基于BIM技术下高铁客运站火灾人群疏散仿真研究

The proposal address the important problem of fire evacuation in high-speed railway station design. which is caused by the rapid development of railway system in recent years. The research proposes a new computational method to simulate fire evacuation in railway stations. The research is mainly based on the theory and methods that will guide simulation software development, applications, and verification of the simulation-result. The simulation model of crowd evacuation is based on the theory of agent-based simulation technology. The evacuation model of high-speed railway station is divided into three major sub-models: the spatial sub-model, the crowd behavior sub-model and the fire scene sub-model. The research focuses on the development of simulation engine of crowd evacuation by using Building Information Modeling's Application Programming Interface(API) technique, 3d visual presentation system based on the XNA Framework and validation/accuracy of evacuation system by the virtual reality experiment. On the other hand, the research simulates the crowd evacuation of the typical high-speed railway stations by the evacuation software, calculates the evacuation time and routes, then evaluates and optimizes the evacuation space design.

针对近年来轨道交通网络快速化发展进程中，高铁客运站设计中对于火灾疏散空间设计关注不足，研究理论和方法相对滞后的问题，本课题提出通过计算机仿真模拟的方法，进行高铁客运站火灾人群疏散仿真研究。课题从模型构建技术，软件运行平台，模拟软件应用和验证等方面进行研究。基于离散性微观仿真技术，构建高铁客运站人群疏散模型。模型主要包括物理空间，人群行为和火场场景三个主要的子模型，并利用基于BIM(Building Information Model)下的Application programming Interface（API）技术开发人群疏散模拟引擎。采用先进的计算机交互图形技术开发可视化演示系统，通过虚拟现实实验来验证软件的有效性和精确性。利用人群疏散软件对典型高铁工程案例火灾状态下人群疏散状态进行仿真模拟，计算疏散时间和疏散路径，并对疏散空间设计进行评价与优化。

针对近年来轨道交通网络快速化发展进程中，高铁客运站设计中对于火灾疏散空间设计关注不足，研究理论和方法相对滞后的问题。本课题提出通过计算机仿真模拟的方法，从模型构建技术，软件运行平台，模拟软件应用和验证等方面进行高铁客运站火灾人群疏散仿真研究。基于BIM(Building Information Model)下的Application programming Interface（API）技术，课题组开发BIM和CFAST数据交互的插件。CFAST是一款基于建筑二维空间模型的模拟火势蔓延和烟气扩散的软件。CFAST平台在导入BIM建筑模型数据时，在数据输入和转换之间存在障碍，用户在构建建筑模型时，需要基于CFAST平台手动输入建模，耗费时间长，而且容易出错。插件开发将整合不同设计平台数据资源，火灾和烟气模拟的工作流程。研究还基于Smoke view开发数据可视化系统，Smoke view是由NIST（National Institute of Standards and Technology）开发的一款可视化插件，可将CFAST烟气模拟结果在BIM模型上直观地表现出来。课题已经通过构建实验性模型证明研究可行性，整个模拟过程仅仅需要短短的几分钟时间。通过烟气模拟结果的可视化，建筑师及时发现疏散空间设计中存在的问题并加以解决，帮助建筑师优化建筑消防安全设计，以及帮助学生学习建筑设计中有关建筑防火和疏散安全的相关知识。另外，居住建筑和非居住建筑在火灾状况上，具有很大差异性。针对非居住建筑开发的模拟软件，直接应用于居住建筑的火灾模拟，其模拟结果存在较大误差。在课题研究中，我们分析居住建筑引起火灾的主要因素，提出空间优化策略。研究开发居住建筑致命火灾风险测评系统，系统可以帮助建筑师发现居住建筑消防安全设计中的潜在风险。