数字孪生驱动的冬奥场馆消防安全动态疏散方法
发布时间：2020-12-20 00:55
提出了一种数字孪生驱动的消防疏散动态引导方法,解决了目前建筑物安全疏散表达方式以二维为主,疏散路径规划不能根据火灾的发展态势实时动态地进行,且不能考虑人员的位置因素等问题。该方法综合利用BIM(building information modeling)和物联网搭建面向疏散的数字孪生模型,并整合该模型中的空间、室内环境和人员位置信息,利用Dijkstra算法进行疏散路径规划。以2020年北京冬奥会雪车雪橇场馆中某建筑为例,该模型较好地实现了环境信息实时采集、室内布局三维可视、火灾警报、室内人员定位、疏散路径规划等功能。
【文章来源】：同济大学学报(自然科学版). 2020年07期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
数字孪生驱动的建筑室内安防方案框架
冬奥场馆（即BPE）建设的过程充分利用了BIM技术，人工建立（即CN1）了较精细化的BIM模型（即BVE），但是BIM模型中的信息对于疏散来说十分复杂，在疏散问题中也不需要使用BIM模型中的全部信息。为了实现受困人员能跨平台查看三维的室内布局，需要将BIM模型进行轻量化处理，只保留建筑物的三维形状信息，再运用WebGL技术将其搭载在网页上[8,23]。这样就可以实现在智能手机、平板电脑等移动设备（即CN4）上查看三维室内布局。另外，为了满足优化算法对建筑联通关系高度抽象化的要求，本文借鉴并改进了Peng等[24]提出的一种将BIM模型简化成面向疏散模型的方法。Peng等[24]把空间简化成点，使用线段连接的方式表示空间之间的联通关系。在此基础上，本文还把单一细长的交通空间细化成了多个关键的交通节点（如图3中点2C5～2C9），使面向疏散的模型以空间拓扑结构的形式展现，主要包含各个房间的位置关系和交通关系。具体方法如下：
把房间简化成空间中的点；把关键的交通点也简化成节点；这里的关键交通节点主要包括通道的“T”字型岔口（如图3中点2C9）、“十”字型岔口（如图3中点2C8）和“L”字型拐点（如图3中点2C13）。每个节点都会被编号，标号统一使用NXn的形式表示。其中N表示节点所在楼层号；X表示空间种类，房间、走廊、楼梯分别用R、C、E表示；n表示节点的标号。两个相连通的节点之间用直线连接，节点间的距离代表两点间路径的距离，而不是直线距离。该拓扑结构只需要根据BIM模型简化一次，如果建筑布局不变，完成后即可一直用于疏散路径的规划。2.3 室内环境信息危险等级评价
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字孪生与信息物理系统——比较与联系[J]. 陶飞,戚庆林,王力翚,A.Y.C.Nee. Engineering. 2019(04)
[2]数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 陶飞,刘蔚然,张萌,胡天亮,戚庆林,张贺,隋芳媛,王田,徐慧,黄祖广,马昕,张连超,程江峰,姚念奎,易旺民,朱恺真,张新生,孟凡军,金小辉,刘中兵,何立荣,程辉,周二专,李洋,吕倩,罗椅民. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[3]基于蚁群算法的烟气中人员疏散路径选择优化[J]. 江奎东,毛占利,陈浩楠,欧阳尔耀. 中国安全生产科学技术. 2018(11)
[4]基于元胞自动机的火灾场景行人流疏散仿真研究[J]. 金泽人,阮欣,李越. 同济大学学报(自然科学版). 2018(08)
[5]基于BIM的数字化消防疏散预案应用探讨[J]. 王宇佳,王佳. 消防科学与技术. 2018(04)
[6]基于BIM的民用机场航站楼防火疏散安全管理[J]. 宋洋,凌竹,张俊鹏. 消防科学与技术. 2017(12)
[7]紧急疏散下的引导员设置与仿真模拟[J]. 马伟伟,王洁,吴茜蒙,郭晓宏. 安全与环境学报. 2017(02)
[8]基于BIM技术的建筑内疏散路径引导研究[J]. 高雪,王佳,衣俊艳. 建筑科学. 2016(02)
[9]“鸟巢”演唱会人员疏散CA-BP仿真研究[J]. 于海明,聂文,王云,张磊,白若男,张琦. 安全与环境学报. 2015(06)
[10]基于Dijkstra算法的火灾环境下人员疏散仿真方法[J]. 何明,陈国华,杜有翔,翁溪,江俊. 中国安全科学学报. 2010(12)
本文编号：2926891
【文章来源】：同济大学学报(自然科学版). 2020年07期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
数字孪生驱动的建筑室内安防方案框架
冬奥场馆（即BPE）建设的过程充分利用了BIM技术，人工建立（即CN1）了较精细化的BIM模型（即BVE），但是BIM模型中的信息对于疏散来说十分复杂，在疏散问题中也不需要使用BIM模型中的全部信息。为了实现受困人员能跨平台查看三维的室内布局，需要将BIM模型进行轻量化处理，只保留建筑物的三维形状信息，再运用WebGL技术将其搭载在网页上[8,23]。这样就可以实现在智能手机、平板电脑等移动设备（即CN4）上查看三维室内布局。另外，为了满足优化算法对建筑联通关系高度抽象化的要求，本文借鉴并改进了Peng等[24]提出的一种将BIM模型简化成面向疏散模型的方法。Peng等[24]把空间简化成点，使用线段连接的方式表示空间之间的联通关系。在此基础上，本文还把单一细长的交通空间细化成了多个关键的交通节点（如图3中点2C5～2C9），使面向疏散的模型以空间拓扑结构的形式展现，主要包含各个房间的位置关系和交通关系。具体方法如下：
把房间简化成空间中的点；把关键的交通点也简化成节点；这里的关键交通节点主要包括通道的“T”字型岔口（如图3中点2C9）、“十”字型岔口（如图3中点2C8）和“L”字型拐点（如图3中点2C13）。每个节点都会被编号，标号统一使用NXn的形式表示。其中N表示节点所在楼层号；X表示空间种类，房间、走廊、楼梯分别用R、C、E表示；n表示节点的标号。两个相连通的节点之间用直线连接，节点间的距离代表两点间路径的距离，而不是直线距离。该拓扑结构只需要根据BIM模型简化一次，如果建筑布局不变，完成后即可一直用于疏散路径的规划。2.3 室内环境信息危险等级评价
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字孪生与信息物理系统——比较与联系[J]. 陶飞,戚庆林,王力翚,A.Y.C.Nee. Engineering. 2019(04)
[2]数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 陶飞,刘蔚然,张萌,胡天亮,戚庆林,张贺,隋芳媛,王田,徐慧,黄祖广,马昕,张连超,程江峰,姚念奎,易旺民,朱恺真,张新生,孟凡军,金小辉,刘中兵,何立荣,程辉,周二专,李洋,吕倩,罗椅民. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[3]基于蚁群算法的烟气中人员疏散路径选择优化[J]. 江奎东,毛占利,陈浩楠,欧阳尔耀. 中国安全生产科学技术. 2018(11)
[4]基于元胞自动机的火灾场景行人流疏散仿真研究[J]. 金泽人,阮欣,李越. 同济大学学报(自然科学版). 2018(08)
[5]基于BIM的数字化消防疏散预案应用探讨[J]. 王宇佳,王佳. 消防科学与技术. 2018(04)
[6]基于BIM的民用机场航站楼防火疏散安全管理[J]. 宋洋,凌竹,张俊鹏. 消防科学与技术. 2017(12)
[7]紧急疏散下的引导员设置与仿真模拟[J]. 马伟伟,王洁,吴茜蒙,郭晓宏. 安全与环境学报. 2017(02)
[8]基于BIM技术的建筑内疏散路径引导研究[J]. 高雪,王佳,衣俊艳. 建筑科学. 2016(02)
[9]“鸟巢”演唱会人员疏散CA-BP仿真研究[J]. 于海明,聂文,王云,张磊,白若男,张琦. 安全与环境学报. 2015(06)
[10]基于Dijkstra算法的火灾环境下人员疏散仿真方法[J]. 何明,陈国华,杜有翔,翁溪,江俊. 中国安全科学学报. 2010(12)
本文编号：2926891
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