虚拟仿真技术在建筑疏散领域的应用现状及发展趋势

刘莹，谭金颖，孙澄，刘蕾

0引言

建筑疏散一直备受国内外专家学者关注，自1970 年代陆续出现大量研究成果，包括行人运动行为、计算机建模、疏散模拟模型、紧急疏散等。计算机模拟是建筑疏散从理论研究转向量化技术及应用的重要方法和工具，已取得元胞自动机模型、格子气模型、社会力模型、磁场力模型、基于自主体模型等研究成果。随着仿真模型的进一步发展，提升模型真实性成为研究的焦点问题。融合五感的沉浸式虚拟互动仿真技术日益受到关注，安全高效、低成本易维护等多重优势使其广泛应用于多专业领域并发展迅速。虚拟仿真技术在国内外历经多年发展，大量基础性研究成果为其在建筑疏散领域的应用打下了坚实的基础，如人机交互下的建筑疏散仿真、沉浸式建筑疏散技能培训等。对相关国际期刊高水平研究成果进行系统性归纳整理以及文献计量学分析，可以揭示研究热点问题，洞悉发展趋势并预测发展方向，对于推动虚拟仿真技术在建筑疏散领域的深度应用，促进数字技术与建筑研究的交叉融合具有一定的启示和借鉴意义。

1 方法

本文在Web of science 数据库中的科学引文索引（SCI）、扩展的科学引文索引（SCI-E）、社会科学引文索引（SSCI）以及艺术与人文索引（AHCI）中提取数据。以“虚拟仿真技术”和“建筑疏散”作为主题关键词搜集所有相关文献，选择设置时间跨度为“all year”，即从1966-2022 年检索得到219 篇文献进行计量分析。分析方法包括基于VOSviewer 平台的关键词共现分析、在CiteSpace 中进行名词性术语的提取与聚类分析术语共现分析，和基于CiteSpace 的参考文献共被引分析。其中，将CiteSpace 中的参数设置为Slice Length=1, g-index (k=25), LRF=3.0, LBY=5, e = 1.0。并对得到的共现网络进行聚类，获得该网络的 Modularity Q=0.8278 和Mean Silhouette=0.9319。关键词共现分析和术语共现分析可挖掘出研究热点和前沿以及术语随时间的发展变化。参考文献共被引分析可折射出虚拟仿真技术在建筑疏散领域的应用研究水平和发展方向，是探索热点课题和研究前沿的重要依据。

2 结果

关键词共现网络分析可见疏散与虚拟现实是最受学界关注的关键词（图1）。关键词共现频率分析显示出口选择是建筑疏散领域的长期研究热点[1]，基于虚拟现实技术的疏散演练是紧急状态下出口选择和建筑安全疏散行为研究的关键方法和有效工具。关键词出现情况表明研究近期热点方向集中在：（1）结合空间句法理论的疏散导航和疏散技能培训研究；（2）引入动态出口指示技术的出口选择研究；（3）疏散数据可视化以及眼动追踪技术[2]。

1 关键词共现网络

名词性术语共现分析得到目前该方向的术语发展呈现10 个类型的聚类，分别是室外疏散[3]、建筑疏散、人流[4]、紧急情况、建筑性能表现、火灾疏散、疏散行为、贝叶斯网络方法、移动网页虚拟现实搭建、自动采集（图2、3）。术语出现时间线谱显示研究成果涉及船舶疏散研究，前沿理论包括建筑与人互动、建筑疏散管理、精准疏散演练和疏散预测等方面（图3）。增强现实、沉浸式虚拟环境[5]等发展成为术语近期突变（图4）。

2 术语共现网络

3 文献术语时间线谱图

4 文献术语时间突变统计

参考文献共被引分析（图5、6）确定该方向研究6 个集群：（1）“室内地震”集群：虚拟仿真技术应用在地震疏散以及灾难紧急状态的研究[6]；（2）“出口选择”集群：虚拟仿真技术应用在出口选择时的人行为研究[7]；（3）“感知模型”集群：通过虚拟仿真技术补充疏散模型的感知模型；（4）“震后疏散”集群：利用虚拟仿真技术实现震后疏散技能训练[8]；（5）“文献回顾”集群：以文献回顾和综述为主的研究；（6）“居住者路线选择”集群：应用虚拟仿真技术的疏散路线选择研究。

5 参考文献共被引聚类网络

6 参考文献共被引时间图谱

3 结论

本文通过对虚拟仿真技术在建筑疏散领域的应用研究成果进行文献计量学与可视化分析，探究了该方向的研究现状热点及其发展历程，为相关领域后续研究提供理论依据。关键词共现分析、名词性术语分析和参考文献共被引分析结果显示当前相关国际高水平期刊研究成果主要关注地震疏散、疏散计划、疏散模型等方面，研究热点集中在空间句法、动态出口、眼动追踪技术等方向。增强现实、沉浸式虚拟环境、严肃游戏等前沿技术的不断发展和创新应用使虚拟仿真技术与建筑疏散的深入融合和交叉研究仍有较大潜力和发展空间。□