火场人员疏散的虚拟现实模拟研究.pdf

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1、第1卷第2期Vo1．1No．22009年12月Dec．20o9火场人员疏散的虚拟现实模拟研究唐方勤任爱珠徐峰许镇(清华大学土木工程系，北京100084)【摘要】虚拟现实技术的发展使得观察者能够借助计算机模拟增强对危险场景的理解与认识。本文针对火灾场景下的人员疏散，结合虚拟现实与数值模拟开发了原型系统AutoEscape。系统采用FDS对火场的发生发展进行模拟，基于GIS技术设计并实现了疏散计算引擎。在此基础上，构建了虚拟现实表现模块，结合数值模拟结果对场景各要素的分布状况及行为特征进行综合描述。应用实例表明，系统有助

2、于观察者对火场人员疏散形成深入全面的认识，从而为应急疏散演习、消防救援指挥等提供虚拟训练环境。【关键词】疏散模拟；虚拟现实；消防安全；地理信息系统；可视化【中图分类号】TP3；TU9724【文献标志码】A【文章编号】1674—7461(2009)02—0032—05时间评估研究等。如何与数值计算结果相结合，1前言运用虚拟现实技术综合表现场景内各要素分布及行为特征，是火场人员疏散模拟的难点之一，尚需火灾一旦发生，其对可燃物的敏感性及扩展蔓进一步研究加以完善。延的快速性都是非常惊人的，因此破坏性巨大，容本文研究了将虚拟现

3、实技术应用于火场人员易造成严重的人员伤亡。为减少火灾可能引起的疏散模拟的方法，对各场景要素进行了综合描述与人员伤亡，应当在设计阶段充分考虑建筑布局对应表现，开发了基于数值模拟与虚拟现实的火场疏散的人员疏散方案，避免因布局不合理、疏散设施不模拟原型系统AutoEscape。系统采用FDS(FireDy．完备对疏散流程形成阻碍。传统的设计手段依靠namicsSimulator)作为火场数值模拟工具，基于GIS二维图纸对设计成果加以表现，难以对疏散方案的(GeographicInformationSystem)技术，设计并

4、实现了效率进行评估。而采用实验手段，则很难对真实情疏散模拟计算引擎。通过虚拟现实表现模块与模况加以模拟，且存在成本较高、危险、难以重复等缺型计算模块之间的交互，针对各要素实现了与数值陷。因此，基于虚拟现实技术的计算机模拟方法成模拟相结合的可视化过程，创建了具有沉浸感、交为了火场人员疏散问题的一种重要研究方法。借互性、想象力的虚拟现实模拟环境。应用实例表助虚拟现实技术，构造具有沉浸感、交互性、想象力明，系统可为应急疏散演习、消防救援指挥等提供的三维模拟环境，可使研究者对火灾疏散场景形成虚拟训练环境，为建筑场所的合理布局

5、、保障疏散全面深入的理解认识，具有成本较低、安全可重复、安全产生积极作用与影响。数据易于采集等优势。研究者们结合疏散计算理论与虚拟现实技术，2AutoEscape系统框架及开发工具提出了多种模拟模型对火场人员疏散问题加以研究。比较具有代表性的应用实例包括：地铁车站火AutoEscape的系统框架如图1所示。系统由用灾疏散模拟J、森林火灾救援模拟J、基于计算机户界面、疏散计算引擎、火场模拟模块、数据可视化游戏的虚拟火灾演练以及基于虚拟现实的疏散模块及底层数据库组成。底层数据库主要包括人【作者简介】唐方勤，男，工学博士。

6、清华大学土木工程系防灾减灾研究所博士后。主要从事信息技术在结构工程及防灾减灾领域的应用研究，包括计算机辅助工程与设计，地理空间信息分析，火场数值模拟及应急行为造模、图形学可视化方法与虚拟现实等。火场人员疏散的虚拟现实模拟石覃究员数据库、GIS数据库、火场时空数据库等。火场模3疏散模拟计算拟模块通过调用GIS数据库，生成对应的火场模型，并将火场模拟数据存储于时空数据库。疏散计算火灾下的人员疏散是一种非常复杂的多要素引擎由场景分析、毒性评估及行为模拟等子模块构相互影响、共同作用的场景，它包括建筑布局的环成。场景分析模块调

7、用GIS数据库提取环境信息，境特征、火灾及其燃烧产物的分布状况、人员的行毒性评估模块则调用火场时空数据库实现对场景为反应等多种要素。因此，在疏散模拟计算时也需内各点烟气毒性的实时评估。行为模拟模块通过要对这些要素特征分别加以分析。据此，本研究设与场景分析模块和毒性评估模块的交互，实现对人计了场景分析、毒性评估与行为模拟等子模块构成员疏散行为的模拟。最终疏散计算引擎将建筑信疏散计算引擎。通过各模块问的交互协作，实现对息、火场信息及人员信息输出至数据可视化模块。人员疏散行为的预测与模拟。数据可视化模块针对不同种类数据，调

8、用相应程序场景分析子模块借助GIS空间分析功能，选择将结果数据加以组织后交由虚拟现实图形引擎输网状模型作为建筑场景的计算几何模型。网状模出至用户界面。型采用自定义结点对几何空问进行填充，各结点可具有自身的位置、大小等属性，结点间通过有长度弧段加以连接。网状模型的结构形式与图结构相对应，具有描述灵活、可扩展性强等优点。本研究俞在对疏散场景进行分析