智慧地鐵:大空間地鐵火災疏散虛擬現(xiàn)實(VR)綜合平臺研發(fā)與應用
說明：本文為研究簡報，詳細的初步成果將發(fā)表于《都市快軌交通》，詳見期刊2019年第6期，作者：王子甲、高永鑫、陳峰、李潤法，相關(guān)集成技術(shù)已申請國家發(fā)明專利，進一步的成果擬發(fā)表在Fire Safety，敬請關(guān)注！如需與研究者聯(lián)系，請查看文后作者信息及聯(lián)系方式！
一、導讀
由于地鐵系統(tǒng)空間封閉、客流密度大、疏散路徑較長且復雜，火災在軌道交通事故中對乘客威脅最大。隨著國內(nèi)城市和軌道交通的發(fā)展，城市群經(jīng)濟新特征的出現(xiàn)，軌道交通線路不斷延長，伴隨而來的長大區(qū)間在地鐵中越來越常見，對于長大區(qū)間中發(fā)生火災乘客的疏散研究也越來越多的引起重視?；馂碾m然發(fā)生的概率小，但引起的傷亡巨大，近20年來，在全球范圍內(nèi)已發(fā)生了多起地鐵火災，以韓國大邱火災造成百人傷亡最為嚴重。
韓國大邱地鐵火災
國內(nèi)某地鐵真實火災疏散情況
對此，我們建立了軌道交通線路工程安全與防災工程技術(shù)研究中心，重點對此進行研究。目前對于地鐵火災疏散的研究主要采用計算機仿真和人火分離的實驗，計算機仿真的行人疏散參數(shù)難以標定，人火分離的疏散實驗一方面成本高，另一方面實驗中也難以體會火災的真實場景，結(jié)果失真。對此，本團隊利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)技術(shù)研發(fā)了一套地鐵系統(tǒng)火災疏散虛擬仿真綜合平臺，將3D地鐵站與隧道建模、火災仿真及3D可視化、行人仿真、大尺度虛擬現(xiàn)實場景移動設備和真人實驗有機地結(jié)合，為大尺度火災疏散提供了逼真的實驗場景。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以為應急疏散演習、疏散方案優(yōu)化等提供訓練環(huán)境，可以為計算機火災仿真標定可靠的行人行為參數(shù)，為保障地鐵系統(tǒng)內(nèi)乘客安全提供技術(shù)支持。
二、系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)與實現(xiàn)
本套虛擬現(xiàn)實乘客疏散演練系統(tǒng)主要有兩部分組成，VR設備和VR場景。VR設備用于實驗者和虛擬場景提供數(shù)據(jù)交互，VR場景用于為實驗者提供可視化、可交互的實驗環(huán)境。
VR設備
VR設備用于為實驗者營造具有真實感受的虛擬環(huán)境。本文采用HTC VIVE虛擬現(xiàn)實設備器感知用戶在虛擬場景中的位置變化和行為姿態(tài)，采用OMINI萬向走步機（如圖1），通過“原地行走”的方式實現(xiàn)在地鐵大空間內(nèi)行走。
圖1 OMINI萬向走步機（GIF）
VR場景搭建
VR場景主要作用是還原地鐵列車、隧道和站臺等空間環(huán)境以及火災發(fā)生和發(fā)展的情景，為乘客營造逼真的疏散環(huán)境。在本文中首先采用3DMAX按1:1比例建立車站、隧道和列車模型導入UNITY搭建原始虛擬場景。除了虛擬場景外，本文為了研究多人協(xié)同疏散和社群效應，增加聯(lián)機功能以保證多名用戶在同一局域網(wǎng)下可以進入同一場景并同時疏散。
圖2 VR建模
在地鐵疏散中，影響乘客疏散結(jié)果的因素主要有火災規(guī)模、廣播、燈光設置和其他乘客的屬性。在本文中將上述因素作為虛擬場景的可輸入變量并在實驗過程中考察不同變量對于參與者的影響，如圖3。其中，為了真實地模擬火災的演化過程，本文采用SMARTFIRE對地鐵列車火災演變進行全尺寸模擬，然后將火災演變和危險區(qū)域演變的過程數(shù)據(jù)加載到實驗環(huán)境，在火災的演變和危險區(qū)域的演變數(shù)據(jù)模擬中，綜合考慮了隧道和站臺的防排煙系統(tǒng)作用。
圖3 實驗場景設置界面
三、實驗實施
火災場景下，根據(jù)地鐵系統(tǒng)的特點和列車在地鐵系統(tǒng)中的位置，乘客疏散可能面臨三種場景：
（1）站臺疏散場景：當列車停靠在站臺或具備在站臺停靠的條件時，乘客通過列車客室門疏散到站臺后，由站臺樓扶梯向站廳疏散；
（2）平臺疏散場景：列車在隧道內(nèi)行駛時發(fā)生火災，不具備開行到車站的條件時，若隧道內(nèi)有疏散平臺，乘客可通過列車客室門疏散到疏散平臺，進而疏散到兩端車站或橫向聯(lián)絡通道等安全地點；
（3）軌面疏散場景：當列車在隧道內(nèi)停車，若隧道內(nèi)無疏散平臺，乘客只能通過列車頭部的緊急疏散門逃生，此時由司機打開應急門并放下疏散梯，組織乘客下至軌面疏散；
邀請60名校內(nèi)學生和校外相關(guān)專業(yè)人士分組參與上述三種場景，記錄參與者照片和視頻如下。
圖4、視頻1和圖5為參與者借助OMINI萬向走步機和VIVE在實驗場景中逃生。
圖4
視頻1
圖5（GIF動圖）
圖6和視頻2平臺疏散場景參與者手動通過手動車門解鎖設備開啟列車客室門，進入緊急疏散平臺并逃生。
圖6（GIF動圖）
視頻2
四、實驗結(jié)果
逃生結(jié)果
站臺場景的逃生成功率最高（85%），這可能是因為在熟悉的環(huán)境中人們通常有好的表現(xiàn)。但是由于，在隧道內(nèi)逃生時由于不熟悉環(huán)境，逃生成功率下降：在平臺和軌面疏散中，分別有77 %和71 %的乘客成功逃生。
表1 逃生結(jié)果統(tǒng)計
對形勢的感知
圖7為統(tǒng)計參與者在進行逃生實驗時逃生的原因及比例。實驗中發(fā)現(xiàn)參與者發(fā)現(xiàn)異常后不一定立刻逃離，可能會采取觀察確認或報警等行為。例如如圖5中，參與者通過廣播發(fā)現(xiàn)異常時，有39%的乘客直接逃生，但是大部分乘客（52%）不會直接逃生，直至看到火或其他乘客逃生才采取逃生行為。
圖7 乘客開始逃生原因
出口和路徑選擇
站臺疏散場景中，乘客逃出車廂后可從站臺的三組樓扶梯到達站廳安全區(qū)域。圖8為部分參與者在站臺疏散場景中的逃生路徑，從圖中可以看出，車廂內(nèi)疏散時，有12%的乘客在逃生過程中錯過了有效出口（打開的車門），導致疏散路徑延長。乘客逃出車廂后，有78%的乘客從最近的站臺樓梯逃生；部分乘客在樓梯附近為避免轉(zhuǎn)彎，沒有選用距離最近的中間樓梯，而是從最左側(cè)樓梯逃離；從三個樓梯逃生的乘客人數(shù)分別占逃生成功總?cè)藬?shù)的33%（左）、48%（中）和19%（右）。
圖8 部分乘客逃生
隧道平臺疏散場景中，設定虛擬乘客逃出車廂后通過緊急疏散平臺向車頭方向疏散。實驗者受到虛擬乘客的影響，大部分（86 %）逃出車廂后也向車頭方向疏散，其余14%的乘客向車尾方向疏散。軌面疏散場景中，只有前方緊急疏散門打開，開始疏散時，有部分乘客向車尾逃離，但受到虛擬乘客的影響，這些實驗者均改變了方向，轉(zhuǎn)而向車頭方向疏散。
在平臺和軌面疏散實驗場景中，從橫通道逃生的乘客數(shù)量占逃生成功的乘客總數(shù)的比例分別為54%和76%，其余乘客均錯過了橫向通道，只能從前方車站逃生，導致疏散距離大大增加。乘客錯過橫通道的原因主要是因為對橫通道逃生不熟悉，并且橫通道處的疏散引導設置未引起乘客關(guān)注。因此，應在聯(lián)絡通道處設置明顯的標志牌或廣播提醒，避免疏散人員錯過有效出口。
五、結(jié)論和展望
本虛擬仿真仿真平臺在實驗中表現(xiàn)出高安全性、高真實性和高適用性。基于本研究的實驗結(jié)果，在地鐵發(fā)生火災等緊急事故時，地鐵運營部門需加強指導標識的引導工作，合理組織疏散，提高運營安全性。
在未來展望方面，本虛擬現(xiàn)實仿真平臺可以結(jié)合BIM技術(shù)，通過BIM和VR緊密結(jié)合以貫穿地鐵站施工到運營各個階段，可使決策者和運營者更加直觀有效地把控建設狀況和運營狀況。
作者信息：
王子甲，博士，副教授，北京交通大學土建道鐵系城市軌道研究中心，北京北京市軌道交通線路工程安全與防災工程技術(shù)研究中心
陳峰，博士，北京交通大學土建道鐵系/長安大學公路學院教授，北京北京市軌道交通線路工程安全與防災工程技術(shù)研究中心主任
軌道城市（綜合，原創(chuàng)）
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于智慧地鐵的知識技巧了，學習以上的智慧地鐵:大空間地鐵火災疏散虛擬現(xiàn)實(VR)綜合平臺研發(fā)與應用知識，對于智慧地鐵的幫助都是非常大的，這也是新手學習鐵道工程所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點擊右側(cè)人工服務，我們會有專業(yè)的人士來為您解答。
本站在轉(zhuǎn)載文章時均注明來源出處，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，未用于商業(yè)用途。如因本站的文章、圖片等在內(nèi)容、版權(quán)或其它方面存在問題或異議，請與本站聯(lián)系(電話：0592-5551325，郵箱：help@onesoft.com.cn)，本站將作妥善處理。
向客服提問智慧地鐵課程推薦
鐵道工程熱門資料
鐵道工程技術(shù)文檔
推薦閱讀
