逃生疏散模擬軟件應(yīng)用

田永生

摘 要：大中型體育場(chǎng)館人員密集，場(chǎng)館設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)如何有效疏散人群的問(wèn)題。項(xiàng)目將借助先進(jìn)的CAD技術(shù)，進(jìn)行可視化和可度量的疏散模擬計(jì)算和仿真。

關(guān)鍵詞：逃生疏散；模擬軟件；參數(shù)設(shè)置；路徑設(shè)置

中圖分類號(hào)：TU247.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.122

如今，城市發(fā)展非常快，伴隨著城市的擴(kuò)展，城市里會(huì)修建各種各樣的建筑和設(shè)施，當(dāng)然也包括很多體育場(chǎng)館等人員聚集場(chǎng)所。這里我們就以某款逃生模擬軟件為例來(lái)模擬籃球場(chǎng)館逃生疏散。

以鄭州市一座籃球館的疏散為例，使用的軟件是一款基于人員進(jìn)出和運(yùn)動(dòng)的模擬軟件，它提供了圖形用戶界面的模擬設(shè)計(jì)和執(zhí)行以及三維可視化工具的分析結(jié)果。該運(yùn)動(dòng)環(huán)境是一個(gè)完整的三維三角網(wǎng)格設(shè)計(jì)，以配合實(shí)際層面的建設(shè)模擬。該軟件支持三維可視化的的操作和分析，支持DWG、DXF等三維模型的格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，支持從導(dǎo)入模型中抽取面來(lái)進(jìn)行編輯。

1 基礎(chǔ)模型

該逃生疏散軟件包含幾種基礎(chǔ)模型，分別為高程平面、空間（平面）、墻體、樓梯、斜坡、門和人員等。

軟件內(nèi)設(shè)置高程平面非常簡(jiǎn)單方便，軟件還可以自動(dòng)以一定間隔自動(dòng)放置平面。平面除了可以布置其他模型以外，還能夠?qū)φw模型進(jìn)行分層，方便顯隱控制和各種操作。

所有的操作和模型的布置基于空間，空間有平面和連接段兩種，最主要空間默認(rèn)以一定邊界的平面來(lái)表示空間平面（代表通常的場(chǎng)地或者樓板平面）。逃生疏散的分析都是基于空間平面，軟件默認(rèn)空間平面的邊界為空間的邊墻。

墻體必須基于某一空間平面，軟件支持兩種墻體，沒(méi)有厚度的墻體和有一定厚度的墻體。沒(méi)有厚度的墻模型空間顯示只是一條線，但是模擬分析會(huì)阻擋人員疏散，例如樓梯位置，具有厚度的墻體會(huì)在空間開(kāi)洞，墻厚度就是洞的寬度。

不同高程的平面需要樓梯或者斜坡，兩種在軟件里建模方法基本一致，都需要基于兩個(gè)空間平面或者一個(gè)空間平面的邊界上，樓梯和斜坡面屬于連接段空間。

軟件的門必須基于墻體，分常規(guī)的門和出口兩種，不需要手動(dòng)設(shè)置，軟件自動(dòng)識(shí)別，沒(méi)有厚度的墻上的門為常規(guī)門，空間平面邊界上的門通常為出口。門和出口是逃生疏散分析的關(guān)鍵和重點(diǎn)。

人員是逃生疏散的主體。軟件支持單獨(dú)一個(gè)一個(gè)單獨(dú)放置人員，也可以批量放置一組人員。所有人員都可以設(shè)置移動(dòng)速度、身高和肩寬等屬性。人員放置必須有足夠的空間。在空間平面或斜坡上，如果空間不夠，軟件就無(wú)法放置。

此籃球館規(guī)模中等，根據(jù)座位數(shù)量和實(shí)際空間功能要求需要疏散1 872人次。為了達(dá)到疏散要求，籃球館分區(qū)域設(shè)置了12個(gè)疏散口，軟件可以對(duì)所有人員自由計(jì)算路徑及通過(guò)哪個(gè)出口疏散。在模擬之前，先對(duì)籃球館場(chǎng)地大致進(jìn)行分區(qū)，設(shè)置不同的疏散路徑和每個(gè)門的疏散量，這樣模擬較為科學(xué)、合理。

2 模型建立

模擬的基礎(chǔ)是建立疏散模型。體育館實(shí)體模型是用Revit設(shè)計(jì)的，可以直接輸出DWG格式，然后導(dǎo)入該模擬軟件。導(dǎo)入后，模型會(huì)按照原DWG文件里層的顏色顯示。導(dǎo)入的模型在逃生模擬軟件里可以正常顯示，但是無(wú)法賦予屬性來(lái)進(jìn)行計(jì)算模擬。

2.1 建立空間

我們通過(guò)在某一樓板標(biāo)高處用軟件自帶的建模工具來(lái)建立一個(gè)參與模擬的空間平面，此處難點(diǎn)是籃球館的座位為階梯狀，高度不一，且四周還是弧形布置。該模擬軟件可以建立不規(guī)則多邊形平面，但是不能繪制圓或者圓弧。為了建立帶有弧度的臺(tái)階座位空間，把臺(tái)階模型從整個(gè)體育館模型中分離出來(lái)單獨(dú)導(dǎo)入，這樣就可以直接提取臺(tái)階座位平面來(lái)生成空間。

2.2 建立墻和樓梯等模型

體育館是比較一體化的空間，沒(méi)有過(guò)多的墻體，空間邊界默認(rèn)是空間中沒(méi)有厚度的墻，而有厚度的墻就像人無(wú)法通過(guò)的體積，需要把墻體從空間平面上去除，即開(kāi)洞。在此模型中，只在個(gè)別出口處設(shè)置使用。不同高度的臺(tái)階建立的是不同的空間模擬平面。如果人想從高處移動(dòng)到低處，就需要樓梯和斜坡的連接來(lái)支持。

為了真實(shí)模擬籃球館，我們此處完全按照真實(shí)模型建立樓梯模型。在樓梯模型上，每級(jí)臺(tái)階面也是該軟件支持的空間平面，人員可以從中通過(guò)，如果沒(méi)有樓梯，那每個(gè)高度階梯座位的人只能在這個(gè)高度游蕩而無(wú)法移動(dòng)到其他平面疏散。

2.3 建立門

該軟件中，門的顯示表達(dá)是空間平面上一條線。門模型必須基于空間平面的邊界或者軟件墻。建立門模型時(shí)，還要注意寬度。

2.4 建立人員

模擬軟件中，可以單個(gè)建立人模型，也可以批量建立。無(wú)論單個(gè)建立，還是批量建立，都需要基于一個(gè)空間平面，并且此空間平面需要有足夠的空間。軟件為了適配不同配置的計(jì)算機(jī)，人可以顯示為柱體、圓形、球體、不帶紋理的人物模型和帶材質(zhì)的人物模型。至此，所有模型建立完成。

3 參數(shù)設(shè)置

模擬除了必需的模型，還要對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)包括空間模型的參數(shù)和人的參數(shù)。空間模型參數(shù)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)選擇模型就可以在工具欄中直接修改。其中最重要的是不同區(qū)域人員的移動(dòng)速度，例如樓梯的速度往往比平面要慢很多。人的相關(guān)參數(shù)軟件提供了配置文件管理，人員可以分類別建立配置 文件，設(shè)置人員高度、寬度、移動(dòng)速度、停留時(shí)間和加速時(shí)間等一系列參數(shù)。參數(shù)選項(xiàng)可以用固定值，也可以使用離散隨機(jī)值。此項(xiàng)目共12個(gè)疏散出口，相應(yīng)的建立了12個(gè)配置文件，每個(gè)配置文件可以對(duì)應(yīng)一個(gè)人，也可以對(duì)應(yīng)一群人。在此項(xiàng)目中，大部分人員參數(shù)設(shè)置都一致，人員默認(rèn)平面移動(dòng)速度3 m/s，可以使用樓梯不能使用電梯，等待時(shí)間為0，人員高度1.8 m。

4 路徑設(shè)置

完成模型建立和參數(shù)設(shè)置后，還需進(jìn)行逃生疏散的路徑設(shè)置。路徑設(shè)置中，可以設(shè)置逃生的疏散出口或者向某一地點(diǎn)集合再疏散。此項(xiàng)目中共12個(gè)疏散出口，為了使模擬相對(duì)有序和高效，模擬中設(shè)置了12種逃生路徑設(shè)置，每個(gè)逃生路徑選擇籃球館座位不同區(qū)域的人員，此項(xiàng)目中只是簡(jiǎn)單規(guī)定疏散口，其余都默認(rèn)設(shè)置。

5 模擬仿真

完成所有的模型建立和設(shè)置后就可以進(jìn)行模擬仿真。這個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)根據(jù)軟件內(nèi)置的算法和設(shè)置自動(dòng)計(jì)算完成。模擬仿真完成后，軟件會(huì)生成可視化仿真文件和一系列圖形數(shù)據(jù)文檔。可視化仿真結(jié)果可以全局視角，也可以第一人稱視角漫游。為了更好地展示仿真結(jié)果，軟件支持分層顯示不同視角展示的錄制，可以輸出常規(guī)視頻文件，支持avi、wmv等常規(guī)視頻格式。除了可視化仿真結(jié)果，模擬還可以生成各種圖形數(shù)據(jù)文檔，例如疏散人數(shù)的曲線模型和每個(gè)疏散口疏散速度等，非常有說(shuō)服力。此項(xiàng)目的模擬結(jié)果得到了各方的認(rèn)可。

此款疏散模擬軟件的應(yīng)用提升了人員設(shè)計(jì)能力，提高了成果交付的質(zhì)量，同時(shí)為以后此類設(shè)計(jì)提供了模板。

〔編輯：王霞〕