基于Unity 3D的一種高校人員疏散模型

李 智韋 宇林達龍

(1.西南林業(yè)大學土木工程學院，云南 昆明 650224；2.云南中控消防產(chǎn)品質(zhì)量檢驗有限公司，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，學生對學校環(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行疏散[1-5]。為了更加真實的模擬高校環(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（在導入到Unity 3D時會擴大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出為FBX格式，以便能在Unity 3D中導入并進行進一步的編輯。

2）導入模型。在Unity 3D中建立平面并將坐標設置為（0,0,0），導入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。運用NAV功能并指定“安全區(qū)域”為疏散目標，最終實現(xiàn)疏散功能。最后將設置好的人物模擬模型進行復制，布置在需要的位置。

5）運行模型并檢查。在設置過程中需要重復運行以檢查程序、模型等是否完善，并不斷修改，直至達到滿意效果。

6）生成運行程序。模型完善后，可以將模型到處生成運行程序，如Windows、Mac、Android、IOS平臺應用等。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來模擬人員從一些空間較大或者建筑結(jié)構(gòu)比較復雜的場所逃生的軟件。該軟件允許用戶通過許多的CAD設計建筑平面圖 （各平面圖由樓梯連接）自行創(chuàng)建一些原型建筑。為了驗證本文所構(gòu)建的模型的真實性，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）人員設置不同。本文中人員設計為高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）樓梯設置不同。由于Simulex與本文中模型制作方式、系統(tǒng)原理不同，導致在樓梯在兩個系統(tǒng)中設置不同。在本文中模型中為U型樓梯，即在樓梯中存在一個拐點，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的阻礙。

3）人員響應時間不同。在Simulex中應用開始時會有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)運算方式不同。Simulex的運算結(jié)果為一次運算結(jié)果，即程序只對設置好的人員疏散模擬進行一次運算并儲存數(shù)據(jù)，不具有隨機性，每次播放時運用相同數(shù)據(jù)，所以5次的運算結(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算方法，每次播放時會重新進行計算，疏散結(jié)果具有隨機性，所以5次運算結(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)軟件進行了對比，驗證了本模型為有效的疏散模擬。因為Unity 3D程序的開放性可以實現(xiàn)的功能眾多，展示的效果逼真為于未來的人員疏散預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。

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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地調(diào)查[J].科協(xié)論壇,2010(7):189-190.

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［5］林達龍,明亮,何勝方,等.基于復雜網(wǎng)絡的高?；馂难苌鸀暮θ禾卣鱗J].消防科學與技術(shù),2012(2):205-206,213.

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