基于情景构建的危化品事故应急疏散模拟研究

为有效控制危化品企业的事故风险,预防重大火灾爆炸事故发生,以天津港"8·12"特别重大火灾爆炸事故为例,建立贝叶斯与元胞自动机(CA)耦合模型,模拟重建事故情景,分析事故各演变环节,探寻事故演化规律,找到该类危化品港口储存行业潜在事故隐患。依据蚁群算法(ACO)建立应急疏散模型,在Matlab平台上模拟仿真受灾最严重小区的居民疏散情况,找到最佳疏散路径,计算得出将周边居民、相关人员疏散到安全区域的响应时间点。结果表明:依据计算机模拟仿真结果规划应急疏散路径,能够提高应急疏散的效率,减少事故的影响。     

人员疏散的二维元胞自动机随机模型研究

用自主研发的二维元胞自动机(CA)随机模型模拟人员疏散过程,不仅给出了疏散时间,还可观察到疏散过程中的一些典型现象,如门口集结或堵塞.进一步分析了初始人员密度对疏散的影响,结果表明,人员初始密度越大,疏散过程中的出口平均流量越低,即疏散效率越低.在基本模型的基础上,建立了人员疏散二维元胞自动机扩展模型,用以模拟人员倒地行为对疏散过程的影响.结果表明,人员倒地数目增加,疏散时间成非线性增加;若某条疏散路径上有人员倒地,其后续人员可能"舍近求远",改变疏散路径的过程导致疏散时间增加.模型着眼于模拟人的行为细节,从而为以后的细致研究打下了基础.     

输油管道泄漏火灾爆炸事故演化及应急疏散分析

为预防控制输油管道泄漏火灾爆炸事故风险,采用贝叶斯网络(BN)方法,将火灾爆炸演化过程分为初始原因、事故发生、发展演化、事故消失等4个阶段。以青岛"11·22"中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故为分析实例,找出事故发生过程中脆弱性最大的风险节点。引入Matlab蚁群算法(ACO),在综合考虑人员数量、所困位置、拥挤程度、周围的建筑设施影响程度、逃生方向等因素情况下,模拟计算并优化疏散路径,最终得出完成全部人员疏散的时间。研究结果证明,Matlab ACO可被运用于输油管道泄漏火灾爆炸事故人员应急疏散。     

行李携带人员疏散元胞自动机模型研究

为研究紧急情况下行李对人员疏散的影响,模拟人员在行李携带时的疏散过程,建立一种基于社会力(SF)的行李携带的人员疏散元胞自动机(CA)改进模型。该模型主要研究人员疏散过程中行李对元胞在逃生速率、与人员的相对位置、移动的相关性、空间占有等方面的影响。对于元胞的驱动作用,模型引入疏散口的吸引力、人与人间排斥力、以及人与障碍物间排斥力3种社会力,并借鉴电磁力的作用模式,建立以上3种社会力的数学表达式。以某火车站候车室为例,对不同行李携带人员比例、不同人员荷载及不同人员行进速度情况下的人员疏散情景进行模拟。结果表明:当人员荷载及人员行进速度不变时,疏散时间随行李携带人员比例的增大而增大,行李携带人员比例的增大,会使人员行进速度减小,进而会增大整体人员的疏散时间。     

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。     

基于元胞自动机的复杂建筑物中人员逃生模型研究

针对复杂建筑物中人群安全疏散问题,在原有的元胞自动机行人流模型基础上,利用不同人员行进速度、不同方向行进速度的差异以及疏散连续性等特征优化该模型,使其在模拟逃生规律和疏散时间方面更加合理、可靠。通过多组人群行进速度测定试验,利用曲线拟合方法,获取不同属性人群向不同高度的台阶行进的速度,并制定台阶等级划分规则,优化人员速度计算方法,结合累积位移量,构建复杂建筑元胞自动机模型。利用Matlab软件建立原有疏散模型及复杂建筑元胞自动机模型,分别模拟某海豚表演馆疏散情况。结果表明,复杂建筑元胞自动机模型的模拟数据与实际演习数据相比,在疏散总时间方面存在5%~8%相对偏差,相比原有疏散模型,在模拟复杂建筑疏散问题中更具说服力。     

考虑抢行行为的恐慌状态人员疏散研究*

为研究恐慌状态下人员抢行行为对整体疏散效果的影响,建立考虑抢行行为的恐慌状态人员疏散元胞自动机模型,基于恐慌情绪算法将人员分为恐慌者和非恐慌者,通过改变恐慌者抢行概率体现抢行行为,并模拟仿真分析初始人员密度、恐慌情绪转化、抢行概率对人员疏散影响,对疏散过程中特殊现象进行分析。研究结果表明:人员密度适中时,抢行行为能够减少恐慌者数量,加快恐慌者转换进程,疏散时间随抢行概率增加而减小,疏散过程中存在恐慌聚集和两端疏散现象。研究结果可为突发事件下人员紧急疏散提供理论支持。     

人员位置固定的公共场所分区疏散研究

通过将分区疏散转化为分配问题(Allocation Problem),并采用启发式的A*优化算法,对人员位置固定的公共场所分区疏散进行研究。进一步利用基于元胞自动机模型的大型公共场所人员疏散行为模拟仿真系统,在充分考虑公共场所中每个人员的状态、人员之间以及人员与周围环境的相互作用的前提下,对疏散分区的效果进行模拟;通过与未分区的模拟结果相比较,可以认为,分区疏散有助于人员快速疏散,大大缩短整体避难时间,而且基于移动路径搜索的分区更加切合实际。     

大型公园密集人群应急疏散的模拟和对策研究

利用基于元胞自动机的计算机模拟技术对某大型公园人员疏散进行了案例研究.通过调研分析了该公园的客流量及游客游览特征,结合人员疏散软件对公园进行建模,构成了疏散的拓扑结构,利用此模型对人员紧急情况下的疏散过程进行了模拟,得到了疏散速率随时间变化规律.综合考虑公园出口的游客使用情况、人员流量及游客游览特征等的影响因素,模拟了疏散出口的熟悉度、人员容量和分区疏散3种情况下的人员疏散过程,获得了不同条件下的人员疏散状态,找到了人员疏散影响因素.     

紧急情况下火车站候车室人员疏散模拟研究

正近年来多次发生的公共场所人群踩踏事件,让人触目惊心,公共安全问题已成为当今社会的热点问题。火车站候车室作为相对封闭的公共场所,当发生危及人们生命财产安全的紧急事件时,如何安全疏散其内人员显得尤为重要。近些年关于人员疏散的模拟软件越来越成熟。模拟软件主要分为离散模型(元胞自动机模型)、连续性模型(agent-based模型)两     

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。     

磁悬浮车辆中人员紧急疏散的仿真研究

为了对研制的八达岭低速磁浮试验列车人员疏散安全性进行评估,考虑从磁浮车辆的空间布局和人员紧急疏散的特点,在现有的元胞自动机模型和行人流模型基础上,通过人员动态调整自身速度、动态修正人员行为等技术,建立了一种基于车辆环境约束以及人员行为特性的元胞自动机模型。该模型具有人员速度可变、能以自组织现象修正人员行为的特点,经过比较验证,模型的仿真过程更加接近真实情况,仿真结果与一般经验公式得到结果相吻合。以我国正在研制的八达岭低速磁浮试验列车为仿真对象,对车辆布局对其人员的安全疏散的影响进行了计算机仿真和分析,找出了影响人员疏散效率和时间的关键因素,为设计改进提供了依据。     

不同房间结构下人员疏散的CA模拟研究

采用元胞自动机模型分别对不同房间结构中的人员疏散进行了模拟,重点研究了人员密度和出口条件对疏散时间的影响.结果表明,疏散时间随着人员密度线形增加;根据建筑结构的不同,采用多出口对疏散时间有不同程度的减少.该模拟结果对于出口的设计和人员的安全疏散具有一定的指导意义.     

基于信息传播系统的人员疏散模型探讨

笔者提出了紧急疏散中狭义和广义信息传播原理,并在此基础上建立了一种基于信息传播系统的人员疏散计算机模型。狭义信息,即能被人员本身接受和作出反应可感知的信号,它的产生和传递对疏散过程有直观而显著的影响。而广义信息则是其进一步延伸,包括了疏散过程中各种具体行为和作用结果。为了更全面地模拟和再现疏散过程中人员行为,使用的模型引入了狭义的信息传播原理。该模型由4个子系统构成,即人员模型、信号模型、建筑模型和特殊场景模型,较为充分地考虑了火灾疏散中的关键因素。运用该模型不但可以对疏散中的人员特殊行为进行理论研究,而且可以为实际工程(如地铁站、体育场馆、教学楼、医院等高风险场所)进行疏散安全论证提供帮助。     

考虑优先权的人群安全疏散动态模型

为制定合理、高效的应急状况下建筑物内人群疏散方案,考虑拥堵对人流速度的影响及疏散中不同人员特点,对建筑物内人群疏散动态实时分配问题进行研究。首先,采用元胞传输理论将建筑物内复杂的结构转化为元胞—连接桥路网模型,进而以最短疏散时间为目标函数、元胞流量守恒和流量传播为约束条件建立线性优化模型。通过对模型的求解可以得到不同优先级人员的网络清空时间、各路段实时人员数量及路径选择最优方案。案例分析结果表明,疏散过程中人员的优先级差异以及拥堵的发生均会影响不同人员的网络清空时间,因此,针对建筑物内人群疏散进行建模时,应考虑以上因素。     

深埋地下空间电梯楼梯协同疏散的仿真实验研究

为研究灾害中如何有效疏散人员的问题，依托重庆沙坪坝综合交通枢纽工程，通过pathfinder软件对沙坪坝综合交通枢纽地下空间人员疏散进行仿真模拟，研究电梯楼梯协同疏散在人员密集地下空间建筑疏散的可行性。结果表明:电梯楼梯协同疏散相对于传统楼梯疏散具有更大的优势，疏散时间相比传统疏散方式减少了约一半。     

基于元胞自动机的人员疏散出口选择博弈模型

为提高人员出口选择行为的疏散效率，针对紧急情况下多出口房间的人员疏散过程，提出了一种结合博弈论方法和元胞自动机模型的出口选择优化模型。该模型基于博弈论中的最佳反应动力学概念，考虑了疏散人员之间的相互影响，其中每个人员通过对其他人的选择策略做出最佳响应。分析了影响人员出口选择行为的关键因素，包括人员的耐心坚定程度、出口可见性和出口熟悉度、出口布局以及最佳出口间距等。并将此模型与模拟软件Pathfinder的进行对比，验证了其高效性。结果表明，低耐心程度会导致人员犹豫徘徊行为，不利于疏散。对于单出口选择情况，出口位置分布在墙壁中间时人员疏散效率最高。对于多出口选择情况，当两个出口位于同一墙壁时，出口的最佳间距应设为所处墙壁长度的0.5倍。而位于不同墙壁时，出口对称设计下的人员疏散选择时间最短。     

智慧城市背景下的火灾实时疏散系统

为尽可能减少火灾给城市居民带来的生命威胁与财产损失,首先提出基于物联网(IoT)技术的智慧城市火灾实时疏散系统构建思路;该系统由感知层、数据处理层和应用层组成,其中,感知层主要通过窄带物联网(NB-IoT)技术、超宽带(UWB)技术,实时采集并传输建筑内的火情信息和人员位置信息;数据处理层主要基于Floyd算法和建筑拓扑图规划人员最优疏散路径;应用层则根据疏散路径规划结果指导人员疏散。然后以天津市智慧城市建设示范区域中的学术交流中心为例,选取人员密集区域分析UWB基站布置原则,将建筑平面结构拓扑化;并结合建筑内火灾危险源位置,利用Floyd算法规划疏散路径,同时利用三维模型展示疏散路线;再借助Pathfinder软件模拟优化前后的人员疏散情况,对比所用疏散时间和疏散距离,结果表明：人员自由疏散选择的路径距离较长,算法优化后的疏散距离为34.9 m,缩短了11 m,疏散用时为30.9 s,减少了9.7 s,提高了疏散效率。     

基于几何方法的疏散仿真模型——GAEvac

GAEvac模型是基于几何方法和目标智能判别的人员疏散计算机模型,该模型针对建筑物和人员的特点,建立以几何元素表示的建筑物空间和人员体型模型,通过碰撞检测和位置调整的算法,模拟疏散中个体人员的速度变化和移动方向选择。通过设置分级目标和条件决策规则,模拟疏散过程中的人员路径选择,疏散过程中的群体效应得以体现。通过速度变化和疏散路径选择模拟实验,对GAEvac模型模拟的结果进行了对比分析。最后,通过对实例的模拟,验证了GAEvac模型的应用效果。     

一种基于Dijkstra算法的火灾动态疏散指示系统

为实现建筑火灾人员的安全疏散,提高疏散出口的综合使用效率,从疏散理论和系统整体构建切入,以实际适用性和火灾动态扩散为要点设计了系统疏散模型,基于功能需求对功能模块内容和硬件网络进行了构造,提出了一种基于Dijkstra算法的火灾动态疏散指示系统.以某商场建筑为实例,运用Pyrosim软件进行建筑内火灾模拟,采用疏散指示系统算法得到该火灾场景下的最优路径,通过在Pathfinder软件中增设6处定时通行禁区达到人员服从系统算法规划的疏散效果.结果表明:在试验设定下,该系统算法的总疏散时间比Pathfinder软件缩短了 1.5 s,最长疏散距离比Path-finder 软件缩短了 6.86％;系统算法通过科学导流提升了商场左、下出口的利用率及右出口的疏散效率,从而减少了总疏散时间,验证了该火灾动态疏散指示系统的可行性和有效性.