为了设计能够承受最大风暴的建筑，麻省理工学院混凝土可持续发展中心的博士生Kostas Keremidis正在进行最小尺度的研究——原子尺度的研究。其方法部分源于材料科学，将建筑建模为一系列通过原子尺度上的力相互作用点。当你看一个建筑时，它实际上是一系列柱子、窗户、门等等之间的连接。新框架着眼于不同的建筑构件如何连接在一起形成建筑，就像原子形成分子一样。
类似的力将它们结合在一起，无论是在原子层面还是在建筑尺度上，该框架被称为基于分子动力学的结构建模。最终，Keremidis希望它能为开发商和建筑商提供一种新方法，可以很容易地预测飓风和地震等灾难对建筑造成的破坏。但是在他能够预测建筑物的损坏之前，Keremidis必须先组装一个模型。以一座建筑为例，将其各自的元素划分为节点或“原子”。这是一种被称为“离散化”的标准程序，将建筑划分成不同的点。
制作模型
然后根据每个“原子”的材料赋予它们不同性质。例如，每个“原子”的重量可能取决于它是否是地板、门、窗户等的一部分。在对它们进行建模之后，再定义了它们的键。在建筑模型中，点与点之间的第一种键叫做轴向键，这些模型描述了元素在其伸展方向负载下是如何变形的——换句话说，它们模拟了列在负载下如何收缩，然后像弹簧一样反弹。第二种连接类型是角键连接，它表示像梁这样的元素如何在横向弯曲。Keremidis使用这些垂直和横向的相互作用来模拟不同建筑元素的变形和破坏。
断裂发生时，这些债券变形太多，就像在现实结构。为了了解建筑在暴风雨或地震等条件下的表现，Keremidis必须在大量的模拟实验中彻底测试这些组合的原子及其键。一旦有了研究的这些模型和建筑，就可以运行大约10000次模拟，可以为一个元素或建筑分配10000种不同的负载，也可以为该元素分配10000种不同的属性。为了评估这些模拟条件或性质的结果，当它们在模拟过程中变形时，这些键会试图使建筑恢复到原来的位置。
细节的损害
但它们也可能受到损害。这就是建立损伤模型的方法——计算有多少键被破坏，以及在哪里被破坏。该模型的创新之处在于它的损伤预测，传统上，工程师们使用一种叫做有限元分析方法来模拟建筑物的破坏。就像麻省理工学院的方法一样，它也将建筑分解成不同的部分。但这通常是一个耗时的技术，是围绕着元素的弹性而建立。这意味着它只能模拟建筑物的小变形，而不能模拟飓风荷载下经常发生的大规模非弹性变形，如裂缝，该研究的分子动力学模型的另一个好处是。
Keremidis可以通过研究原子的布局和性质及其键来探索“不同的材料、不同的结构特性和不同的建筑几何”。这意味着分子动力学可以模拟建筑物的任何元素，而且速度更快。通过将这种方法扩展到单个建筑之外，分子动力学还可以更好地为城市、减灾工作提供信息。为了减少灾害，需要历史气象数据和十几个标准的建筑模型来预测一个社区在灾害期间可能遭受的破坏。HAZUS虽然有用，但并不理想，它只提供了大约12种标准化的建筑类型，并提供定性结果，而不是定量结果。
然而，麻省理工学院的模型将允许利益相关者进入更详细的细节。相反，本研究应该有50或60种建筑类型，模型将允许我们收集和建模更广泛的建筑类型。由于它通过计算原子间断裂的化学键来衡量破坏程度，分子动力学方法也将更容易量化风暴或地震等灾害对社区造成的破坏。对危害损害的这种可量化的了解，应促使对减轻费用和恢复作出更准确的估计。利用分子动力学方法，开发人员和机构将有更多的工具来预测和减轻这些损害。
