虛擬仿真技術在建筑疏散領域的應用現狀及發展趨勢

劉瑩，譚金穎，孫澄，劉蕾

0引言

建筑疏散一直備受國內外專家學者關注，自1970 年代陸續出現大量研究成果，包括行人運動行為、計算機建模、疏散模擬模型、緊急疏散等。計算機模擬是建筑疏散從理論研究轉向量化技術及應用的重要方法和工具，已取得元胞自動機模型、格子氣模型、社會力模型、磁場力模型、基于自主體模型等研究成果。隨著仿真模型的進一步發展，提升模型真實性成為研究的焦點問題。融合五感的沉浸式虛擬互動仿真技術日益受到關注，安全高效、低成本易維護等多重優勢使其廣泛應用于多專業領域并發展迅速。虛擬仿真技術在國內外歷經多年發展，大量基礎性研究成果為其在建筑疏散領域的應用打下了堅實的基礎，如人機交互下的建筑疏散仿真、沉浸式建筑疏散技能培訓等。對相關國際期刊高水平研究成果進行系統性歸納整理以及文獻計量學分析，可以揭示研究熱點問題，洞悉發展趨勢并預測發展方向，對于推動虛擬仿真技術在建筑疏散領域的深度應用，促進數字技術與建筑研究的交叉融合具有一定的啟示和借鑒意義。

1 方法

本文在Web of science 數據庫中的科學引文索引（SCI）、擴展的科學引文索引（SCI-E）、社會科學引文索引（SSCI）以及藝術與人文索引（AHCI）中提取數據。以“虛擬仿真技術”和“建筑疏散”作為主題關鍵詞搜集所有相關文獻，選擇設置時間跨度為“all year”，即從1966-2022 年檢索得到219 篇文獻進行計量分析。分析方法包括基于VOSviewer 平臺的關鍵詞共現分析、在CiteSpace 中進行名詞性術語的提取與聚類分析術語共現分析，和基于CiteSpace 的參考文獻共被引分析。其中，將CiteSpace 中的參數設置為Slice Length=1, g-index (k=25), LRF=3.0, LBY=5, e = 1.0。并對得到的共現網絡進行聚類，獲得該網絡的 Modularity Q=0.8278 和Mean Silhouette=0.9319。關鍵詞共現分析和術語共現分析可挖掘出研究熱點和前沿以及術語隨時間的發展變化。參考文獻共被引分析可折射出虛擬仿真技術在建筑疏散領域的應用研究水平和發展方向，是探索熱點課題和研究前沿的重要依據。

2 結果

關鍵詞共現網絡分析可見疏散與虛擬現實是最受學界關注的關鍵詞（圖1）。關鍵詞共現頻率分析顯示出口選擇是建筑疏散領域的長期研究熱點[1]，基于虛擬現實技術的疏散演練是緊急狀態下出口選擇和建筑安全疏散行為研究的關鍵方法和有效工具。關鍵詞出現情況表明研究近期熱點方向集中在：（1）結合空間句法理論的疏散導航和疏散技能培訓研究；（2）引入動態出口指示技術的出口選擇研究；（3）疏散數據可視化以及眼動追蹤技術[2]。

1 關鍵詞共現網絡

名詞性術語共現分析得到目前該方向的術語發展呈現10 個類型的聚類，分別是室外疏散[3]、建筑疏散、人流[4]、緊急情況、建筑性能表現、火災疏散、疏散行為、貝葉斯網絡方法、移動網頁虛擬現實搭建、自動采集（圖2、3）。術語出現時間線譜顯示研究成果涉及船舶疏散研究，前沿理論包括建筑與人互動、建筑疏散管理、精準疏散演練和疏散預測等方面（圖3）。增強現實、沉浸式虛擬環境[5]等發展成為術語近期突變（圖4）。

2 術語共現網絡

3 文獻術語時間線譜圖

4 文獻術語時間突變統計

參考文獻共被引分析（圖5、6）確定該方向研究6 個集群：（1）“室內地震”集群：虛擬仿真技術應用在地震疏散以及災難緊急狀態的研究[6]；（2）“出口選擇”集群：虛擬仿真技術應用在出口選擇時的人行為研究[7]；（3）“感知模型”集群：通過虛擬仿真技術補充疏散模型的感知模型；（4）“震后疏散”集群：利用虛擬仿真技術實現震后疏散技能訓練[8]；（5）“文獻回顧”集群：以文獻回顧和綜述為主的研究；（6）“居住者路線選擇”集群：應用虛擬仿真技術的疏散路線選擇研究。

5 參考文獻共被引聚類網絡

6 參考文獻共被引時間圖譜

3 結論

本文通過對虛擬仿真技術在建筑疏散領域的應用研究成果進行文獻計量學與可視化分析，探究了該方向的研究現狀熱點及其發展歷程，為相關領域后續研究提供理論依據。關鍵詞共現分析、名詞性術語分析和參考文獻共被引分析結果顯示當前相關國際高水平期刊研究成果主要關注地震疏散、疏散計劃、疏散模型等方面，研究熱點集中在空間句法、動態出口、眼動追蹤技術等方向。增強現實、沉浸式虛擬環境、嚴肅游戲等前沿技術的不斷發展和創新應用使虛擬仿真技術與建筑疏散的深入融合和交叉研究仍有較大潛力和發展空間?！?/p>