北京交通大学科研团队成功模拟“地铁逃生”

　　提起VR，你的第一印象是什么？电影？游戏？各种虚拟效果体验？如果用它来经历一场真实的地铁“火灾”会是怎样的一种体验？相信我，这绝对不是科幻片里的场景而是真实发生在北京交大某实验室的硬核科技。

　　地铁安全，呼唤“现实版”解决方案

　　地铁带给人们的便利毋庸置疑。但相对封闭的空间、狭长且复杂的出入通道、极度密集的人流，使得其与地面建筑相比，一旦发生火灾等事故更容易造成严重后果。近20年来，在全球范围内已发生了多起地铁火灾，以韩国大邱火灾最为严重，造成了上百人死亡的惨况。

韩国大邱地铁火灾

　　正因为如此，地铁系统的乘客应急疏散研究已成为安全运营亟需解决的问题。现有地铁火灾疏散研究主要采用两种方式：一种是计算机仿真模拟实验，一种是人火分离的疏散实验。前者行人疏散参数难以确定。后者一方面成本较高，一方面因为考虑安全因素，只能停留在简单演练、危险源与人分离实验的阶段，也容易产生“过家家“的感觉。

　　传统的地铁火灾演练通常设定是这样的：一列地铁从远处飞驰而来进入隧道，司机突然发现隧道内“着火”，大量“浓烟”扑过来。他立刻向指挥调度中心报告，同时广播安抚“乘客”，并走向车尾，奋力打开车门，继续广播告知“乘客”，到哪个车门，如何疏散。车站救援人员，也赶来接应“乘客”。

　　而在北京交大的城轨中心实验室里则是另外一番场景：几名“乘客”佩戴专用的VR眼镜，踏上移动设备，“进入”虚拟的地铁系统，开始身临其境地在地铁全系统“日常出行”。而后，真实的火灾“突发”，“乘客”根据个人经验疏散“逃生”，整个过程中的反应时间、心率、寻路等行为被记录下来。

　　该系统来自于北交大土建学院道铁系城轨中心陈峰教授、王子甲副教授带领团队研发的基于虚拟现实技术（VR）的地铁系统疏散虚拟仿真综合平台。通过构建浸入式的隧道、列车、车站全系统逼真虚拟环境，采用万向走步机实现大空间的自由移动，从而实现地铁火灾演习的逼真效果。

　　大胆设想，打造实验室“科幻大片”

　　事实上，早在2017年，团队就已经意识到了应急管理研究的重要性。限于应急事件本身的特殊性，既有实验等手段无法将人置于真实的危险源中进行研究。那么，是否可以考虑引入其它科技元素来解决这一问题呢？

　　一次体验vr游戏的机会，团队成员王子甲有了大胆的设想：把vr引入地铁应急研究，通过现场场景实验和虚拟仿真相结合的方式，开展应急管理研究。然而想法总归是想法。能否做成？效果怎样？能否达到预期？能否顺利应用？公众是否可以接受？一系列接踵而来的疑虑给项目打上了大大的问号。

　　有了想法就去做，经过团队讨论，最终还是决定放手一试，利用现有科研经费部分预算开展前期研究。一旦投入，便全力以赴。

　　“我们都是非计算机专业，对于这种软硬一体的平台来讲，硬件接口是一个最大的挑战”。为了解决这一问题，王子甲多次求助专业人员，自己也投入了大量精力钻研。“感觉这个研究做下来，自己也从非科班变成了半专业。”他笑称。

　　与此同时，研究面临的另外一个问题就是如何确保火灾模拟的真实性，而这也是决定项目成败的一个重要方面。为了解决这一问题，团队负责火灾模拟的老师对真实火灾数据进行了大量研究分析，最终把真实模拟仿真数据跟系统方案整合在一起，打造形成了逼真的火灾“现场”。

　　为了使系统更逼真，团队在北京地铁的支持下，利用地铁设计现场图纸、场景、标识，截取真实线路设计方案进行了系统设计，使得模拟场景与现实几乎“完全一致”，实验者在进入系统后如同身临其境，从而进一步保证了实验的真实效果。

　　新的问题接踵而来。在系统测试真人体验过程中，由于传统VR使用通过走动或手柄勾选实现移动，五六米的走动范围与地铁系统大尺度的空间不匹配，而对手柄勾选移动，很多测试者表示缺乏代入感。经过多方联系比较，团队最终引入OMINI万向走步机，实现乘客在地铁大空间内的跑步移动。

　　团队还加班加点实现了一个’额外“设计：通过整合生理状态监测设备，实现对疏散过程中“乘客”的恐慌程度的记录。结果显示，在火灾“突发”时刻，沉浸在虚拟环境中的人确实表现出了心率突变等恐慌特征。这是以往演练难以观测到的。

　参与者通过车门解锁设备手动开启列车客室门，进入紧急疏散平台并逃生

　　项目组曾邀请60余名校内学生和校外相关专业人士分组参与实验。“真实到不可思议，连推门关门的动作都和实际发生的一模一样，太震撼了！”曾经体验过这套系统的一位“乘客”这样说。

　　立足前沿，为智慧城轨注入“交大智慧”

　　科研人员是行业里的瞭望者。立足前沿，致力服务社会，始终是团队的终极奋斗目标。

　　伴随应急管理备受国家关注，以及智慧城轨建设拉开帷幕，该研究也在步入发展快车道。项目2017年投入研究，一年后研发成功，2019年，成功申请国家发明专利，并通过快速审批通道。如今已在地铁八通线筹备实施。

　　作为地铁应急疏散研究的全新技术手段，交大团队开展的这项研究一方面可为应急疏散演习和疏散方案优化提供便捷有效的训练环境，一方面亦可为乘客疏散行为参数的采集提供可靠依据，从而为保障地铁乘客安全提供强大的技术支持。基于实验结果，地铁运营部门优化了疏散标志系统，调整了应急疏散策略，并提出基于VR研究一站一方案的应急疏散策略。

　　当然，团队并未满足于此。”既不能好高骛远，一心想做划时代的成果；也不要妄自菲薄。做好自我定位，从具体的事情做起。“团队80后教师王子甲说。

　　“下一步我们还会在硬件开发上投入更多精力。比如在平地模拟基础上，搭建更好的楼梯模拟效果。我们也在思考如何进一步把温度、湿度、音效、视觉、震动等因素加入实验过程，进一步提升实验真实性。这些都属于非标准化的技术，需要依靠自主研发，所以我们接下来要做的事情还很多，需要继续努力。”

　　“我们有信心，未来项目的应用前景会不仅限于地铁，还会运用到其他领域。希望有一天，普通民众都可以戴上vr，利用我们的项目了解体验车站建设情况，体验各种紧急状态下的应急疏散，为大众播种安全出行的种子”。王子甲谈到未来，满脸期待。

　　“我们的目标是最终把系统打造成为城轨系统设计与管理措施优化的工具、应急预案评估与演练的平台、公众参与的科普窗口，打开公共安全保障应用的广阔空间。”团队负责人陈峰信心满满。