基于BIM和元胞自动机的建筑火灾救援路径动态规划研究
发布时间：2021-03-23 02:35
建筑物发生火灾时,建筑物复杂的内部环境以及火灾的实时蔓延会给参与室内救援工作的消防员带来隐患甚至生命危险。为提高消防员建筑火灾室内救援效率,文章提出了基于BIM技术和元胞自动机的消防员救援路径动态规划系统。该系统中,创新性将BIM建筑模型与元胞自动机有机结合,建立了一种新型元胞自动机路径规划智慧模型,该模型利用场景分层和碰撞检测的方法自动识别建筑物的各种构件和内部环境,具有很高的智能性和普适性;在火场中添加动态障碍物模型和随机灾变火模型,并利用实时检测方法研究真实火场的动态性对消防员救援路径的实时影响,使消防员科学、高效地避开静态、动态障碍物并安全完成救援。使用该系统对一座单层大空间体育馆进行实例模拟,验证了该系统的适用性,为制定建筑火灾消防救援策略、实现高效精准救援以及智慧消防提供技术支持。
【文章来源】：土木工程学报. 2020,53(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Moore型邻居
(1) Grid脚本。网格划分脚本,主要功能是实现疏散网格的自动划分并存储每个网格的信息。该脚本将整个火场中的模型分为Ground层和Obstacle层。其中,Ground层主要包含楼板等消防员可行走的疏散平面;Obstacle层主要包含柱、墙、障碍物以及火等阻碍消防员前进的物体。该脚本在疏散平面上每隔0.4m布置一个节点,在每个节点处同时向上发射一束无形的Ray(射线)。当检测到Ray与Ground层的物体发生碰撞,则以该节点为中心绘制一个尺寸为0.4m×0.4m、颜色为蓝色的网格,这些网格为安全网格,即可通行网格;当检测到Ray同时与Ground层和Obstacle层发生碰撞时,则以该节点为中心绘制一个尺寸为0.4m×0.4m、颜色为红色的网格,这些网格为危险网格,即不可通行网格。网格划分结果如图2所示。每个节点都存储着其所在网格的位置信息和状态信息,为后续路径规划的实现提供数据支撑。(2) PathPlan脚本。路径规划脚本,主要功能是规划消防员的救援路径。该脚本主要由两部分组成:①通过List<Node>.Add方法将每一时间步中消防员的目标邻居元胞(吸引力最大的邻居元胞)存放在 List <Node>PathNode列表中;②通过NodeMove方法控制消防员向目标邻居元胞移动。
由于Revit和Unity 3D两软件并不完全兼容,因此若将BIM建筑模型(图3(a))直接导入Unity 3D中会造成模型材质、贴图等特性的丢失,如图3(b)所示。为解决该问题,本文将BIM建筑模型导入3D Max对其重新赋予材质和贴图后再导入Unity 3D中,最终导入到Unity 3D中的建筑模型效果如图3(c)所示。在建筑物内添加消防员模型、火模型以及障碍物模型等场景模型。各模型详细描述如下:
【参考文献】：
期刊论文
[1]A cellular automata evacuation model considering friction and repulsion[J]. SONG Weiguo, YU Yanfei, FAN Weicheng & Zhang Heping State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2005(04)
[2]一种考虑摩擦与排斥的人员疏散元胞自动机模型[J]. 宋卫国,于彦飞,范维澄,张和平. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2005(07)
[3]基于个体行为的人员疏散微观离散模型[J]. 杨立中,李健,赵道亮,方伟峰,范维澄. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2004(11)
[4]基于元胞自动机的火灾中人员逃生的模型[J]. 杨立中,方伟峰,黄锐,邓志华. 科学通报. 2002(12)
本文编号：3094962
【文章来源】：土木工程学报. 2020,53(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Moore型邻居
(1) Grid脚本。网格划分脚本,主要功能是实现疏散网格的自动划分并存储每个网格的信息。该脚本将整个火场中的模型分为Ground层和Obstacle层。其中,Ground层主要包含楼板等消防员可行走的疏散平面;Obstacle层主要包含柱、墙、障碍物以及火等阻碍消防员前进的物体。该脚本在疏散平面上每隔0.4m布置一个节点,在每个节点处同时向上发射一束无形的Ray(射线)。当检测到Ray与Ground层的物体发生碰撞,则以该节点为中心绘制一个尺寸为0.4m×0.4m、颜色为蓝色的网格,这些网格为安全网格,即可通行网格;当检测到Ray同时与Ground层和Obstacle层发生碰撞时,则以该节点为中心绘制一个尺寸为0.4m×0.4m、颜色为红色的网格,这些网格为危险网格,即不可通行网格。网格划分结果如图2所示。每个节点都存储着其所在网格的位置信息和状态信息,为后续路径规划的实现提供数据支撑。(2) PathPlan脚本。路径规划脚本,主要功能是规划消防员的救援路径。该脚本主要由两部分组成:①通过List<Node>.Add方法将每一时间步中消防员的目标邻居元胞(吸引力最大的邻居元胞)存放在 List <Node>PathNode列表中;②通过NodeMove方法控制消防员向目标邻居元胞移动。
由于Revit和Unity 3D两软件并不完全兼容,因此若将BIM建筑模型(图3(a))直接导入Unity 3D中会造成模型材质、贴图等特性的丢失,如图3(b)所示。为解决该问题,本文将BIM建筑模型导入3D Max对其重新赋予材质和贴图后再导入Unity 3D中,最终导入到Unity 3D中的建筑模型效果如图3(c)所示。在建筑物内添加消防员模型、火模型以及障碍物模型等场景模型。各模型详细描述如下:
【参考文献】：
期刊论文
[1]A cellular automata evacuation model considering friction and repulsion[J]. SONG Weiguo, YU Yanfei, FAN Weicheng & Zhang Heping State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2005(04)
[2]一种考虑摩擦与排斥的人员疏散元胞自动机模型[J]. 宋卫国,于彦飞,范维澄,张和平. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2005(07)
[3]基于个体行为的人员疏散微观离散模型[J]. 杨立中,李健,赵道亮,方伟峰,范维澄. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2004(11)
[4]基于元胞自动机的火灾中人员逃生的模型[J]. 杨立中,方伟峰,黄锐,邓志华. 科学通报. 2002(12)
本文编号：3094962
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