摘 要

本设计旨在通过该建筑防火虚拟仿真实验教学平台来模拟火灾发生的场景，使得建筑内部消防设施的设计者用一种更安全高效的途径来判断设计是否符合国家规范，在火灾来临时能否快速、有效地疏散建筑内的人员。

基于WebGL的建筑防火虚拟仿真实验教学平台的设计与实现主要由以下几个方面构成。一、建筑场景三维显示以及平台与用户的交互（将防火卷帘等工具放置到楼层的走廊上，以便自行设计建筑消防设施）；二、火灾扩散及烟气的弥漫过程的虚拟仿真；三、人员疏散速度及人员伤亡模拟（设计人员可由此判断自己的消防设施设计是否合理）。

本设计利用javascript语言和Three.js框架来搭建三维仿真模型，实现交互操作，且能够模拟火灾的蔓延和发展，烟雾弥漫和扩散速度以及人员疏散情况（即人员的逃生及死亡人数）。

关键词：WebGL、虚拟仿真、高层建筑消防、火灾疏散、实验教学

Abstract

The purpose of this design is to simulate the scene of fire through the virtual simulation experimental teaching platform of building fire prevention, so that the designers of fire fighting facilities inside the building can judge whether the design conforms to the national code or not in a safer and more efficient way and whether the people in the building can be evacuated quickly and effectively when the fire comes.
The design and implementation of building fire prevention virtual simulation experiment teaching platform based on WebGL is mainly composed of the following aspects. First, the three-dimensional display of the building scene and the interaction between the platform and the user (the fire shutter and other tools are placed on the corridor of the floor in order to design the building fire fighting facilities). Second, the virtual simulation of the process of fire diffusion and smoke diffusion; Third, the speed of evacuation and the simulation of casualties (from which the designer can judge whether the design of their fire fighting facilities is reasonable or not).
This design uses javascript language and Three.js framework to build a three-dimensional simulation model to achieve interactive operation, and can simulate the spread and development of fire, smoke diffusion speed and evacuation (that is, escape and death toll).

Key Words:WebGL, Virtual Simulation, Fire Control of High-rise Building, Fire evacuation, Experimental Teaching

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 建筑防火研究现状 2

1.2.2 虚拟实验教学平台研究现状 2

1.3 研究内容及目标 4

第2章 系统分析 5

2.1 需求分析 5

2.2 功能分析 5

第3章 相关技术与软件平台 7

3.1 WebGL概述 7

3.2 Three.js框架及其他框架 7

3.2.1 Three.js框架 7

3.2.2 其他WebGL框架 8

3.3 框架选择 9

第4章 系统设计 10

4.1 整体设计 10

4.1.1系统的模块划分 10

4.1.2 场景搭建 13

4.2 详细设计 13

4.2.1 交互操作设计 14

4.2.3 触发事件设计 14

4.2.4火灾及疏散模拟设计 15

第5章 系统实施 18

5.1 拖拽功能实现 18

5.2 火灾模拟及疏散功能实现 19

第6章 总结与展望 21

6.1设计结果总结 21

6.2问题与展望 22

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

研究背景及意义

高层建筑指的是八层以上同时超过二十四米的建筑。目前国内高达百米以上的超高层建筑数量在全球范围内名列前茅。根据最近几年的数据统计，国内高层建筑已经发生了上万起火灾。随之而来的是，高层建筑火灾致死比例也逐年攀升，其中八成火灾致死发生在高层住宅。由于高层与超高层建筑的高度远远超过消防用举高车以及消防水枪喷射高度，且消防员无法在保留充足救援体力的情况下负重攀爬超过20层，这就意味着，当高层建筑或超高层建筑突发火灾，利用高层建筑的消防设施逃生和自救对于楼内人员来说是重中之重。

对于国内的高层建筑，消防设计是建筑设计的必不可少的一部分，建筑设计师必须全面考虑高层建筑消防涉及到的各个因素，才能够设计带消防设施的高层建筑结构。因此，在建筑消防设计付诸实施以前，判断该建筑消防设计是否合理，在火灾发生时能否使得人员成功疏散显得尤为重要，但若用传统实验进行测试，虽然能够更加直观地观测火灾蔓延及烟气扩散情况，却存在局限性，例如实验对测试样品及模具有很大的破坏性，产生大量的燃烧废物和有毒气体等^[1]。

利用3D模型来对火灾进行虚拟仿真就不会出现这种情况。虚拟仿真技术来模拟火灾扩散及人员疏散不仅成本较低，可重复多次模拟演练，还可以用于评估建筑消防设计的安全性和适用性。建筑防火虚拟仿真虚拟实验教学平台是一种基于虚拟仿真技术的互动式教学平台。它能够给使用者提供一个自行设计建筑内部消防设施，且使用者可在设计完成后检验自己所设计得防火设施是否符合建筑防火规范。该实验平台提供了一个安全、有效、全面的有关建筑防火的设计及检测平台，同时可以使建筑防火设计的学习者在不浪费资源的情况下，对火灾蔓延过程、建筑消防设计以及人员疏散过程有一个更加深刻的理解。该平台也能起到宣传消防知识作用，对社会以及人民的生活产生积极影响。

关于虚拟仿真技术理论方面的改善，使得目前虚拟仿真结果与实际操作的结果已经十分相近，与此同时，随着现代科技的发展和越来越多人对虚拟仿真的研究，市面上出现了许多精确便捷的相关软件。因此，人们对于高层建筑内突发的火灾以及内部人员疏散过程的研究更加重视。