地震废墟环境虚拟仿真及其救援安全策略研究

This project is going to carry out research work about the seismic ruins that caused by collapse of buildings in strong earthquake, which forms a complicated, unstable and with survivors buried local space environment. Both the safety of rescuers and of survivors should be carefully considered during the rescue under this circumstance. Therefore research on the virtual simulation for the rescue environment of seismic ruins is to be carried out. Several aspects of works are included in this project: 3D virtual simulation of typical building structures, simulation study of physical properties of the ruins, research on the safety rescue under variety rescue conditions based on virtual simulation study of seismic ruins, and the key points and the strategies of the safety rescue. The purposes of the research are providing realistic virtual ruins for the rescue training of various rescue teams and improving team members' safety awareness and judgment.

本研究所述地震废墟环境是特指强烈地震引起的建筑物倒塌所形成的复杂、欠稳定且有幸存者被压埋的建筑倒塌局部空间环境，在此环境下实施救援，必须考虑施救者和幸存者的双安全问题。因此，本研究拟开展地震废墟救援环境的虚拟仿真研究，包括典型建筑结构的地震废墟三维仿真模型研究和废墟体系的物理属性模拟研究；针对虚拟地震废墟仿真模型，对各种救援工况下的救援安全问题进行讨论，分析给出救援安全要点及策略。研究的根本目的是为各类救援队的救援培训提供逼真的虚拟废墟训练环境，提高队员安全意识和判断能力。

在地震倒塌建构筑物中开展搜索和营救是异常困难和具有较高风险的救援行动。因地震废墟环境是指强烈地震引起的建筑物倒塌所形成的复杂、欠稳定且有幸存者被压埋的建筑倒塌局部空间环境，在此环境下实施救援，必须考虑施救者和幸存者的双安全问题。为提高救援队员安全意识和判断能力，本课题开展了地震废墟救援环境的虚拟仿真方法的研究，包括典型建筑结构的地震废墟三维仿真模型研究和废墟体系的物理属性模拟方法；并针对虚拟地震废墟仿真模型，对各种救援工况下的救援安全问题进行讨论，并通过实际救援案例对比分析，给出现场救援的实际特点、现场救援安全的综合影响因素和局部破拆与支撑技术的应用示范模型，综合确定出救援安全要点及策略，建立了基于BP神经网络的地震救援废墟结构安全评估模型，设计了适合地震现场操作和救援队员易于掌握的废墟安全评估的现场采集参数及方式；收集、整理各类建筑地震倒塌废墟数据、建筑材质数据、建筑材料密度、救援废墟案例、建筑倒塌视频、救援设备、救援通道案例、救援支撑等各类数据，建立了救援安全综合数据库；解决了基于震害数据库的建筑单体震害仿真计算模型，可快速分析确定震害相似域的各类特征参数，包括震损构件类型、数量、震损位置及震害特征，为建筑震害三维仿真模型建模提供基础，确定了地震废墟结构三维建模技术方案，在此基础上完成了逼真度较高的典型建筑结构地震废墟三维仿真模型建设，建立了地震废墟三维仿真模型数据库；建立了基于虚拟仿真的地震救援废墟结构安全评估专家系统体系架构，研发了基于虚拟仿真技术的地震救援废墟结构安全评估与训练系统。. 综上，本课题以“情景分析”和“情景构建”为思路，以地震废墟救援安全为研究背景，引入“地震灾场模拟”概念，确定了地震灾场仿真模型的定义、技术思路和实施方案，完成了能客观地反映城市现状及不同设定地震下的结构震害状态三维城市仿真模型，解决了建筑物震害仿真模型，系统仿真的信度模型，海量建筑物三维震害仿真建模关键技术，震害虚拟仿真引擎、逼真度模拟等关键问题。实现了地震废墟结构三维仿真单体模型、大震巨灾场景模型及物理属性模拟技术，实现了地震救援废墟结构安全评估综合分析功能、废墟安全评估虚拟仿真培训功能及救援知识帮助查询功能。系统地解决了地震废墟救援安全的虚拟仿真训练环境模拟技术，将有效促进救援队员能力不断提高。