CN109830165A - 组合式城市灾害模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式城市灾害模拟实验装置，包括实体模型、灾害模拟装置、灾害信息采集装置、透明展示柜，所述实体模型包括支撑组件、若干城市功能组件和若干河流组件，所述支撑组件由若干沿集水箱纵横均匀排布的支柱和水平搭设在相邻支柱上的支梁组成，支柱与支梁间可拆卸连接；所述城市功能组件包括城市底座和布置在城市底座底部的集水槽，在城市底座上设有与集水槽连通的通孔，城市底座搭设在横纵相接布置的支梁上，集水槽与集水箱顶部连通；所述河流组件包括河流底座，在河流底座上沿其纵向布置有一水槽，河流底座搭设在相邻横向布置或纵向布置的支梁上。本发明可快速搭建不同的实体模型，对城市不同的结构、功能分区有较好的还原效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合式城市灾害模拟实验装置。
背景技术
针对特定空间内的灾害事故，若采用全尺寸的实体模型进行实验研究，则存在一定的困难，而采用一定比例的模型试验模型来开展研究是一种必要、科学、经济而又切实可行的手段，现有的国内外大多数的模型实验***平台都是基于尺度模拟技术，结合特定的需求而设计研制的。同时，随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，灾害发生频率越来越高，严重度越来越强，特别是当重大灾害发生时，通常会伴随产生其他种类的次生衍生灾害，造成人员伤亡、经济损失，对社会带来巨大的破坏。因此模拟城市常发灾害的发生过程，探究灾害的演化行为，以便了解灾害的发生机理，进而提升灾害预防能力，降低灾害的危害程度。
通过调研发现，授权公告号为CN100463015C的中国专利公开了一种地铁灾害事故模拟实验平台，包括地铁实验实体模型以及布设在该实体模型中的火源***、通风排烟***、火灾探测报警***、实验测量采集***和数据分析***；其中：地铁实验实体模型为模拟地铁结构的1:5大比例尺模型，用于模拟灾害事故发生的三维限定空间；火源***用于产生火灾热烟气以模拟不同火灾场景；通风排烟***用于模拟地铁正常模式和灾害模式下的通风和排烟；火灾探测报警***用于进行地铁模型内部火灾的自动识别与报警；实验测量采集***用于地铁灾害事故模拟实验中的数据测量、采集和处理；数据分析***用于进行实验数据的对比、分析、验证以及事故后果的预测评估；所述地铁实验实体模型是依据实际地铁的建筑结构采用相似性理论分析而建立的多层建筑结构，包含有车站隧道、站台、站厅、设备房等，车站隧道、站台、站厅均采用模块化设计，可根据需要对模型进行拆卸和组合；所述火源***包括燃气燃烧器、热烟发生箱和火源***控制器，其火源功率和发烟量可以调节，以产生不同的火灾功率增长曲线，实验中采用的具体功率增长曲线依据地铁原有设计和模型相似比例分析而确定。
该平台虽然在一定程度上解决了城市轨道交通灾害事故难以开展现场实验研究的难题，并且可实现地下、深埋、高架、岛式、侧式、中厅等不同车站结构地铁的灾害事故的三维实验模拟。但却存在普适性较低的问题，该发明主要针对地铁站内的火灾、毒气扩散等事故的发生和发展的控制机理，从而对其他区域及其他灾害的普适性较低，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种可根据用户需要自由组合形成不同地理模型的组合式城市灾害模拟实验装置。
本发明提供的这种组合式城市灾害模拟实验装置，包括实体模型和作用于该实体模型上的灾害模拟装置，还包括灾害数据采集装置、用于展示常发灾害在实体模型上发生及发展过程的透明展示柜，
所述灾害模拟装置包括振动台、集水箱、电子风墙、顶板、干冰喷雾器、水泵、电动给水调节阀、电子排水阀、城区模拟灯、火焰模拟灯和音响，其中，振动台水平布置在透明展示柜内；集水箱布置在振动台上；电子风墙由通风板和若干布置在通风板后的风扇组成，通风板布置在透明展示柜内部后侧面上，在通风板上呈阵列式分布有若干前后贯通的通风口；顶板布置在透明展示柜的内顶面上并位于集水箱正上方，在顶板上面向集水箱均布有若干滴灌管及喷雾管；干冰喷雾器安装在顶板上面并与各喷雾管连通；水泵安装在透明展示柜内，其吸入口与集水箱底部连通、排出口与滴灌管连通；
所述实体模型包括支撑组件、若干城市功能组件和若干河流组件，所述支撑组件包括若干支柱、支梁和支撑框，支撑框布置在集水箱的边缘上，支柱布置在支撑框内侧的集水箱上，各支柱沿集水箱的纵向及横向均匀排布，支梁水平搭设在相邻布置的支撑框与支柱、支柱与支柱上，支梁与支撑框间、支梁与支柱间可拆卸连接；所述城市功能组件包括城市底座和布置在城市底座底部的集水槽，在城市底座上设有与集水槽连通的通孔，城市底座搭设在横纵相接布置的支梁上，集水槽与集水箱顶部连通；所述河流组件包括河流底座，在河流底座上沿其纵向布置有一水槽，河流底座搭设在相邻横向布置或纵向布置的支梁上；
灾害数据采集装置包括数字风速仪、二氧化碳检测仪、液位传感器和振动检测仪；
集水箱内的水通过水泵由滴灌管向集水箱上的实体模型喷出，用于模拟暴雨灾害；
干冰喷雾器内的干冰通过喷雾管向集水箱上的实体模型喷出CO2雾，用于模拟雾霾灾害；
风扇通过通风板向集水箱上的实体模型吹风，用于模拟强风灾害；
振动台启动带动集水箱上的实体模型震动，用于模拟地震灾害；
电动给水调节阀和电子排水阀分别设在水槽两端，电动给水调节阀与水泵排出口连通，集水箱内的水通过水泵由电动给水调节阀向水槽内排放，用于模拟河流上游水流入河流底座的过程；电子排水阀与集水箱顶部连通，电子排水阀的排水量小于电动给水调节阀的放水量和/或滴灌管的喷水量，用于模拟洪涝灾害；
城区模拟灯、火焰模拟灯和音响设置在城市底座上，分别用于模拟城市活跃程度、火灾及***灾害中的火焰和***声；
数字风速仪、二氧化碳检测仪和振动检测仪均安装在城市底座上，分别用于判断是否造成强风灾害、雾霾灾害和地震灾害；
液位传感器安装在水槽内，用于测定河流底座中的水位值。
为便于观察振动台的震动幅度，所述透明展示柜包括底座和布置在底座上的方形透明柜体，振动台水平安装在方形透明柜体内侧底部，通风板竖直安装在方形透明柜体的内后侧面上，顶板水平安装在方形透明柜体的内顶面上。
为便于方形透明柜体内水分的挥发以及干冰蒸汽的保存，在方形透明柜体侧面铰接有可向上翻转打开的玻璃翻转门。
为实现模拟灾害发生时城市内部轨道交通的变化情况，所述实体模型还包括轻轨组件，轻轨组件由轻轨支柱、安装在轻轨支柱上的轨道和滑动安装在轨道上的遥控火车组成，轻轨支柱布置在城市底座和河流底座上。
在各城市底座和河流底座的边缘均对应设有便于轻轨支柱插装的插孔，轨道通过轻轨支柱架设在城市底座和河流底座上方。为防止在城市底座在布置过程中与轻轨支柱发生冲突。
所述实体模型还包括道路组件和绿化带，道路组件由道路和设置在道路上的车辆和交通灯组成，道路和绿化带分别布置在城市底座和河流底座、城市底座和城市底座之间。为使整个实验平台更加饱满，实现灾害发生时城市内部交通路网变化的模拟。
所述灾害模拟装置还包括设置在城市底座上的城区模拟灯、火焰模拟灯和音响，城区模拟灯、火焰模拟灯和音响分别用于模拟城市活跃程度、火灾及***灾害中的火焰和***声。
所述河流组件还包括架设在河流底座上的桥梁。
所述城市功能组件还包括若干插装在通孔内的建筑物模型。
所述城市功能组件还包括若干插装在通孔内的山地模型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过可拆卸连接的支梁和支架形成可自由组合的支撑组件，将不同数量的城市底座和河流底座放置在支梁上，形成不同格局的实体模型，从而适应不同城市的规划建设，便于对不同的城市功能分区进行研究，从而达到方便快捷、直观形象的效果。
2、火灾及***等灾害的模拟中主要依光、声等信号指标，既更能贴近灾害的表现形式，又可极大的节约能源，从而实现绿色低碳、环境友好的目标。
3、本发明在模拟灾害时采用水和C02等环境友好、价格低廉的实验材料，进而试验结束后不需要额外的处理实验废弃物。
本发明可快速搭建不同的实体模型，对城市不同的结构、功能分区有较好的还原效果，能够对城市内部多种较为常发的灾害进行直观的模拟展示，探究灾害的演化行为，以便了解灾害的发生机理，进而提升灾害预防能力，降低灾害的危害程度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中透明展示柜的结构示意图。
图3为本发明中灾害模拟装置安装在透明展示柜中的结构示意图。
图4为本发明中实体模型的***结构示意图。
图5为本发明中城市功能组件的结构示意图。
图6为本发明中河流组件的结构示意图。
图7为本发明中道路组件的结构示意图。
图8为本发明中绿化带的结构示意图。
图中示出的标记及所对应的构件名称为：
1、透明展示柜；11、底座；12、方形透明柜体；13、玻璃翻转门；
2、灾害模拟装置；201、振动台；202、集水箱；203、通风板；204、顶板；205、干冰喷雾器；206、水泵；207、电动给水调节阀；208、电子排水阀；209、城区模拟灯；210、火焰模拟灯；211、音响；2031、通风口；2041、滴灌管；2042、喷雾管；
3、实体模型；31、支撑组件；32、城市功能组件；33、河流组件；34、轻轨组件；35、道路组件；36、绿化带；311、支柱；312、支梁；313、支撑框；321、城市底座；322、集水槽；323、通孔；324、插孔；325、建筑物模型；326、山地模型；327、模型固定塞；331、河流底座；332、桥梁；341、轻轨支柱；342、轨道；343、遥控火车；351、道路；352、车辆；353、交通灯；3311、水槽；
4、灾害数据采集装置；41、数字风速仪；42、二氧化碳检测仪；43、液位传感器；44、振动检测仪。
具体实施方式
从图1可以看出，本发明这种组合式城市灾害模拟实验装置，包括透明展示柜1、灾害模拟装置2、实体模型3和灾害数据采集装置4，其中，透明展示柜1分别用于展示常发灾害在实体模型3上发生及发展过程，灾害模拟装置2用于在实体模型3上进行常发灾害的发生过程，实体模型3用于组合形成不同布局的受灾区域，灾害数据采集装置4用于灾害相关信息的获取以。
从图2可以看出，本发明的透明展示柜1包括底座11和方形透明柜体12，方形透明柜体12布置在底座11上，在方形透明柜体12侧面铰接有可向上翻转打开的玻璃翻转门13，玻璃翻转门13至少有三个并分别位于方形透明柜体12的前侧面、左侧面和右侧面上。
从图3可以看出，本发明的灾害模拟装置2包括振动台201、集水箱202、电子风墙、顶板204、干冰喷雾器205和水泵206，电子风墙由通风板203和若干布置在通风板203后部的风扇组成，在通风板203上呈阵列式分布有若干前后贯通的通风口2031，其中，
振动台201水平安装在方形透明柜体12内侧底部；集水箱202布置在振动台201上；通风板203竖直安装在方形透明柜体12内部后侧面上；顶板204水平安装在方形透明柜体12的内顶面上，顶板204位于集水箱202正上方，在顶板204上面向集水箱202均布有若干滴灌管2041及喷雾管2042；干冰喷雾器205安装在顶板204上面并与各喷雾管2042连通；水泵206安装在方形透明柜体12内，其吸入口与集水箱202底部连通、排出口与滴灌管2041连通。
从图4至图6可以看出，本发明的实体模型3包括支撑组件31、若干城市功能组件32和若干河流组件33，其中，
支撑组件31包括若干支柱311、若干支梁312和支撑框313，支撑框313布置在集水箱202上并沿集水箱202的边缘布置，支柱311布置在支撑框313内侧的集水箱202上，各支柱311沿集水箱202的纵向及横向均匀排布，支梁312水平搭设在相邻布置的支撑框313与支柱311、支柱311与支柱311上，支梁312与支撑框313之间、支梁312与支柱311之间均采用可拆卸连接；
城市功能组件32包括城市底座321、布置在城市底座321底部的集水槽322、若干建筑物模型325和山地模型326，在城市底座321上设有与集水槽322连通的通孔323，通孔323在城市底座321上呈网格状布置，城市底座321搭设在横纵相接布置的支梁312上，集水槽322底部通过联通皮管与集水箱202顶部连通，建筑物模型325和山地模型326通过下部设置的模型固定塞327插装在通孔323上；
河流组件33包括河流底座331和桥梁332，在河流底座331上沿其纵向布置有一水槽3311，河流底座331搭设在相邻横向布置或纵向布置的支梁212上，桥梁332沿河流底座331的横向架设在河流底座331上。
从图4还可以看出，本发明的灾害模拟装置2包括电动给水调节阀207、电子排水阀208、城区模拟灯209、火焰模拟灯210和音响211，灾害数据采集装置4包括数字风速仪41、二氧化碳检测仪42、液位传感器43和振动检测仪44，其中，电动给水调节阀207和电子排水阀208分别设在水槽3311两端，电动给水调节阀207与水泵206的排出口连通，电子排水阀208与集水箱顶部连通；城区模拟灯209、火焰模拟灯210、音响211、数字风速仪41、二氧化碳检测仪42和振动检测仪44均安装在城市底座321上，液位传感器43安装在水槽3311内。
本发明的灾害模拟过程如下：
1、集水箱202内的水通过水泵206由滴灌管2041向集水箱202上的实体模型3喷出，通过控制水泵206的抽水功率来模拟暴雨的严重程度，用于模拟暴雨灾害；
2、干冰喷雾器205采用深圳市太平洋仪器设备有限公司生产的型号为CO2Vapor的CO2干冰喷雾器，启动时，干冰喷雾器205内的干冰通过喷雾管2042向集水箱202上的实体模型3喷出CO2雾，用于模拟雾霾灾害；
3、风扇通过通风板203向集水箱202上的实体模型3吹风，用于模拟强风灾害；
4、振动台201采用220V混凝土振动平台砼震动台小型实验测试平台试块平板振动器，振动台201启动带动集水箱202上的实体模型3震动，用于模拟不同等级的地震灾害；
5、集水箱202内的水通过水泵206由电动给水调节阀207向水槽3311内排放，用于模拟河流上游水流入河流底座的过程；
6、电子排水阀208的排水量小于电动给水调节阀207的放水量和/或滴灌管的2041喷水量，用于模拟洪涝灾害；
7、城区模拟灯209、火焰模拟灯210和音响211分别用于模拟城市活跃程度、火灾及***灾害中的火焰和***声；
8、数字风速仪41采用QDF—6型数字风速仪，用于确定当前的风速情况，判断是否构成强风灾害；
9、二氧化碳检测仪42采用MOT300-CO2-IR红外二氧化碳检测仪，用于判断当前的雾霾情况是否构成雾霾成灾；
10、振动检测仪44采用Fluke 802CN测振仪，用于测定地震灾害中的震动幅度，研判是否需要对当前震灾采取应急措施；
11、液位传感器43采用FL-CP100导向脉冲式液位传感器，用于测定河流底座331中的水位值。
从图1和图4可以看出，本发明的实体模型3还包括轻轨组件34，该轻轨组件34由轻轨支柱341、安装在轻轨支柱上的轨道342和滑动安装在轨道上的遥控火车343组成，在各城市底座321和河流底座331的边缘均对应设有便于轻轨支柱插装的插孔324，轻轨支柱341插装在插孔324内，轨道342通过轻轨支柱341架设在城市底座321和河流底座331上方。
从图7和图8可以看出，本发明的实体模型3还包括道路组件35和绿化带36，道路组件35由道路351和设置在道路351上的车辆352和交通灯353组成，道路351和绿化带36通过粘贴的方式布置在城市底座321和河流底座331、城市底座321和城市底座321之间的边缘地带。
在本发明中，各建筑物模型325的大小、形状及颜色各不相同，城市功能组件32通过插装在通孔323上的各种建筑物模型325划分为相应的住宅区域、工业区域、商业区域、文化娱乐区域、科技教育区域、政治行政区域；各山地模型326的大小、形状及颜色各不相同，城市功能组件32通过插装在通孔323上的各种山地模型326形成相应的林地区域。
Claims (9)
1.一种组合式城市灾害模拟实验装置，包括实体模型(3)和作用于该实体模型上的灾害模拟装置(2)，其特征在于：还包括灾害数据采集装置(4)、用于展示常发灾害在实体模型上发生及发展过程的透明展示柜(1)，
所述灾害模拟装置包括振动台(201)、集水箱(202)、电子风墙、顶板(204)、干冰喷雾器(205)、水泵(206)、电动给水调节阀(207)、电子排水阀(208)、城区模拟灯(209)、火焰模拟灯(210)和音响(211)，其中，振动台水平布置在透明展示柜内；集水箱布置在振动台上；电子风墙由通风板(203)和若干布置在通风板后的风扇组成，通风板布置在透明展示柜内部后侧面上，在通风板上呈阵列式分布有若干前后贯通的通风口(2031)；顶板布置在透明展示柜的内顶面上并位于集水箱正上方，在顶板上面向集水箱均布有若干滴灌管(2041)及喷雾管(2042)；干冰喷雾器安装在顶板上面并与各喷雾管连通；水泵安装在透明展示柜内，其吸入口与集水箱底部连通、排出口与滴灌管连通；
所述实体模型包括支撑组件(31)、若干城市功能组件(32)和若干河流组件(33)，所述支撑组件包括若干支柱(311)、支梁(312)和支撑框(313)，支撑框布置在集水箱的边缘上，支柱布置在支撑框内侧的集水箱上，各支柱沿集水箱的纵向及横向均匀排布，支梁水平搭设在相邻布置的支撑框与支柱、支柱与支柱上，支梁与支撑框间、支梁与支柱间可拆卸连接；
所述城市功能组件包括城市底座(321)和布置在城市底座底部的集水槽(322)，在城市底座上设有与集水槽连通的通孔(323)，城市底座搭设在横纵相接布置的支梁上，集水槽与集水箱顶部连通；所述河流组件包括河流底座(331)，在河流底座上沿其纵向布置有一水槽(3311)，河流底座搭设在相邻横向布置或纵向布置的支梁上；
灾害数据采集装置包括数字风速仪(41)、二氧化碳检测仪(42)、液位传感器(43)和振动检测仪(44)；
集水箱内的水通过水泵由滴灌管向集水箱上的实体模型喷出，用于模拟暴雨灾害；
干冰喷雾器内的干冰通过喷雾管向集水箱上的实体模型喷出CO2雾，用于模拟雾霾灾害；
风扇通过通风板向集水箱上的实体模型吹风，用于模拟强风灾害；
振动台启动带动集水箱上的实体模型震动，用于模拟地震灾害；
电动给水调节阀和电子排水阀分别设在水槽两端，电动给水调节阀与水泵排出口连通，集水箱内的水通过水泵由电动给水调节阀向水槽内排放，用于模拟河流上游水流入河流底座的过程；电子排水阀与集水箱顶部连通，电子排水阀的排水量小于电动给水调节阀的放水量和/或滴灌管的喷水量，用于模拟洪涝灾害；
城区模拟灯、火焰模拟灯和音响设置在城市底座上，分别用于模拟城市活跃程度、火灾及***灾害中的火焰和***声；
数字风速仪、二氧化碳检测仪和振动检测仪均安装在城市底座上，分别用于判断是否造成强风灾害、雾霾灾害和地震灾害；
液位传感器安装在水槽内，用于测定河流底座中的水位值。
2.根据权利要求1所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：所述透明展示柜包括底座(11)和布置在底座上的方形透明柜体(12)，振动台水平安装在方形透明柜体内侧底部，通风板竖直安装在方形透明柜体的内后侧面上，顶板水平安装在方形透明柜体的内顶面上。
3.根据权利要求2所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：在方形透明柜体侧面铰接有可向上翻转打开的玻璃翻转门(13)。
4.根据权利要求1所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：所述实体模型还包括轻轨组件(34)，轻轨组件由轻轨支柱(341)、安装在轻轨支柱上的轨道(342)和滑动安装在轨道上的遥控火车(343)组成，轻轨支柱布置在城市底座和河流底座上。
5.根据权利要求4所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：在各城市底座和河流底座的边缘均对应设有便于轻轨支柱插装的插孔(324)，轨道通过轻轨支柱架设在城市底座和河流底座上方。
6.根据权利要求1所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：所述实体模型还包括道路组件(35)和绿化带(36)，道路组件由道路(351)和设置在道路上的车辆(352)和交通灯(352)组成，道路和绿化带分别布置在城市底座和河流底座、城市底座和城市底座之间。
7.根据权利要求1所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：所述河流组件还包括架设在河流底座上的桥梁(332)。
8.根据权利要求1所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：所述城市功能组件还包括若干插装在通孔内的建筑物模型。
9.根据权利要求1所述的组合式城市灾害模拟实验装置，其特征在于：所述城市功能组件还包括若干插装在通孔内的山体模型。
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