基于BIM+VR的沉浸式地下高速铁路车站疏散演练场景构建关键技术

   

   

   

   

以京张高速铁路八达岭地下车站为依托，基于建设期       BIM       设计       模型开展了       BIM+VR       的沉浸式地下高速铁路车站疏散演练场景构建关键技术研究，给       出了       BIM       向       VR       场景转化技术路线和实现方法，阐明了疏散场景构建过程中软硬件及关键组件开发技       术。通过场景应用及与既有平面化疏散指示对比，证明了该技术的可行性和合理性，为       BIM       的二次利       用与沉浸式虚拟疏散演练场景开发提供了成套解决方案，可为类似复杂立体轨道交通车站人员疏散演       练等提供参考。    

   

         

京张高速铁路八达岭长城地下车站设置于长 12km 的新八达岭隧道内，位于八达岭—十三陵风景 名胜区核心位置滚天沟停车场下方，车站出口距离八 达岭长城索道登城口 250m ，距离八达岭步道登城口 800m 。 车站长8 00m ，宽 560m ，高 34m 的地下空间布设 78 个洞室，共 88 种断面、 63 处交叉口（图 1 ）。车站按 三层设计，地上部分为进出站厅、候车厅及部分办公、 设备用房，建筑面积 0.95 万 m 2 ；地下部分总建筑面积 5.88 万 m 2 ，其中站台、站场、进出通道、地下设备用房 建筑面积 3.98 万 m 2 ，地下救援廊道总长 2482m ，建筑 面积 1.90 万 m 2 。 八达岭长城地下车站轨面最大埋深 102m ，旅客垂直提升高度达到 62m ，两端过渡段隧道 最大开挖跨度 32.7m ，最大开挖断面面积 494.4m 2 ，是 世界上最大的地下暗挖高速铁路车站。

图１ 八达岭长城地下车站密集洞室群层叠交错    

基于 BIM 构建 VR 场景，通过在场景中直接选择 与读取源 BIM 中尺寸、材质、功能、 WBS 划分等构件属 性信息，并实现 BIM 模型的构件显示切换 、间距的测 量与分析 ，甚至构件调整等操作 ，可获得传统 BIM 浏 览方式前所未有的体验 。 实现上述目标的技术路线如图 2 所示。综合对比 分析 Autodesk Revit 软件与各类三维图形绘制软件之 间数据类型的差异 ，建立可导入模型的合成组合 ，实 现 BIM 格式转化、 VR 引擎导入，并采用图像处理软 件，增强模型渲染效果，实现模型高精度匹配融合。

图2 技术路线    

图3 典型站台场景烘培效果    

疏散演练场景由VR设备、VR场景、VR交互和通讯接口四部分组成。VR设备为应急演练人员和虚拟场景提供数据交互；VR场景为应急演练提供可视化、可交互的演练环境；VR交互用于实现角色交互、场景交互和数据交互；通讯接口用于与硬件设备及其他系统（BIM等）进行通讯，实现对现场设备的控制、数据导出及呈现。

功能实现需要软件与硬件的支撑。软件组成见表1。硬件主要包括万向行动平台、VR头部显示器、操作手柄、网络交换机等。

表1 软件组成    

演练场景须具备一个成套操作系统的所有要素，包括行人仿真模块、路径规划模块、火灾数据模块和可视化模块。行人仿真模块主要负责按照路径规划进行全局移动，并在移动过程中根据行人仿真模型调整自身行为；路径规划模块主要负责根据物理空间场景、立柱及设备设施布局信息进行虚拟乘客的动态实时路径规划；火灾数据模块主要负责对场景中火灾数据进行可视化呈现；可视化模块主要负责仿真数据的统计与可视化展示。

设计行人仿真模块时，除利用虚拟引擎软件系统组件之外，还需开发其他相关组件。相关组件及功能见表2。

表2 相关组件及功能    

以列车在站内发生火灾为例进行虚拟场景开发及应用。既有平面化疏散指示见图4。其中白色箭头为乘客疏散方向，仅标示了下车后短距离如何疏散，对于后续立体复杂通道的选择及疏散路径并未标明。根据图4在虚拟场景内规划最优疏散路径，如图5中红色箭头所示。

图6 列车车厢着火疏散场景脚本  

 

图7 车厢着火沉浸式疏散典型场景