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)(清華大學土木工程系，北京100084)【摘要】虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展使得觀察者能夠借助計算機模擬增強對危險場景的理解與認識。本文針對火災場景下的人員疏散，結合虛擬現(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)展進行模擬，基于GIS技術設計并實現(xiàn)了疏散計算引擎。在此基礎上，構建了虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)模塊，結合數(shù)值模擬結果對場景各要素的分布狀況及行為特征進行綜合描述。應用實例表明，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識，從而為應急疏散演習、消防救援指揮等提供虛擬訓練環(huán)境?！娟P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【文獻標志碼】A【文章編號】1674—7461(2009)02—0032—05時間評估研究等。如何與數(shù)值計算結果相結合，1前言運用虛擬現(xiàn)實技術綜合表現(xiàn)場景內各要素分布及行為特征，是火場人員疏散模擬的難點之一，尚需火災一旦發(fā)生，其對可燃物的敏感性及擴展蔓進一步研究加以完善。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、實技術應用于火場人員易造成嚴重的人員傷亡。為減少火災可能引起的疏散模擬的方法，對各場景要素進行了綜合描述與人員傷亡，應當在設計階段充分考慮建筑布局對應表現(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二維圖紙對設計成果加以表現(xiàn)，難以對疏散方案的(GeographicInformationSystem)技術，設計并

4、實現(xiàn)了效率進行評估。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)實技術的計算機模擬方法成模擬相結合的可視化過程，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。應用實例表助虛擬現(xiàn)實技術，構造具有沉浸感、交互性、想象力明，系統(tǒng)可為應急疏散演習、消防救援指揮等提供的三維模擬環(huán)境，可使研究者對火災疏散場景形成虛擬訓練環(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識，具有成本較低、安全可重復、安全產(chǎn)生積極作用與影響。數(shù)據(jù)易于采集等優(yōu)勢。研究者們結合疏散計算理論與虛擬現(xiàn)實技術，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)由用災疏散模擬J、森林火災救援模擬J、基于計算機戶界面、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，工學博士。

6、清華大學土木工程系防災減災研究所博士后。主要從事信息技術在結構工程及防災減災領域的應用研究，包括計算機輔助工程與設計，地理空間信息分析，火場數(shù)值模擬及應急行為造模、圖形學可視化方法與虛擬現(xiàn)實等?；饒鋈藛T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用GIS數(shù)據(jù)庫，生成對應的火場模型，并將火場模擬數(shù)據(jù)存儲于時空數(shù)據(jù)庫。疏散計算火災下的人員疏散是一種非常復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

7、用GIS數(shù)據(jù)庫提取環(huán)境信息，境特征、火災及其燃燒產(chǎn)物的分布狀況、人員的行毒性評估模塊則調用火場時空數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對場景為反應等多種要素。因此，在疏散模擬計算時也需內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。人員疏散行為的預測與模擬。數(shù)據(jù)可視化模塊針對不同種類數(shù)據(jù)，調

8、用相應程序場景分析子模塊借助GIS空間分析功能，選擇將結果數(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。型采用自定義結點對幾何空問進行填充，各結點可具有自身的位置、大小等屬性，結點間通過有長度弧段加以連接。網(wǎng)狀模型的結構形式與圖結構相對應，具有描述靈活、可擴展性強等優(yōu)點。本研究俞在對疏散場景進行分析