以每秒10万亿次的运算速度紧张作业，使这条计划今年9月开工的隧道未动一土一石，便实现三维视化的数值仿真施工。这在国内特大型地下工程中尚属首次。
　　上海超级计算中心与中科院共同研制的“曙光4000A”超级计算机系统，运行两年来，作为重要的信息化公共平台，积极向科学计算、工业工程、商业应用等用户提供强有力的高性能计算服务，范围涉及气象、航空、航天、船舶、汽车、钢铁等领域，为上海大力实施科教兴市主战略提供了重要支撑。
　　上海交通大学与上海超级计算中心等合作进行的三维视化的数值仿真施工，基于国产超级计算机的结构动力学并行算法，并开发出具有自主知识产权的计算软件，突破了少数发达国家对超算工程应用的垄断和限制。此前，该超算项目单单进行地震安全性评价，已成功应用于上海外环线隧道、复兴东路隧道、上海液化天然气工程、世博会地下变电站工程等，为崇明隧道工程在地震模拟之外首次采用全程全套模拟打下了良好基础。
　　长江口内的复杂地质条件和工程环境使隧道施工面临不少难题，崇明越江隧道体现着大直径、长距离、大深度的世界隧道发展趋势。国际上，这类高难度重大工程普遍采用“数值仿真”技术，为具体施工阶段提供理论依据和技术支持，而该技术所依赖的超级计算能力正是一个国家综合国力的体现。我国在超级计算机对工程的数值仿真方面开始初步应用，除少数高层建筑外，2008年奥运会“鸟巢”主会场也已采用这一技术进行结构仿真施工。
　　传统意义上的工程建模是建立同比例缩小的物理模型，在该模型上进行各项实验，验证工程设计的可行性，需要耗费大量人力物力。这种实验现已从单凭人为经验，发展到一维、二维、三维的数据模型验证。上海超算中心副主任李根国博士介绍，全三维、可视化的模型计算牵涉无以计数的海量数据，须同时考虑材料特性、结构变形和各类作用力的并行关系，只能靠超级计算机来完成。
　　记者在超算中心见到，拥有2128个中央处理器（CPU）的“曙光4000A”超级计算机，正占满一个大厅进行高性能计算，其中单个CPU的最高运算速度就达每秒48亿次。截至目前，崇明越江隧道模拟施工的运算量已达10万个CPU・小时，相当于一台家用电脑24小时不间断运行4167天，即11.4年。
　　上海超算中心与上海盾构公司采集崇明隧道所经河床的土壤、泥沙、水文、气候等多项参数，在超级计算机上直观模拟盾构推进过程，对盾构机的工作参数进行优化匹配。
　　显示屏上，立体化的盾构和土层表面都铺满了数字化的小网格，两个15.2米直径的盾构机分别在这条双管越江隧道中穿行，盾构头一前一后相距600米，两个隧洞间仅相隔二三十米。这种观察入微、精确到毫米的仿真施工，目前已在隧道上提前发现了五六个需要“重点关照”的关节点，可采取加注高强度水泥等措施加固管壁，以确保安全。
　　使用超算模拟计算技术，甚至成功仿真了隧道遭遇失火、爆炸等紧急情况下，通风系统的风力、烟雾扩散的排出路径，以及人员从每隔1公里的双筒隧道间联络通道撤离等情景。