ORCA片段轨道合并与计算启动

分子由两个片段组成时，可以先分别得到两个片段的轨道，再用 orca_mergefrag 合并为整体计算的初始猜测。这篇从两个实际水分子出发，一直运行到水二聚体的SCF收敛，说明合并文件与最终计算结果的区别。

1. 准备两个片段#

下载ORCA电荷与片段轨道实例包，按电荷拟合教程解压并运行 bash run.sh。环境为ORCA6.1.1官方预编译版、配套OpenMPI4.1.8（GCC13.3构建）；本例每次使用1个CPU进程。

inputs/water-A.inp、inputs/water-B.inp 都使用 PBE/aug-cc-pVDZ、TightSCF、NoSym、NoRI，电荷0、多重度1，分别取两个水分子在二聚体中的实际坐标。不要先把片段移动到无关的位置，再指望合并工具自动按目标结构重新摆放。

cat inputs/water-A.inp
cat inputs/water-B.inp
ls work/seed/water-A/case.gbw work/seed/water-B/case.gbw

两个片段各有10个电子；本次实际导出轨道空间的维数为41，合并后为82。准备自己的体系时，应同时核对片段的电荷、自旋、几何、基组和原子顺序。

2. 合并原生轨道文件#

module purge
module load orca/6.1.1
mkdir fragment-demo
cp work/seed/water-A/case.gbw fragment-demo/A.gbw
cp work/seed/water-B/case.gbw fragment-demo/B.gbw
cd fragment-demo
"$ORCA_ROOT/orca_mergefrag" A.gbw B.gbw merged.gbw > merge.out
cat merge.out
ls merged.gbw
cd ..

合并结果的原子顺序是A片段全部原子，再接B片段全部原子。本例为 O H H O H H，合计20个电子；整体输入保持这个顺序。

此时得到的是一组初始轨道。本次原生结果保留了两个片段的实际轨道，它们跨片段不必全部正交，也没有因此完成整体分子的自洽计算。

3. 读取合并轨道并完成SCF#

cd fragment-demo
cat > dimer.inp <<'EOF'
! PBE aug-cc-pVDZ TightSCF NoSym NoRI MOREAD NoAutoStart
%pal nprocs 1 end
%maxcore 1024
%moinp "merged.gbw"
* xyz 0 1
O -1.551007000 -0.114520000  0.000000000
H -1.934259000  0.762503000  0.000000000
H -0.599677000  0.040712000  0.000000000
O  1.350625000  0.111469000  0.000000000
H  1.680398000 -0.373741000 -0.758561000
H  1.680398000 -0.373741000  0.758561000
*
EOF
"$ORCA_ROOT/orca" dimer.inp > dimer.out
grep -E 'INITIAL GUESS:|Guess MOs|reorthogonalized|SCF CONVERGED|FINAL SINGLE POINT ENERGY' dimer.out
cd ..

MOREAD指定读取轨道，%moinp给出合并文件；输入主名是 dimer，不会与 merged.gbw同名。ORCA主驱动只启动一次，用完整路径调用，外面不要再套 mpirun 或 srun。

本例原生输出明确显示读取 merged.gbw，随后进行Cholesky重新正交化，并在 9个SCF循环后收敛。得到的能量为 −152.726273935719 hartree；与本组原先独立收敛的二聚体结果差约 1.78×10⁻⁹ hartree。

4. 检查合并到收敛的全过程#

左图为合并初猜的 CᵀSC−I，最大绝对偏差约0.49953；中图为最终SCF轨道，相同量已接近数值零。右图是这次实际SCF的能量序列，没有把合并文件直接当成最终波函数。

bash analyze.sh work

包内脚本核对实际原子顺序和坐标、所有片段轨道系数及占据数的对应、电子数、独立解析高斯AO重叠、最终正交性和目标能量。合并与读取的输入输出分别保存在 work/merge/，原始片段留在 work/seed/。

这是固定几何的初始轨道示例，没有做二聚体结构优化，也没有计算相互作用能的基组重叠误差修正。需要讨论结合能时，继续按ORCA相关方法与相互作用计算选择相应流程。

更多输入规则见ORCA初始猜测和重启说明，片段合并工具也用于官方片段能量分析流程。