基于数字孪生理念的复杂建筑消防安全疏散动态分析

为提高复杂建筑火灾的精确模拟,进行疏散方案的实时优化,用数字孪生技术构建高层复杂建筑三维数字镜像模型,利用仿真软件,通过耦合火源点、排烟、喷淋等因素,分析复杂建筑的安全性和消防安全疏散问题。在构建的模型基础上,阐述数字孪生框架下物理实体和虚拟空间的安全疏散动态思路。采用数字孪生技术搭建丰富的实验环境,运用火灾仿真软件Pyrosim,结合火灾发展态势与火场人员位置进行基于数字孪生的消防安全动态疏散研究,研究新方案可以配合消防部门进行快速响应,为被困人员提出基于现场火势的撤离指引,改善目前建筑物疏散路线无法按照火势演变状况动态的进行、且无法兼顾人员位置的缺陷。     

数字孪生驱动的冬奥场馆消防安全动态疏散方法

提出了一种数字孪生驱动的消防疏散动态引导方法,解决了目前建筑物安全疏散表达方式以二维为主,疏散路径规划不能根据火灾的发展态势实时动态地进行,且不能考虑人员的位置因素等问题。该方法综合利用BIM(building information modeling)和物联网搭建面向疏散的数字孪生模型,并整合该模型中的空间、室内环境和人员位置信息,利用Dijkstra算法进行疏散路径规划。以2020年北京冬奥会雪车雪橇场馆中某建筑为例,该模型较好地实现了环境信息实时采集、室内布局三维可视、火灾警报、室内人员定位、疏散路径规划等功能。     

建筑工程施工现场疏散路径优化模型

针对多工种交叉作业频繁、环境时常变化、场地狭窄、明火作业多的建筑工程施工现场,本研究以疏散时间为目标函数建立其人员疏散时间模型,基于疏散时间模型以疏散时间最短为目的提出疏散路径优化模型,并利用修正的 迪杰斯特拉（Dijkstra）算法求解模型,同时结合BIM(building information model)4D模型和Anylogic软件以及某在建楼房案例对模型进行仿真模拟验证分析。由仿真模拟结果可知,疏散时间模型计算出的疏散时长与模拟疏散时长吻合度较高,使用经优化后的疏散路径疏散,能够在一定程度上较大幅度节约紧急情况下建筑工程施工现场劳务人员的疏散时间,提高施工阶段的安全管理效率,且在一定疏散人数范围内,优化程度随疏散人数增加而增长。     

面向动态边缘网络的数字孪生自适应联合优化部署

在数字孪生赋能的移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)网络中,如何实现数字孪生服务器的高效部署是确保数字孪生实时交互性的瓶颈问题。针对该问题,提出一种面向动态边缘网络的数字孪生自适应联合优化部署机制。首先,该机制构建面向动态边缘网络的双层数字孪生模型以实时捕捉MEC网络状态和UE资源利用情况等特征。然后,联合数字孪生交互时延模型、负载均衡模型和能源消耗模型建立数字孪生服务器自适应动态更新部署问题。最后,提出多阶段自适应动态联合部署优化算法,将数字孪生服务器自适应动态更新部署问题分解为数字孪生服务器初始化部署和自适应动态更新部署两阶段优化求解,以实现部署策略随MEC网络的即时系统状态进行自适应动态调整。仿真分析验证了所提出算法在预测精度、交互时延、工作负载和能耗方面的有效性。     

危险度图方法在建筑工程消防性能化设计评估中的应用

消防安全性评估是建筑工程消防性能化设计的重要步骤。为使消防安全性评估方法更具有科学性,该文将火场中多重危险因素如高温、毒气和缺氧等的综合效果定义成统一的危险度,并结合火场模拟直观地给出了火场危险度图。通过有机耦合危险度图和考虑低能见度影响的疏散模拟,经过大样本统计得到伤害概率分布、区域危险度和区域疏散时间等。结合示例建筑,从对危险度图的分析中优化了疏散路径,并对上述火灾危险指标比较分析验证了优化路径策略的有效性。该危险度图方法综合考虑了建筑火场中多重危险和人员疏散等性能化设计中涉及的多项复杂分散因素,在规范火灾危险指标和标准评估过程方面为建筑工程消防性能评估和设计提供了一套切实可行的思路和方法。     

基于数字孪生的物流配送调度优化

为了实现对物流配送过程的远程运维,达到真正的物流配送实时状态透明化,提出基于数字孪生(digital twins,DT)的物流配送调度系统.基于数字孪生基本概念,构建了物流配送数字孪生五维结构模型及数字孪生驱动下的物流配送系统整体框架.考虑到实际配送中物资常常无法按时送达,建立带有软时间窗的数学模型,并设计相应的算法内核对数学模型进行求解.最后,结合实例利用Plant Simulation仿真软件建立与现实物流配送完全映射的3D模型,借助配送过程实时数据,实现对物理空间的精确模拟和优化仿真.通过与传统物流配送优化仿真方法对比,验证了基于数字孪生的物流配送调度优化方法能够有效解决配送过程中由车况或路况出现的扰动所带来的影响,实现更优的物流配送.     

基于FDS的体育馆消防设计安全性仿真模拟验证分析

为了研究体育馆防火分区面积超过规范要求等问题，采用消防工程原理与方法，对某体育馆进行消防性能化设计。在满足建筑使用功能的前提下，通过实地调研考察分析，设定不同的火灾场景，运用火灾动力学软件FDS(Fire Dynamics Simulator)进行烟气运动模拟和人员疏散安全性分析，验证该体育馆建筑消防设计的安全性与可行性。研究结果表明：火灾蔓延和烟气蔓延均可以得到有效控制，人员可以安全疏散，该建筑的消防安全性是可以得到有效保证。研究结果为同类工程的消防设计提供参考。     

建筑设计中的消防问题及解决方案

城镇化的发展使得城区修建大量高层、超高层建筑,给建筑工程的防火和消防带来了巨大挑战,使得消防安全成为建筑工程设计工作中最为核心的内容之一,直接关系到建筑的运行安全。为了解决建筑工程设计中各种消防设计难题,文章结合实际工程案例,在分析建筑工程设计中消防问题的基础上,基于模糊数学法和BIM技术模型对建筑工程消防设计中人员疏散路径问题展开研究,并对比两者在工程实例中的应用效果。研究成果可为建筑工程消防设计中的疏解方案提供决策依据。     

基于BIM模型和Pathfinder的地铁站安全疏散模拟研究

本文以广州某标准地铁站为研究对象,采用BIM建筑信息模型和Pathfinder人员疏散仿真工具相结合的方法,对地铁站人员疏散进行仿真模拟,为地铁车站疏散设计优化、紧急条件下的人员安全疏散管理提供决策支持。研究重点考虑人员数量、楼梯形式和疏散设施对地铁站疏散能力、疏散路径的影响,为地铁车站疏散设计优化、紧急条件下的人员安全疏散管理提供决策支持。结果表明:超大人流晚高峰安全疏散效率较低,固定栏杆设置对紧急情况下的安全疏散产生负面影响,楼梯位置和形式的设计影响疏散效率。     

复杂建筑火灾中的人员疏散路径多目标规划

针对复杂建筑火灾中的人员疏散动态路径优化策略问题,以火灾情境下的动态疏散网络数据模型为基础,结合网络流优化和群智能方法,构建以最短时间、最小风险水平和最大疏散容量为目标的路径优化模型.通过改进的自适应果蝇算法,实现了节点和路径容量受限的动态疏散路径规划.通过对所建模型的性能测试和疏散过程实验,验证了多目标路径优化模型的有效性.实验结果也反映了多目标路径规划策略更加贴近复杂建筑火灾中的人员疏散实际情况,对于规划不确定因素影响下的复杂空间疏散路径具有可行性.     

历史文化街区的特殊消防设计研究

为了贯彻党的十九届五中全会"统筹发展和安全"的精神,遵循《住建部办公厅关于开展既有建筑改造利用消防设计审查验收试点的通知》的要求,以历史文化街区为对象,着重针对既有建筑改造开展特殊消防设计.通过采取防火控制区、防火组团、安全疏散策略、消防系统优化和火灾风险控制等技术,利用FDS火灾烟气数值模拟分析软件计算火灾危险来临时间和Pathfinder疏散模拟软件得到疏散所需的安全时间,得出在采取有效的消防技术措施条件下,建筑的消防安全可以得到保证的结论.     

历史文化街区的特殊消防设计研究

为了贯彻党的十九届五中全会"统筹发展和安全"的精神,遵循《住建部办公厅关于开展既有建筑改造利用消防设计审查验收试点的通知》的要求,以历史文化街区为对象,着重针对既有建筑改造开展特殊消防设计.通过采取防火控制区、防火组团、安全疏散策略、消防系统优化和火灾风险控制等技术,利用FDS火灾烟气数值模拟分析软件计算火灾危险来临时间和Pathfinder疏散模拟软件得到疏散所需的安全时间,得出在采取有效的消防技术措施条件下,建筑的消防安全可以得到保证的结论.     

性能化防火设计在某大型商城中的应用

基于性能化防火设计的理念,采用了日本Kikuji Togawa提出的疏散公式和CFAST模拟软件对某大型商城第三层中存在的消防安全问题进行了人员安全疏散和火灾烟气蔓延分析研究,结果表明：在模拟计算中,当采用较大火源（10MW）时,该商城建筑的现有设计的地上第三层商场消防设计能满足要求,烟气沉降高度略有偏低,但离火源较远处的烟层高度能基本满足消防安全要求。建议在商场消防管理上,一方面控制商场人数,另一方面应严格控制易燃物的数量,装修材料应进行阻燃处理或采用不燃、难燃材料。     

学校消防安全策略研究

1.学校的火灾危险性分析 （1）一些学校建校时间比较早，由于当时建筑设计防火等方面的技术标准不完备，建筑防火间距、建筑内的防火分区、疏散通道、安全出口等都无法达到消防安全技术要求，发生火灾后，火势极易蔓延扩大，造成人员疏散闲难。（2）新建建设工程未经消防设计审核和竣工验收，擅自投入使用，存在先天性火灾隐患，诸多隐患日后难以整改。（3）学校是人员密集场所，学乍的消防安全意识不强，管理漏洞多，火灾隐患就比较多，容易酿成火灾事故。（4）学生在宿舍内私接乱拉电线，     

基于元胞自动机模型的人员疏散仿真系统设计

基于工程实践需要,分析了紧急情况下人员疏散的主要影响因素,提出了应急系统人员疏散处理策略,改进和优化了人员疏散仿真算法,设计了基于出口距离最近的随机元胞自动机的人员疏散模型。实验表明,模型较好地仿真了人员数、障碍物数、出口属性、疏散速度、疏散时间等因素相互之间的关系。仿真系统可为建筑结构设计、最大人员饱和数、消防预案提供参考。     

基于专家调查法的高层民用建筑火灾疏散改进灰关联安全评价模型

通过比较几种安全评价模型,并根据高层民用建筑火灾特点和建筑内部人员疏散特点,提出使用基于信息覆盖理论的灰关联评价方法建立高层民用建筑火灾疏散灰关联安全评价模型.进一步应用欧几里德贴近度和优属度方法改进一般灰关联方法在火灾疏散评价模型中的两处缺陷:整体性问题和关联度分析问题,建立了改进灰关联安全评价模型,计算分析得到建筑火灾疏散安全度和最需要改进的指标因素.为了改善和提高评价结果的准确性,通过专家调查法确定因素权重,避免了赋权过程的主观性,反映了现阶段在高层民用建筑消防疏散中最需要注意、最受重视的方面.最后通过实例验证了该模型的可行性.     

基于背景场的粒子群优化多出口疏散策略

针对复杂建筑人群疏散出口选择策略问题,本文着重考虑行人对综合最短距离的认知差异,引入距离因素和密度因素建立混合距离策略,并结合修正的背景场建模规则,将出口选择策略融入到粒子群更新机理中,构建了基于背景场的粒子群优化算法的出口选择策略.通过数值实验模拟了出口选择策略的疏散性能,实验结果揭示了多出口建筑物内群体运动的机理,反映了疏散策略的动态化调整性能.仿真疏散过程也验证了多出口选择混合距离策略在群体疏散中的合理性和有效性.     

基于Revit和Pathfinder的商场类建筑安全疏散研究

以某商场类建筑为例,运用Revit软件和Pathfinder软件结合的方式,通过绘制建筑物BIM模型,仿真模拟人员疏散过程,分析与讨论人员疏散结果.模拟结果表明,整体疏散过程体现了快即是慢现象;分层疏散体现了楼梯间、楼梯回转处等易导致人员拥堵、滞留的区域对疏散时间的影响;合理选择开闭不同楼梯间的疏散方式,能够提高疏散速率.若能够加入监控系统,在事故状态下,将已完成或将要完成疏散的楼梯间,对其他楼层开放,则可以更大程度地提高疏散速率.     

飞机客舱性能化防火设计方法研究

为研究飞机客舱防火性能,基于性能化防火设计理念,结合安全线和疏散时间模型,利用计算机模拟仿真技术,提出了飞机客舱性能化防火设计方法。以A380飞机客舱为例,利用火灾模拟软件FDS和疏散仿真软件Pathfinder结合建立仿真模型,运用提出的飞机客舱性能化防火设计方法分析了3级客舱布置下的火灾疏散情况,验证了该方法的可行性及合理性。研究结果表明:2号、3号及4号出口在火灾疏散过程中存在危险;基于此结果对客舱火灾疏散方案进行了优化,保证火灾疏散过程的安全。方法不仅可对现有各型飞机的防火性能进行评估,为优化客舱布局及人员疏散方案提供支持,还可为国产大型飞机客舱防火设计提供参考。     

基于多层协作机制的人员疏散模拟研究

为加强疏散模拟的真实性,在充分研究疏散复杂性的基础上,提出了基于多层协作机制的疏散模拟方案.分别采用智能体模型、地理信息系统模型和元胞自动机模型对人员描述层、建筑环境层与驱动转换层等功能层次进行了构建.各层次在实现自身功能的同时交互协作,达到整体功能的优化.模型较好地反映了建筑布局特征与人员疏散行为特征,实现了元胞状态的动态描述与记录,具有多层协作机制良好的扩展性.模拟结果与实测值和经验公式值相比较,符合较好.