火場人員疏散的虛擬現(xiàn)實模擬研究.pdf

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1、第1卷第2期Vo1．1No．22009年12月Dec．20o9火場人員疏散的虛擬現(xiàn)實模擬研究唐方勤任愛珠徐峰許鎮(zhèn)(清華大學(xué)土木工程系，北京100084)【摘要】虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展使得觀察者能夠借助計算機(jī)模擬增強(qiáng)對危險場景的理解與認(rèn)識。本文針對火災(zāi)場景下的人員疏散，結(jié)合虛擬現(xiàn)實與數(shù)值模擬開發(fā)了原型系統(tǒng)AutoEscape。系統(tǒng)采用FDS對火場的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行模擬，基于GIS技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了疏散計算引擎。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)模塊，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果對場景各要素的分布狀況及行為特征進(jìn)行綜合描述。應(yīng)用實例表明，系統(tǒng)有助

2、于觀察者對火場人員疏散形成深入全面的認(rèn)識，從而為應(yīng)急疏散演習(xí)、消防救援指揮等提供虛擬訓(xùn)練環(huán)境。【關(guān)鍵詞】疏散模擬；虛擬現(xiàn)實；消防安全；地理信息系統(tǒng)；可視化【中圖分類號】TP3；TU9724【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號】1674—7461(2009)02—0032—05時間評估研究等。如何與數(shù)值計算結(jié)果相結(jié)合，1前言運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合表現(xiàn)場景內(nèi)各要素分布及行為特征，是火場人員疏散模擬的難點之一，尚需火災(zāi)一旦發(fā)生，其對可燃物的敏感性及擴(kuò)展蔓進(jìn)一步研究加以完善。延的快速性都是非常驚人的，因此破壞性巨大，容本文研究了將虛擬現(xiàn)

3、實技術(shù)應(yīng)用于火場人員易造成嚴(yán)重的人員傷亡。為減少火災(zāi)可能引起的疏散模擬的方法，對各場景要素進(jìn)行了綜合描述與人員傷亡，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計階段充分考慮建筑布局對應(yīng)表現(xiàn)，開發(fā)了基于數(shù)值模擬與虛擬現(xiàn)實的火場疏散的人員疏散方案，避免因布局不合理、疏散設(shè)施不模擬原型系統(tǒng)AutoEscape。系統(tǒng)采用FDS(FireDy．完備對疏散流程形成阻礙。傳統(tǒng)的設(shè)計手段依靠namicsSimulator)作為火場數(shù)值模擬工具，基于GIS二維圖紙對設(shè)計成果加以表現(xiàn)，難以對疏散方案的(GeographicInformationSystem)技術(shù)，設(shè)計并

4、實現(xiàn)了效率進(jìn)行評估。而采用實驗手段，則很難對真實情疏散模擬計算引擎。通過虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)模塊與模況加以模擬，且存在成本較高、危險、難以重復(fù)等缺型計算模塊之間的交互，針對各要素實現(xiàn)了與數(shù)值陷。因此，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的計算機(jī)模擬方法成模擬相結(jié)合的可視化過程，創(chuàng)建了具有沉浸感、交為了火場人員疏散問題的一種重要研究方法。借互性、想象力的虛擬現(xiàn)實模擬環(huán)境。應(yīng)用實例表助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)造具有沉浸感、交互性、想象力明，系統(tǒng)可為應(yīng)急疏散演習(xí)、消防救援指揮等提供的三維模擬環(huán)境，可使研究者對火災(zāi)疏散場景形成虛擬訓(xùn)練環(huán)境，為建筑場所的合理布局

5、、保障疏散全面深入的理解認(rèn)識，具有成本較低、安全可重復(fù)、安全產(chǎn)生積極作用與影響。數(shù)據(jù)易于采集等優(yōu)勢。研究者們結(jié)合疏散計算理論與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，2AutoEscape系統(tǒng)框架及開發(fā)工具提出了多種模擬模型對火場人員疏散問題加以研究。比較具有代表性的應(yīng)用實例包括：地鐵車站火AutoEscape的系統(tǒng)框架如圖1所示。系統(tǒng)由用災(zāi)疏散模擬J、森林火災(zāi)救援模擬J、基于計算機(jī)戶界面、疏散計算引擎、火場模擬模塊、數(shù)據(jù)可視化游戲的虛擬火災(zāi)演練以及基于虛擬現(xiàn)實的疏散模塊及底層數(shù)據(jù)庫組成。底層數(shù)據(jù)庫主要包括人【作者簡介】唐方勤，男，工學(xué)博士。

6、清華大學(xué)土木工程系防災(zāi)減災(zāi)研究所博士后。主要從事信息技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程及防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，包括計算機(jī)輔助工程與設(shè)計，地理空間信息分析，火場數(shù)值模擬及應(yīng)急行為造模、圖形學(xué)可視化方法與虛擬現(xiàn)實等。火場人員疏散的虛擬現(xiàn)實模擬石覃究員數(shù)據(jù)庫、GIS數(shù)據(jù)庫、火場時空數(shù)據(jù)庫等?；饒瞿?疏散模擬計算擬模塊通過調(diào)用GIS數(shù)據(jù)庫，生成對應(yīng)的火場模型，并將火場模擬數(shù)據(jù)存儲于時空數(shù)據(jù)庫。疏散計算火災(zāi)下的人員疏散是一種非常復(fù)雜的多要素引擎由場景分析、毒性評估及行為模擬等子模塊構(gòu)相互影響、共同作用的場景，它包括建筑布局的環(huán)成。場景分析模塊調(diào)

7、用GIS數(shù)據(jù)庫提取環(huán)境信息，境特征、火災(zāi)及其燃燒產(chǎn)物的分布狀況、人員的行毒性評估模塊則調(diào)用火場時空數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對場景為反應(yīng)等多種要素。因此，在疏散模擬計算時也需內(nèi)各點煙氣毒性的實時評估。行為模擬模塊通過要對這些要素特征分別加以分析。據(jù)此，本研究設(shè)與場景分析模塊和毒性評估模塊的交互，實現(xiàn)對人計了場景分析、毒性評估與行為模擬等子模塊構(gòu)成員疏散行為的模擬。最終疏散計算引擎將建筑信疏散計算引擎。通過各模塊問的交互協(xié)作，實現(xiàn)對息、火場信息及人員信息輸出至數(shù)據(jù)可視化模塊。人員疏散行為的預(yù)測與模擬。數(shù)據(jù)可視化模塊針對不同種類數(shù)據(jù)，調(diào)

8、用相應(yīng)程序場景分析子模塊借助GIS空間分析功能，選擇將結(jié)果數(shù)據(jù)加以組織后交由虛擬現(xiàn)實圖形引擎輸網(wǎng)狀模型作為建筑場景的計算幾何模型。網(wǎng)狀模出至用戶界面。型采用自定義結(jié)點對幾何空問進(jìn)行填充，各結(jié)點可具有自身的位置、大小等屬性，結(jié)點間通過有長度弧段加以連接。網(wǎng)狀模型的結(jié)構(gòu)形式與圖結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，具有描述靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點。本研究俞在對疏散場景進(jìn)行分析