大型公共場(chǎng)所安全疏散模擬研究

吳瓊

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，商場(chǎng)、車站等大型公共場(chǎng)所與日俱增，各種安全隱患問(wèn)題也隨之而來(lái)。大型公共場(chǎng)所的人員眾多，其中最突出的問(wèn)題莫過(guò)于突發(fā)狀況下人員的安全疏散問(wèn)題。疏散效率低下、人員盲目尋求出口而引發(fā)的安全問(wèn)題不容小覷。將BIM技術(shù)應(yīng)用于安全疏散當(dāng)中，成為安全疏散領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展前景。BIM技術(shù)不僅能夠?yàn)槭枭⒛M提供最全面，最精準(zhǔn)的建筑信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，并且能提供最真實(shí)的疏散模擬環(huán)境。將BIM技術(shù)與Pathfinder疏散模擬軟件相結(jié)合，能更好的展現(xiàn)出公共場(chǎng)所疏散模擬的效果，為大型公共場(chǎng)所疏散模擬研究及方案的提出帶來(lái)極大的幫助。

Abstract： With the development of the economy and the progress of the times， large-scale public places such as shopping malls and stations are increasing day by day， and various hidden safety problems have also arisen. There are many people in large public places， and the most prominent problem is the safe evacuation of people in emergency situations. Safety issues caused by inefficient evacuation and blindly seeking exit by personnel cannot be underestimated. The application of BIM technology in security evacuation has become a new development prospect in the field of security evacuation. BIM technology can not only provide the most comprehensive and accurate building information and related data for evacuation simulation， but also provide the most realistic evacuation simulation environment. Combining BIM technology with Pathfinder evacuation simulation software can better show the effect of evacuation simulation in public places， and bring great help to the evacuation simulation research and proposal of large public places.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);安全疏散;Pathfinder

Key words： BIM technology;safe evacuation;Pathfinder

中圖分類號(hào)：TU17;X913 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）06-0212-02

0 ?引言

大型公共場(chǎng)所的人員安全疏散的研究一直都是建筑行業(yè)及公共消防安全比較關(guān)注的研究課題。當(dāng)火災(zāi)等緊急狀況突發(fā)時(shí)，往往會(huì)由于室內(nèi)人員眾多、缺乏經(jīng)驗(yàn)的從眾心理以及和疏散方式不當(dāng)從而延遲疏散時(shí)間，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)頂D、踩踏等危及生命的狀況發(fā)生。鑒于此狀況，在建筑物設(shè)計(jì)階段就應(yīng)采取措施來(lái)進(jìn)行避免，結(jié)合相關(guān)的疏散模擬軟件對(duì)其進(jìn)行模擬，觀察室內(nèi)人員是否能在規(guī)定的安全疏散時(shí)間內(nèi)全部安全撤離，由此來(lái)判斷建筑物是否滿足設(shè)計(jì)要求，杜絕了后期建成后疏散問(wèn)題的情況發(fā)生。BIM技術(shù)以其清晰、便捷以及隨時(shí)可更新各部分構(gòu)件屬性的三維BIM特點(diǎn)應(yīng)用于此，為建筑物的疏散模擬提供真實(shí)的模擬場(chǎng)景，結(jié)合Pathfinder模擬軟件，為安全疏散創(chuàng)造最切合實(shí)際的模擬狀況，進(jìn)而對(duì)建筑設(shè)計(jì)不合理之處進(jìn)行調(diào)整以及可行性安全疏散方案有效的制定。

1 ?大型公共建筑安全疏散研究現(xiàn)狀

針對(duì)大型公共建筑的安全疏散問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從兩方面對(duì)其進(jìn)行了研究探討：一是圍繞人員的疏散行為特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的探討，二是就疏散過(guò)程模擬進(jìn)行的探討。

①人員的疏散行為特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)為人類著實(shí)帶來(lái)極大的便利，在緊急狀況的疏散模擬問(wèn)題上應(yīng)用也較為突出。但值得注意的是目前的安全疏散模型很大一部分是由國(guó)外的研究專家設(shè)計(jì)研發(fā)的，種族人群的差異、不同地域建筑風(fēng)格的不同和文化的傳承差異等，致使不同地區(qū)的人員在疏散過(guò)程中的行為相差甚遠(yuǎn)，因此，我國(guó)應(yīng)當(dāng)研發(fā)出適合本國(guó)的疏散行為的方案，具體方式可通過(guò)派發(fā)調(diào)查問(wèn)卷和進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)等方式來(lái)歸納出符合我國(guó)人員疏散行為的特點(diǎn)。

②疏散過(guò)程模擬。國(guó)外針對(duì)人員疏散行為的探討長(zhǎng)達(dá)四十余年，但針對(duì)疏散過(guò)程的的仿真模擬卻僅僅研究二十余年。公共場(chǎng)所的安全疏散雖是發(fā)展不就的領(lǐng)域，但研究的學(xué)者并不短缺，目前也吸引著源源不斷的新鮮血液加入疏散模擬的研究當(dāng)中。從建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)初期到投入使用，相關(guān)的專家學(xué)者對(duì)疏散過(guò)程的模擬從未停歇。專門針對(duì)建筑的疏散模擬軟件也應(yīng)運(yùn)而生，如Pathfinder軟件等。相關(guān)的論文及其他形式的成果不計(jì)其數(shù)，國(guó)際上也越來(lái)越重視，并為此舉辦了諸多學(xué)術(shù)探討會(huì)議。由于我國(guó)對(duì)此研究較晚，與國(guó)外還存在一定的差距，但我國(guó)并未對(duì)此放棄，而是努力追趕并引領(lǐng)疏散領(lǐng)域發(fā)展。

2 ?將BIM技術(shù)應(yīng)用于安全疏散

2.1 BIM技術(shù)理論概念及作用原理

BIM技術(shù)與其他建筑相關(guān)技術(shù)最為不同的是其以3D為核心的工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，運(yùn)用CAD所提供的建筑數(shù)據(jù)構(gòu)建三維仿真模型，包含的內(nèi)容也較為豐富：樓層平面圖、三維視圖、面積平面、各類建筑物的明細(xì)表等，均全面展現(xiàn)給使用者。在建筑物二維設(shè)計(jì)階段，隨著信息的增加，各種數(shù)據(jù)信息也隨之自動(dòng)更新，省時(shí)省力。不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)BIM技術(shù)提供的全面信息搜集對(duì)其有用的信息，從項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)到投入使用節(jié)省人力物力資源。

CAD技術(shù)是BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)前提，通過(guò)CAD技術(shù)提供的建筑信息，從而構(gòu)建信息完整全面、利于使用者觀察的BIM模型。利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容由單純的點(diǎn)、線、面變?yōu)榻ㄖ镏姓鎸?shí)的物體構(gòu)建。BIM技術(shù)最為智能的一點(diǎn)就是僅需在軟件上修改一次，便能實(shí)現(xiàn)與之相關(guān)的信息全部修改完畢，無(wú)需手動(dòng)對(duì)每一項(xiàng)再去進(jìn)行修改。通過(guò)數(shù)字化的BIM應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行信息的編碼，由此來(lái)描述建筑的構(gòu)建信息，建立一個(gè)全面、層次分明的信息系統(tǒng)。每一個(gè)建筑構(gòu)建都需要一整套參數(shù)構(gòu)成其屬性信息，譬如：一個(gè)墻對(duì)象就包含此建筑物具有墻所有屬性的對(duì)象，包含該建筑物墻的相關(guān)尺寸信息、墻體使用的材料信息、表面處理工作、墻體規(guī)格、保溫隔熱性能以及費(fèi)用等。

2.2 BIM技術(shù)在安全疏散的應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目的整個(gè)周期，從初期的設(shè)計(jì)階段、施工階段、竣工階段，一直到建筑物投入使用。從目前狀況來(lái)看，研究最頻繁的時(shí)期就是建筑物的設(shè)計(jì)及施工階段，后期投入使用后的研究相對(duì)較少。安全疏散管理在使用階段研究最多，也至關(guān)重要，特別是大型公共場(chǎng)所的安全疏散管理問(wèn)題。

大型公共場(chǎng)所的安全疏散模擬離不開(kāi)BIM技術(shù)的使用，而第一個(gè)應(yīng)用的模型就是竣工模型，這個(gè)模型能夠依據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況來(lái)更新。第一點(diǎn)毋庸置疑，就是建筑安全疏散的重要性，人員進(jìn)行一切活動(dòng)的前提保障就是生命安全。第二點(diǎn)就是BIM技術(shù)的全面性，BIM模型能包含建筑物所有的相關(guān)信息，將其應(yīng)用于安全疏散模擬的研究是明智的抉擇，能幫人們解決諸多疏散過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如：疏散環(huán)境失真，疏散模擬結(jié)果不夠精準(zhǔn)等。相對(duì)于使用二維圖紙和文字?jǐn)⑹龅膫鹘y(tǒng)疏散形式來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)所提供的模擬環(huán)境更為真實(shí)全面，建筑物的內(nèi)部構(gòu)造，消防栓所在位置，安全疏散通道等均體現(xiàn)其中，這是傳統(tǒng)的疏散模擬方式所無(wú)法匹及的。

2.3 安全疏散中應(yīng)用BIM技術(shù)的必要性

①BIM技術(shù)能夠精準(zhǔn)、完整的展現(xiàn)建筑物的所有信息。這項(xiàng)技術(shù)最核心的部分就是信息的管理，從信息的采集、建立、管理、使用到最終的共享。BIM技術(shù)能為使用者提供完備的建筑信息，一方面，在疏散模擬需要一系列該建筑物的信息，如果從各個(gè)地方搜羅最后拼湊在一起，既浪費(fèi)人力物力，又降低模擬效率，BIM技術(shù)則能很好地解決這一難題，在BIM當(dāng)中就能找到其所有信息，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)好幫手。另一方面，BIM技術(shù)創(chuàng)建的物理環(huán)境更加貼近真實(shí)的環(huán)境，疏散模擬的結(jié)果也會(huì)更加真實(shí)可信。與此同時(shí)，BIM技術(shù)還能夠顯示此建筑物的使用狀況、設(shè)備性能、使用時(shí)間和居住者的數(shù)量等等，對(duì)于疏散模擬淶水都是關(guān)鍵因素。

②BIM技術(shù)能夠展現(xiàn)建筑物的所有信息，可視化是它與眾不同的優(yōu)點(diǎn)之一，加之其能進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，便于使用者清晰便捷地掌握疏散的狀況。

③BIM技術(shù)所構(gòu)建的建筑模型也是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的模型。它能夠結(jié)合先進(jìn)額信息捕捉裝備實(shí)時(shí)地獲取周圍信息，其中不僅可以捕捉建筑物內(nèi)的靜態(tài)信息，如室內(nèi)設(shè)備等等，還可以對(duì)行走的人群、室外設(shè)備、溫度等動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行追蹤。在發(fā)生緊急狀況時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)以及周圍狀況實(shí)時(shí)更新信息，便能何時(shí)何地的場(chǎng)景處人流量較大，對(duì)于安全出口的位置和數(shù)量安排與設(shè)置也是極有幫助的。

3 ?BIM與Pathfinder共同作用于安全疏散模擬

3.1 Pathfinder疏散模擬軟件

Pathfinder是由美國(guó)Thunderhead Engineering公司開(kāi)發(fā)的一款用于安全疏散模擬的軟件。此疏散軟件的人員運(yùn)動(dòng)模式分為SFPE模式和Steering模式。SFPE模式主要是基于人員流量致使室內(nèi)人員自動(dòng)趨于離其最近的安全出口，各個(gè)人員在疏散過(guò)程中互不干擾，與SFPE假設(shè)相一致。Steering模式則是通過(guò)路徑規(guī)劃、疏散指導(dǎo)與碰撞機(jī)制共同作用于人員疏散。倘若疏散過(guò)程中人與人間發(fā)生碰撞或超過(guò)規(guī)定距離，便能重生一條新的疏散路徑，更加符合疏散實(shí)際。Pathfinder疏散模擬軟件的工作流程主要包括三部分：建立建筑物模型、設(shè)置疏散人員參數(shù)、選擇逃生路徑。

3.2 BIM與Pathfinder應(yīng)用于疏散模擬

在國(guó)內(nèi)運(yùn)用BIM模型，主要讓其提供疏散環(huán)境模型，把模型輸入到疏散模擬軟件中，就可以模擬疏散過(guò)程。而國(guó)內(nèi)應(yīng)用的疏散模擬軟件，多一半應(yīng)用Pathfinder軟件，其原因有二，一是因?yàn)镻athfinder的三維效果展示出的緊急情景能夠接近實(shí)際，二是各個(gè)時(shí)間地點(diǎn)的人員分布情況展現(xiàn)的比較直觀。

鑒于BIM與Pathfinder疏散模擬軟件不兼容的狀況，接口同樣互不相通，因此需要建立二者互通的橋梁，也就是將BIM建模軟件中的文件轉(zhuǎn)為DWG模式，然后將其導(dǎo)入Pathfinder疏散軟件當(dāng)中。為達(dá)到更好的觀看模擬效果，讓使用者更清楚地對(duì)疏散過(guò)程了如指掌，需要對(duì)BIM模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減，如墻體此類對(duì)疏散無(wú)作用，又影響觀看效果的構(gòu)建進(jìn)行刪除。之后把刪減后的BIM模型的DWG模式導(dǎo)入至Pathfinder軟件當(dāng)中，通過(guò)添加人員參數(shù)以及疏散路徑和疏散方式等信息，得出人員疏散的運(yùn)行軌跡，最終得到該狀態(tài)下人員疏散所用的時(shí)間。根據(jù)疏散結(jié)果整理出相應(yīng)的圖表，以便后續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)。對(duì)BIM模型進(jìn)行刪減優(yōu)化后再導(dǎo)入至Pathfinder，既利于使用者的直觀了解，也能提高疏散模擬的整體效率。

4 ?結(jié)論

BIM技術(shù)以其真實(shí)的模擬環(huán)境和可視化的模擬效果被廣泛應(yīng)用于大型公共場(chǎng)所的安全疏散模擬，提升了模擬效果的精準(zhǔn)度的同時(shí)還方便用戶的觀察理解。將BIM模型轉(zhuǎn)換為DWG模式導(dǎo)入至Pathfinder疏散軟件中的模擬場(chǎng)景相比于在疏散軟件中建立的模擬場(chǎng)景更加真實(shí)、準(zhǔn)確。BIM與Pathfinder的完美結(jié)合不僅為安全疏散模擬研究拓寬了研究視野，也為安全疏散領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基石。

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