基于Unity 3D的一种高校人员疏散模型

李 智韦 宇林达龙

(1.西南林业大学土木工程学院，云南 昆明 650224；2.云南中控消防产品质量检验有限公司，云南昆明650228)

0 引言

目前，全国高校普遍面临校园资源不变，但招生规模却不断增加，学生对学校环境的不熟悉程度和局部人员的密度的增加，给紧急情况下的人员应急安全疏散造成很大的压力，很难在规定时间里对全部人员进行疏散[1-5]。为了更加真实的模拟高校环境对人员疏散带来的影响，本文利用Unity 3D构建了一种高校人员疏散模型，为高校中人员安全疏散提供一种新的方法。

1 模型建立

1.1 模型结构组成

本文所构建的基本房屋模型为一栋两层楼房,整体为长11m，宽10m，高6m，有一条走道，一个楼梯，一道大门。在模型中设置的疏散人员数为83人，人员速度为1.2m/s[6]，图2和图3表示模型中人员的疏散路线。

图1 模型一层疏散示意图

图2 模型二层疏散示意图

根据2013年统计研究中国云南男性平均身体数据[7]作为参考,故把人物模型设计为高1.69m，宽0.45m，厚0.18m的长方体模型。

1.2 模型建立步骤

1）建立模型。在3D Max中将系统单位以厘米为单位建立的房屋模型（在导入到Unity 3D时会扩大100倍，即以米为单位），在模型建立完成后需将人物模拟模型导出为FBX格式，以便能在Unity 3D中导入并进行进一步的编辑。

2）导入模型。在Unity 3D中建立平面并将坐标设置为（0,0,0），导入FBX格式的房屋模型和人物模型，调整到合适的大小，并将摄像机位置调整到合适位置，在播放过程中以便观察。

3）为模型添加环境贴图。环境贴图需要在网络中寻找自己需要的贴图资源，或者自行拍摄照片也可。在房屋周围先建立一些平面，拉伸至适合的大小，为平面添加如草地、路面、安全区域、天空等贴图，为模型建立3D效果。

4）添加人物模型并编写疏散程序。将人物模型导入Unity 3D中，调整至合适位置。利用Unity 3D中自带的NAV功能扫描模型路径，即将能够行走的路劲与墙或障碍物等不能通过的物体进行识别，为人物模拟模型道路的计算提供依据。然后，利用Playmaker为人物模拟模型添加状态机。运用NAV功能并指定“安全区域”为疏散目标，最终实现疏散功能。最后将设置好的人物模拟模型进行复制，布置在需要的位置。

5）运行模型并检查。在设置过程中需要重复运行以检查程序、模型等是否完善，并不断修改，直至达到满意效果。

6）生成运行程序。模型完善后，可以将模型到处生成运行程序，如Windows、Mac、Android、IOS平台应用等。方便模型程序的携带与传播。

2 与Simulex的对比分析

Simulex软件是一种用计算机来模拟人员从一些空间较大或者建筑结构比较复杂的场所逃生的软件。该软件允许用户通过许多的CAD设计建筑平面图 （各平面图由楼梯连接）自行创建一些原型建筑。为了验证本文所构建的模型的真实性，对于同样的建筑模型和疏散情况，利用Simulex软件计算获得疏散数据（见表1）进行对比分析。

表1 所建模型与Simulex软件疏散时间对比

由于Simulex与Unity 3D在模拟建筑设计与人员布置上均一样，疏散时间虽有1秒左右的差距，但根据火灾最佳疏散时间为90秒，计算结果均在安全疏散时间范围内，所以可以得出本文基于Unity 3D的高校人员疏散模型是一次有效的模拟。

从上表可以看出在疏散时间上两种模拟结果存在差异，其原因分析如下：

1）人员设置不同。本文中人员设计为高1.69m，宽0.45m，厚0.18m的长方体模型。而Simulex中人员的宽度为0.32m。

2）楼梯设置不同。由于Simulex与本文中模型制作方式、系统原理不同，导致在楼梯在两个系统中设置不同。在本文中模型中为U型楼梯，即在楼梯中存在一个拐点，在人员疏散时会对人员疏散造成较小的阻碍，延长疏散时间；而在Simulex中为直线型楼梯，人员在楼梯疏散过程中没有拐点的阻碍。

3）人员响应时间不同。在Simulex中应用开始时会有1秒的延迟，然后人员直接从1.2m/s的速度开始移动，即响应时间为1秒；而在本文中模型人员拥有一个1.2m/s2的加速度，1秒后速度从0加速到1.2m/s，在1秒时人员已经移动了一段距离，即响应时间小于1秒。

4）疏散时人员间距不同。疏散时的人员间距是指在疏散时人与人之间的最小距离，间距越小单位面积内的人员就越集中，疏散时所需要的时间久越少。Simulex人员的间距为0.01m；本文中模型的人员间距为1个单位，即人员的长度0.45m。5）系统运算方式不同。Simulex的运算结果为一次运算结果，即程序只对设置好的人员疏散模拟进行一次运算并储存数据，不具有随机性，每次播放时运用相同数据，所以5次的运算结果相同，不能代表平均疏散时间；而本文中模型储存的是运算方法，每次播放时会重新进行计算，疏散结果具有随机性，所以5次运算结果不同。

3 结束语

本文借助Unity 3D软件，构建了一种新的高校人员疏散模型，并与Simulex人员疏散商业软件进行了对比，验证了本模型为有效的疏散模拟。因为Unity 3D程序的开放性可以实现的功能众多，展示的效果逼真为于未来的人员疏散预案与人员疏散教育宣传的展示提供了参考，也人员疏散研究提供了更方便、更简单的新方法。

［1］熊伟荣.对我国高校消防教育现状的调查研究[J].佳木斯教育学院学报,2011(3):489.

［2］戴生彪.浅议高校消防隐患及工作安全对策[J].中小企业管理与科技,2010(7):142.

［3］胡海燕,张同婷,谷雪播,等.高校消防安全现状、原因及解决方案研究——来自合肥市高校的实地调查[J].科协论坛,2010(7):189-190.

［4］徐满.高校消防安全评价及学生的防火措施研究[J].吉林化工学院学报,2011,28(6):40-44.

［5］林达龙,明亮,何胜方,等.基于复杂网络的高校火灾衍生灾害群特征[J].消防科学与技术,2012(2):205-206,213.

［6］高歌.大型商场火灾人员安全疏散及仿真模拟研究[D].长沙:中南大学,2009.

［7］汉族人体数据库建成：破译汉族人体质密码[OL].北方网:http://news.ifeng.com/gundong/detail_2013_03/30/23699412_0.shtml,2013,3.