基于VR的公路隧道6DoF人员疏散试验系统构建及应用研究

为提高公路隧道火灾场景下人员疏散虚拟现实试验的生态效度,以内嵌Inside-out定位技术的VR(virtual reality)一体机为基础,研发公路隧道6DoF(six degrees of freedom)人员疏散试验系统。该系统应用于试验时,参与者可摆脱鼠标、手柄等控制及设备线缆的束缚,在虚拟场景中6自由度感知信息及自主行动完成试验,且系统可通过对参与者实时跟踪定位获取其速度特征数据。为验证该试验系统的有效性,采用该系统开展真实空地、虚拟空隧道和虚拟火灾事故隧道3种场景下的人员疏散试验,采集30名参与者在不同场景中的移动速度、移动轨迹与情绪反应、沉浸感、临场感等数据,并分别对比真实空地与虚拟空隧道、虚拟空隧道与虚拟火灾事故隧道中的试验结果。试验结果表明:1)采用该系统进行疏散试验时,头戴VR设备未引起参与者的眩晕感;2)参与者在虚拟火灾场景中具有较强的临场感,其情绪反应、移动轨迹、移动速度等与在真实场景中基本一致,说明该系统具有较好的应用有效性。

坡度对疏散影响的试验研究

基于人体坡道运动的动力学分析进行不同坡度的人员疏散试验,测定运动速度、步长等数据,定性分析行人输出功率的变化,得到行走速度、步长与坡度之间关系的经验公式。得出以下结论:随着坡度由5.6°上升至32.1°,运动耗能速率增大,而供能速率和输出功率逐渐降低,运动速度由5.03 m/s降低至0.74m/s。上坡运动中,坡度<25°时,无氧供能比例与人体输出功率不断降低,行走速度及步长下降较快;坡度>25°时,有氧供能的比例远大于无氧供能,人体输出功率趋于稳定,行走速度及步长下降趋于缓慢。下坡运动中,供能对速度影响较小,但行人会降低速度以防止摔倒,坡度越大,这种影响越明显。

长大单洞铁路隧道紧急出口设置间距确定

为了确定长大铁路隧道紧急出口设置的最大间距,采用对列车运行时火灾车厢中人员疏散进行了现场试验和仿真计算,并对车厢内混合人群疏散和火灾烟流扩散进行数值模拟的方法得到火灾车厢内的人员必需安全疏散时间和可用安全疏散时间,从而确定了列车发生火灾后最大运行时间为275 s。根据火灾列车运行时速为80 km/h,火灾列车可运行6 km,即长大铁路隧道紧急出口设置间距最大为6 km。