基于Unity 3D的一種高校人員疏散模型

李 智韋 宇林達(dá)龍

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.云南中控消防產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)有限公司，云南昆明650228)

0 引言

目前，全國高校普遍面臨校園資源不變，但招生規(guī)模卻不斷增加，學(xué)生對學(xué)校環(huán)境的不熟悉程度和局部人員的密度的增加，給緊急情況下的人員應(yīng)急安全疏散造成很大的壓力，很難在規(guī)定時間里對全部人員進(jìn)行疏散[1-5]。為了更加真實(shí)的模擬高校環(huán)境對人員疏散帶來的影響，本文利用Unity 3D構(gòu)建了一種高校人員疏散模型，為高校中人員安全疏散提供一種新的方法。

1 模型建立

1.1 模型結(jié)構(gòu)組成

本文所構(gòu)建的基本房屋模型為一棟兩層樓房,整體為長11m，寬10m，高6m，有一條走道，一個樓梯，一道大門。在模型中設(shè)置的疏散人員數(shù)為83人，人員速度為1.2m/s[6]，圖2和圖3表示模型中人員的疏散路線。

圖1 模型一層疏散示意圖

圖2 模型二層疏散示意圖

根據(jù)2013年統(tǒng)計研究中國云南男性平均身體數(shù)據(jù)[7]作為參考,故把人物模型設(shè)計為高1.69m，寬0.45m，厚0.18m的長方體模型。

1.2 模型建立步驟

1）建立模型。在3D Max中將系統(tǒng)單位以厘米為單位建立的房屋模型（在導(dǎo)入到Unity 3D時會擴(kuò)大100倍，即以米為單位），在模型建立完成后需將人物模擬模型導(dǎo)出為FBX格式，以便能在Unity 3D中導(dǎo)入并進(jìn)行進(jìn)一步的編輯。

2）導(dǎo)入模型。在Unity 3D中建立平面并將坐標(biāo)設(shè)置為（0,0,0），導(dǎo)入FBX格式的房屋模型和人物模型，調(diào)整到合適的大小，并將攝像機(jī)位置調(diào)整到合適位置，在播放過程中以便觀察。

3）為模型添加環(huán)境貼圖。環(huán)境貼圖需要在網(wǎng)絡(luò)中尋找自己需要的貼圖資源，或者自行拍攝照片也可。在房屋周圍先建立一些平面，拉伸至適合的大小，為平面添加如草地、路面、安全區(qū)域、天空等貼圖，為模型建立3D效果。

4）添加人物模型并編寫疏散程序。將人物模型導(dǎo)入Unity 3D中，調(diào)整至合適位置。利用Unity 3D中自帶的NAV功能掃描模型路徑，即將能夠行走的路勁與墻或障礙物等不能通過的物體進(jìn)行識別，為人物模擬模型道路的計算提供依據(jù)。然后，利用Playmaker為人物模擬模型添加狀態(tài)機(jī)。運(yùn)用NAV功能并指定“安全區(qū)域”為疏散目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)疏散功能。最后將設(shè)置好的人物模擬模型進(jìn)行復(fù)制，布置在需要的位置。

5）運(yùn)行模型并檢查。在設(shè)置過程中需要重復(fù)運(yùn)行以檢查程序、模型等是否完善，并不斷修改，直至達(dá)到滿意效果。

6）生成運(yùn)行程序。模型完善后，可以將模型到處生成運(yùn)行程序，如Windows、Mac、Android、IOS平臺應(yīng)用等。方便模型程序的攜帶與傳播。

2 與Simulex的對比分析

Simulex軟件是一種用計算機(jī)來模擬人員從一些空間較大或者建筑結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的場所逃生的軟件。該軟件允許用戶通過許多的CAD設(shè)計建筑平面圖 （各平面圖由樓梯連接）自行創(chuàng)建一些原型建筑。為了驗(yàn)證本文所構(gòu)建的模型的真實(shí)性，對于同樣的建筑模型和疏散情況，利用Simulex軟件計算獲得疏散數(shù)據(jù)（見表1）進(jìn)行對比分析。

表1 所建模型與Simulex軟件疏散時間對比

由于Simulex與Unity 3D在模擬建筑設(shè)計與人員布置上均一樣，疏散時間雖有1秒左右的差距，但根據(jù)火災(zāi)最佳疏散時間為90秒，計算結(jié)果均在安全疏散時間范圍內(nèi)，所以可以得出本文基于Unity 3D的高校人員疏散模型是一次有效的模擬。

從上表可以看出在疏散時間上兩種模擬結(jié)果存在差異，其原因分析如下：

1）人員設(shè)置不同。本文中人員設(shè)計為高1.69m，寬0.45m，厚0.18m的長方體模型。而Simulex中人員的寬度為0.32m。

2）樓梯設(shè)置不同。由于Simulex與本文中模型制作方式、系統(tǒng)原理不同，導(dǎo)致在樓梯在兩個系統(tǒng)中設(shè)置不同。在本文中模型中為U型樓梯，即在樓梯中存在一個拐點(diǎn)，在人員疏散時會對人員疏散造成較小的阻礙，延長疏散時間；而在Simulex中為直線型樓梯，人員在樓梯疏散過程中沒有拐點(diǎn)的阻礙。

3）人員響應(yīng)時間不同。在Simulex中應(yīng)用開始時會有1秒的延遲，然后人員直接從1.2m/s的速度開始移動，即響應(yīng)時間為1秒；而在本文中模型人員擁有一個1.2m/s2的加速度，1秒后速度從0加速到1.2m/s，在1秒時人員已經(jīng)移動了一段距離，即響應(yīng)時間小于1秒。

4）疏散時人員間距不同。疏散時的人員間距是指在疏散時人與人之間的最小距離，間距越小單位面積內(nèi)的人員就越集中，疏散時所需要的時間久越少。Simulex人員的間距為0.01m；本文中模型的人員間距為1個單位，即人員的長度0.45m。5）系統(tǒng)運(yùn)算方式不同。Simulex的運(yùn)算結(jié)果為一次運(yùn)算結(jié)果，即程序只對設(shè)置好的人員疏散模擬進(jìn)行一次運(yùn)算并儲存數(shù)據(jù)，不具有隨機(jī)性，每次播放時運(yùn)用相同數(shù)據(jù)，所以5次的運(yùn)算結(jié)果相同，不能代表平均疏散時間；而本文中模型儲存的是運(yùn)算方法，每次播放時會重新進(jìn)行計算，疏散結(jié)果具有隨機(jī)性，所以5次運(yùn)算結(jié)果不同。

3 結(jié)束語

本文借助Unity 3D軟件，構(gòu)建了一種新的高校人員疏散模型，并與Simulex人員疏散商業(yè)軟件進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了本模型為有效的疏散模擬。因?yàn)閁nity 3D程序的開放性可以實(shí)現(xiàn)的功能眾多，展示的效果逼真為于未來的人員疏散預(yù)案與人員疏散教育宣傳的展示提供了參考，也人員疏散研究提供了更方便、更簡單的新方法。

［1］熊偉榮.對我國高校消防教育現(xiàn)狀的調(diào)查研究[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報,2011(3):489.

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［3］胡海燕,張同婷,谷雪播,等.高校消防安全現(xiàn)狀、原因及解決方案研究——來自合肥市高校的實(shí)地調(diào)查[J].科協(xié)論壇,2010(7):189-190.

［4］徐滿.高校消防安全評價及學(xué)生的防火措施研究[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報,2011,28(6):40-44.

［5］林達(dá)龍,明亮,何勝方,等.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的高校火災(zāi)衍生災(zāi)害群特征[J].消防科學(xué)與技術(shù),2012(2):205-206,213.

［6］高歌.大型商場火災(zāi)人員安全疏散及仿真模擬研究[D].長沙:中南大學(xué),2009.

［7］漢族人體數(shù)據(jù)庫建成：破譯漢族人體質(zhì)密碼[OL].北方網(wǎng):http://news.ifeng.com/gundong/detail_2013_03/30/23699412_0.shtml,2013,3.