复杂建筑结构人员疏散的元胞自动机模拟研究

为研究复杂建筑结构下人员疏散特征,依据元胞自动机理论建立了多障碍物多出口条件下的疏散模型。该模型结合"静态场+动态场"理论能反映真实场景中的人员疏散过程。利用该模型分别对教室内不同人员密度和不同人员初始分布的疏散过程进行模拟,并重点分析走廊宽度、出口宽度和出口间距对人员疏散效率的影响。研究结果表明:人员疏散时间随着人员密度的增加而增加;并且合理的人员分布可提高出口的利用率及疏散效率。此外,人员疏散时间随走廊宽度的增加呈指数衰减趋势,房间的出口间距较出口宽度对疏散时间的影响更为显著。     

多出口场景下考虑动态出口选择的人员疏散

为使多出口场景下人员疏散情况与实际更吻合，基于元胞自动机(CA)建立考虑更换目标出口的动态出口选择模型。综合考虑行人到出口的距离和出口前的拥挤程度对其选择的影响；通过选择模糊度和出口保持率来模拟行人选择出口的犹豫和随机性；再根据疏散环境的变化计算各出口被选择概率，更新行人的目标出口。比较动态出口选择策略与静态出口选择策略的差异。结果表明：动态出口选择策略有低密度无效和高密度有效2个阶段，且在高密度下选择模糊度小更利于疏散。出口保持率的增加能否提高疏散效率与选择模糊度有关。出口区域半径的增加在一定程度上能降低疏散时间。与静态出口选择策略相比，该策略可以提高出口利用率，缓解各出口密度不平衡程度，提高疏散效率。     

烟雾场景下的人员疏散仿真研究

针对人员疏散时受烟雾扩散实时动态变化影响较大的问题,建立一种改进的元胞自动机模型,用于烟雾场景下的疏散仿真。首先,在动态参数模型基础上提出烟雾场景下疏散人员视野半径的变化规则,以描述烟雾环境变化对人员行为的影响;同时,建立区域从众行为的运动规则;然后,利用该模型对单双出口场景下的人员疏散过程进行数值模拟研究;最后,分析烟雾场景下视野变化、从众行为及出口宽度对于疏散的影响。研究表明:从众行为在部分情况下对疏散作用具有不确定性,引导员的存在可使疏散效率极大提高;视野范围的变化对疏散时间有一定影响,疏散人员数量较少时影响较大;增加出口宽度能够提高疏散效率,但当出口宽度达到一定程度时效果提升不明显。     

障碍物对人员疏散影响的分析

为了研究障碍物对人员疏散的影响,采用数值模拟的方法分析了不同障碍物布局和布置形式下的人员疏散过程。结果表明,障碍物位于出口中心线上时增加了疏散距离,降低人员疏散效率,人员密度越大,障碍物距离出口越近,疏散时间延滞越严重;障碍物位于出口边界线上时对人员疏散影响较小,障碍物与出口距离为0 m时,可以有效地提高疏散效率,减少疏散时间;障碍物纵向布置较有利于人员疏散,横向布置则较不利于人员疏散。     

单洞双线铁路隧道火灾人员疏散安全性分析

为了分析单洞双线铁路隧道火灾人员疏散安全性，基于单洞双线铁路隧道结构特点，分析不同火灾场景下人员疏散模式，利用火灾动力学模拟软件FDS，建立隧道火灾模型，分别研究火源位于车头和列车中部车厢内时可用安全疏散时间。利用Pathfinder软件，模拟人员折返路线与不同疏散口间距下人员疏散过程，分析必需安全疏散时间及其影响因素。研究结果表明:隧道发生火灾时，人员可用安全疏散时间与火源位置有关，必需安全疏散时间受疏散总人数、疏散口选择、疏散口间距等因素影响很大。在设计隧道疏散系统时，可通过减小疏散口间距和设置明显的疏散设施指示标识，减少人员疏散所用时间。     

中庭式建筑紧急情况下人员安全疏散性能研究

为研究公共建筑紧急情况下人员安全疏散性能,建立模拟中庭式建筑人员疏散的二维随机元胞自动机模型,在模型中考虑人员距出口的距离、出口吸引力、人员绕行、墙壁和障碍物的排斥力等因素;对局部人员疏散受限区域,引入局部吸引力增强疏导。以由9个房间和一个中庭构成的建筑为例,计算紧急情况下人员的安全疏散性能,考虑局部吸引力和不考虑局部吸引力的结果进行比较。研究表明:元胞自动机模型能较好地模拟中庭建筑的人员疏散,得到各时刻人员分布情况和平均疏散时间,能反映出疏散过程中的"瓶颈"效应;排斥力和局部吸引力为受限区域人员提供正确的方向,模拟了疏散人群避开障碍物的智慧行为。     

恐慌情绪和疏散行为交互影响的地铁站火灾疏散仿真方法

为提高地铁站火灾事故发生后的疏散效率,降低人员伤亡和财产损失,考虑到疏散过程中个体恐慌情绪的动态变化,基于元胞自动机模型分析恐慌情绪与疏散行为之间的交互影响,构建地铁站火灾疏散仿真模型,以双层岛式地铁站为例,讨论恐慌情绪对疏散效率和出口选择的影响。研究结果表明：恐慌情绪是人群疏散中的关键因素之一,轻度恐慌有助于缩短疏散时间,而过度恐慌会一定程度上减缓疏散效率;恐慌情绪对出口选择存在显著影响,恐慌人群在出口选择时表现出明显的从众行为。研究结果可为优化地铁站应急安全管理提供参考。     

基于元胞自动机的火源威胁下人员疏散模型*

为研究火源对人员疏散的影响，在现有场域模型的基础上进行扩展，结合元胞自动机提出1种考虑多出口吸引、人员从众行为与火源威胁3者耦合作用的场域疏散模型。此模型综合考虑心理和环境等因素，定量描述人员之间、人与环境之间的相互影响，将出口吸引、从众心理与火源威胁3个影响行人疏散决策的元素归一化，以静态场和动态场耦合作用确定的转移概率作为行人移动的准则。采用此模型，分别对火源位置、火源威胁范围扩散速度在疏散中的影响进行模拟研究。结果表明:模型在一定程度上能够反映火源威胁下行人的疏散过程，再现了行人躲避和趋众行为，能为火源威胁下行人疏散提供理论借鉴。     

受限空间人员疏散模型的博弈论分析

应用博弈论的方法,针对受限空间内逃生者疏散行为的特点,建立了一个基于博弈论的疏散模型,通过求解混合策略矩阵博弈均衡解,并根据每个逃生者与各个出口之间的距离进行修正,得到人群疏散过程中逃生者选择的混合策略(即每个出口被选择的概率)的表达式。基于博弈论的疏散模型能够更好的模拟疏散过程中人与人以及人与环境之间的相互影响。     

双出口疏散吸引区域模型建立与模拟分析

为研究建筑体内人员疏散的出口选择行为,提出基于元胞自动机的人员疏散模型。以学校常见的双出口教室为例进行研究,建立双出口疏散吸引区域模型,得出人员密度较低和较高时疏散吸引区域边界的函数表达式,指出人员密度较高时,边界函数基本满足边界到出口距离的平方之比等于出口的宽度之比;通过对出口宽度、人员数量和出口位置等参量进行仿真分析,充分验证了提出的双出口疏散吸引区域模型的合理性;研究结果有助于合理分配疏散人员,充分发挥建筑疏散的潜在能力。     

人群分区疏散优化算法研究

在疏散过程中,出口利用不均现象时有发生,距离最短路径并不一定是最快的路径。提出了大规模人群分区疏散优化算法,该算法以疏散时间最短为目标,综合考虑了人群分布、出口位置、出口宽度等因素,通过迭代计算,求解每个行人的最优出口选择,从而得到优化疏散分区结果。以具有多个出口的某大型步行商业街区疏散为例,利用经典的无后退有偏随机行走模型进行模拟计算,对是否采用优化分区的疏散时间进行了比较分析。结果表明:采用优化分区疏散时,部分人员放弃路径最短的疏散出口,而被导向选择宽度较宽和附近人员密度较低的出口,从而提高整体疏散效率。该算法解决了以距离最短为目标的疏散分区方式导致的出口利用不均和不充分的现象,有效提高了疏散效率,对于区域分区疏散策略的制定具有一定指导意义。     

紧急疏散路径选择行为的实验研究

通过可控的人群疏散实验来分析紧急情况下的人群疏散规律。实验选取了建筑物出口位置、出口宽度设置作为实验变量开展。主要关注的参数有疏散时间和疏散速度。疏散人群在实验中自行选择认为最合适的路线。实验结果指出,在紧急情况下出口的距离和宽度共同影响了疏散的整体效率和疏散过程中的拥挤程度。女性的疏散行为值得关注,并且行人在疏散过程中,是分阶段决策疏散路径的,在仿真模型中可通过局部路径规划算法实现。疏散场景的布局对疏散效率的提高有较大影响,单纯增加局部出口的宽度以及缩短疏散路径对于提高整体疏散效率帮助不大。本研究成果对疏散模型的改进以及建筑设计有一定的指导意义。     

考虑从众阈值和主体特征的人群疏散元胞自动机模型*

为研究从众行为对人群疏散效率的影响,建立考虑从众阈值和主体特征的人群疏散元胞自动机模型,通过引入从众阈值反映人群中不同个体的从众选择程度,耦合每个主体不同特征属性、不同人员认知能力导致的疏散从众选择差异,利用元胞自动机模拟人群运动状态及动态演化过程,探究从众行为对人群疏散过程的作用规律。结果表明:人群疏散中选择从众行为的人员比例与整体疏散效率存在对应关系,本模型原始工况下,当人群中约60%的人员做出从众选择时,疏散效率相对最优。     

基于遗传算法和场域模型的多障碍物房间人员疏散研究*

为提高多障碍物房间的人员疏散效率,利用场域元胞自动机模型并融合经典遗传算法,对2出口和4出口的多障碍物房间进行布局优化和疏散仿真研究。研究结果表明:利用遗传算法可快速寻找最优座椅布局,连排座椅设置在远离出口侧可有效减轻行人疏散时的拥堵程度;经过遗传算法优化后的座椅布局可协调疏散人群到达出口的时间,从而缓解出口通行压力,提高整体疏散效率,保障行人在大型多障碍物房间内的疏散安全。     

人因习惯心理对安全疏散的影响研究

针对人员习惯心理的影响因素及其对安全疏散的影响问题，提出一种综合考虑习惯心理和恐慌、从众心理影响下的人员出口选择计算方法。通过问卷调查和访谈，获得人员在熟悉环境中产生习惯心理的原因，采用Pathfinder软件模拟某高校学生食堂的安全疏散情况，得到习惯心理及恐慌、从众心理综合影响下安全疏散时间、出口使用效率以及人员个体疏散时间的差异。结果表明:“目的导向”是人员在熟悉环境中形成习惯心理的主要因素;在人员聚集程度大的方位设计宽度较大的出口，以及在人员习惯的行进方向设计建筑物的主要出口，可以有效提高建筑物紧急疏散的效率。     

公路隧道人员疏散时间计算模型及应用

为精确计算隧道人员疏散时间并为疏散通道合理设计提供理论依据,综合人员疏散距离、运动速度、隧道宽度、出口流量以及交通量等参数对人员疏散时间的影响,提出一种新型公路隧道人员疏散时间计算经验模型,全面考虑出口处发生交通堵塞的临界条件、堵塞开始时间及堵塞持续时间;基于该模型,以某水下隧道为例,分析隧道设置不同横向/竖向疏散通道时,隧道人员荷载密度、人员运动速度对人员疏散时间和出口堵塞状况的影响,提出横/竖向通道等效设置间距基本关系。结果表明:在隧道横/竖向通道不同疏散方式下,人员疏散时间受行走速度影响程度不同,而与人员荷载密度关系极大;同等条件下隧道横通道疏散能力明显大于竖向疏散通道。     

考虑人群动态分布的可变向应急疏散标识的影响研究

提出了一种可变向的应急疏散标识(EES),能够根据出口距离和人群分布动态改变指示方向,变化的方向利用离散选择模型确定。并对元胞自动机疏散模型进行了改进,使得模型能够模拟EES作用下的人群疏散过程,考虑到惯性效应对疏散行为和EES作用距离进行了修正。通过对双出口场景的疏散模拟,结果表明:变向EES可以有效地提高疏散效率,但前提是EES的数量和变向间隔满足一定条件,对于所研究场景,标识数量需大于2×2小于5×5;当人群密度较高时,随变向间隔增加疏散时间先减少再增加,需设置合适的变向间隔以免变向频繁造成疏散者的信息混乱,最佳变向间隔为300 s;变向EES具有分散人群拥堵的作用,能够减小惯性效应和从众行为的负面影响。     

安全疏散中人群拥挤踩踏现象的理论和模拟分析

为研究出口宽度对人群拥挤踩踏事故发生的影响程度,以某礼堂为例,建立基于排队论的安全疏散模型,理论分析并数值模拟了出口宽度为2m和4m对人员疏散的影响。研究表明,在发生火灾进行人员安全疏散过程中,当平均服务率大于等于平均到达率时,人群疏散有序,疏散效率较高;然而当平均服务率小于平均到达率时,使得人流不畅,出口过于拥堵。并且理论计算和数值模拟获得的选取适当出口宽度结果一致。对于大型场馆的出口设计具有一定的参考价值。     

紧急疏散下的引导员设置与仿真模拟

为研究公共场所内引导员的设置对紧急疏散及逃生效率的影响,进行了3种工况的紧急疏散仿真模拟研究。基于分区疏散理念进行疏散区域的划分和引导员位置的设置,运用Building Exodus软件对3种工况下的人员紧急疏散情况进行仿真模拟,3种工况为无引导员、基于最短路径原则而设置引导员、综合考虑出口通行能力和最短路径原则而设置引导员。计算3种工况下的待疏散人员逃生效率及逃生时间,并进行对比分析。结果表明:综合考虑出口通行能力和最短路径原则设置引导员的工况,其出口利用率及逃生效率均最高,逃生效率的最佳工效统计(OPS)为0.087;基于最短路径原则设置引导员的工况位居其次,由于没有合理利用出口,导致所使用的逃生时间和无引导员工况的逃生时间相近,最佳工效统计(OPS)为0.417;无引导员工况的最佳工效统计(OPS)为0.443。仿真模拟研究结果表明,在公共场所紧急疏散时,按综合考虑出口通行能力和最短路径原则设置引导员,可提高人员疏散效率和出口利用率,同时减少人员疏散时间。     

疏散人员路径选择行为多人在线式虚拟试验研究

在紧急状况下人员疏散特征难以通过日常观测获取，而开展真人现场疏散试验难以确保参与者的人身安全。因此，构建包括绘图、运动、通信模块的多人在线式虚拟疏散试验平台，组织真人在线参与疏散试验，从路径选择行为和运动特征两方面与真人现场试验进行对比，结果表明该平台可以重现真实人员疏散过程中的疏散动力学规律。进一步设计并组织可控真人在线疏散试验，研究影响疏散人员路径选择行为的相关因素，结果表明：在高压力环境下人员冲突强度较高，但随着知晓出口位置的人员比例增加而降低；人员的路径选择与其视野内其他人员的运动方向呈正相关关系，且高压力环境下人群的路径选择情况更加一致。