基于排队论的人员疏散出口方案研究

人员疏散过程潜伏着巨大的安全隐患,合理出口设计是减免伤亡的有效方法。本文运用排队论知识,建立出口服务模型,结合算例分析,在相同情况下,单排队方式较优越,采用单排队方式对不同出口数目的情况进行模拟,将不同出口数目等效表示成单个出口的宽度,从而得出宽度与疏散指标的关系,再结合多排队方式,经多次模拟得到不同出口数目情况下的出口宽度与疏散时间的关系,综合疏散人员总数与安全疏散时间等制约因素,选出符合要求的出口方案。本文有助于人员疏散模型的完善,并对实际的出口方案设计提供了一个导向。     

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。     

人员疏散时间预测与分析

由于大量火灾事故的不断发生,火灾防范和安全疏散成为一个重要的研究课题。为了探讨人员疏散规律,笔者应用排队论知识及结合“社会力”模型,并综合考虑到建筑结构特征、人员密度及个体的作用和差异,建立了人员疏散模型。通过计算机模拟确定人员疏散时间,结合实例阐述了出口宽度等建筑结构特征、人员密度与疏散时间的关系,结果表明,该模型得到的结果与实际基本相符。通过对人员疏散规律的研究,可以帮助人们优化建筑物的内部结构,特别是门宽,疏散通道的个数,从而加快紧急情况时的疏散速度,减少人员的伤亡;还可以帮助人们设计出正确的管理措施,保证大规模的群众集会时的人员的安全。     

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。     

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。     

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。     

考虑儿童运动特性的小学教学楼楼梯间人员疏散研究

为研究小学教学楼楼梯间人员运动行为以及影响人员疏散的因素，开展人员疏散实验并构建疏散模拟场景。基于疏散实验研究不同实验场景的出口流量和人员运动速度，通过疏散仿真模拟，分析不同人员运动速度、人员数量及疏散策略对疏散的影响。结果表明:排队下楼的人员运动速度比紧急疏散人员低22.7%，自由上楼人员运动速度比排队上楼人员高8%；人员总疏散时间随人员运动速度的增加而降低，但总疏散时间随速度增加而降低的幅度变小；加入分层疏散策略会增加人群疏散总时间，但整个疏散过程人员分布均匀，在建筑瓶颈不易产生人员过度拥挤现象，因而在疏散过程中应适当采用分层疏散策略。     

多出口条件下应急疏散路径优化模型

为减少拥堵发生概率,考虑多出口条件下疏散人群路径选择特点,建立应急疏散路径优化模型。首先以疏散通道布置方位为基础,建立疏散网络,确定可行疏散路径集合,考虑人群流量与排队时间动态关系,计算人群雍滞时间,表征路径当量长度,迭代可行路径集合;然后以疏散总时间最短为目标,修正Dijkstra算法目标函数,全局搜索时间最优路径,分配疏散方案;最后通过某多出口疏散案例,对比传统最短路径和优化最短时间疏散方案疏散总时间,验证模型的有效性。结果表明:优化后的疏散方案排队总时间与疏散总时间均小于传统疏散模型,疏散出口利用率更高,人流分布更为均匀,疏散路径重叠概率较小,有效提升了疏散效率。     

飞机客舱安全疏散影响因素研究

为提高和优化民航客机安全疏散效率,选取出口个数、出口位置、出口宽度和过道宽度四个因素,基于steering模型构建仿真模型,分析不同因素对疏散效率的影响。结果表明,前后出口疏散效率优于中间出口,且出口大于3个时,增加出口对疏散效率影响不显著;出口宽度从50cm增加到65cm,疏散效率提升明显,大于65cm之后,对疏散影响不显著;过道宽度设置为70cm较为合理;客舱前后区域疏散时间差异明显,前部疏散明显快于后部;通过优化客舱布局,设置合理的结构参数,消除了过道和出口瓶颈,并显著提升了客舱人员疏散效率。     

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。     

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。     

高校学生公寓应急疏散模拟与优化

运用应急疏散软件Pathfinder对某高校学生公寓的人员疏散进行了模拟,结果表明,休息时间段内公寓发生的突发事件更容易造成人员疏散运动时间的延长;同等条件下女生比男生所需要的人员疏散运动时间更长。通过合理规划疏散路线,对原有模型进行了优化,并使用人员疏散运动时间和单位有效疏散宽度使用率两个指标,来定量对比优化前后人员疏散的均衡度和疏散效果,给高校学生公寓的应急和安全管理工作提供参考。     

高校宿舍建筑火灾场景人员疏散模拟研究

采用Building Exodus 4.0模拟软件,研究了某校园宿舍建筑火灾场景下的出口宽度,可用出口数目,可用疏散楼梯数目以及人员对出口的熟悉程度等对疏散的影响规律.结果表明,在出口宽度到达某一阈值前,所需疏散时间随其增加而减少,超过该阈值之后,继续增加宽度对所需疏散时间影响甚微;随着可用出口和疏散楼梯数目的增加,所需疏散时间逐渐减少;人员对出口越熟悉,所需疏散时间越短.     

CRH380AL型高铁列车应急疏散及影响因素模拟研究

为揭示乘客携带行李行为、车厢排列布局和站台出口参数等因素对高铁列车疏散的作用,辅助高铁列车疏散安全评估与安全管理,基于PyroSim构建CRH380AL型高铁列车商务座车、一等座车、二等座车和整车车厢的物理模型和疏散模型;通过实地观测高铁列车乘客下车行为,获得乘客携带行李的时间分布特征,量化模型高铁输入参数;设计3种模拟场景,分别得到携带行李人员比例对二等车厢疏散时间、一等和二等座车厢排列对整车疏散时间以及站台出口宽度和位置对整车疏散时间的影响。结果表明:CRH380AL型列车二等座车厢疏散时间与携带行李人员比例之间呈先降后增的非线性关系;车厢排列对整车疏散时间有显著影响且存在最优车厢排列组合;超过6 m的站台出口宽度对整车疏散时间影响不大;站台出口间距对整车疏散时间影响显著且间距为200 m时,对应整车疏散时间最短。     

障碍墙对人员疏散影响的数值模拟研究

为了研究出口前障碍墙对人员疏散的影响,采用数值模拟的方法分析了不同人员密度以及不同障碍墙设置条件下的人员疏散过程。结果表明,障碍墙的存在增加了疏散距离,从而增加人员疏散时间,且人员密度越大,疏散时间的延滞越严重;障碍墙与出口的距离不宜小于出口宽度,两者距离小于出口宽度时会严重降低出口的流量系数,增加人员疏散时间,两者距离达到出口宽度时对人员疏散的影响较小;障碍墙的长度不宜超过出口宽度,长度不超过出口宽度的障碍墙对出口的流量系数影响较小,长度大于出口宽度的障碍墙严重降低出口的流量系数,增加疏散时间。随着出口宽度增加,疏散时间减少,障碍墙会降低出口的有效宽度。研究结果为实际工程设计及应用提供了一定的参考依据。     

考虑人群拥堵的疏散出口选择行为研究及建模

出口选择是疏散过程中最重要和复杂的决策行为之一,受到空间结构、人群分布和行人认知等多方面因素的影响,为了使疏散仿真能够合理地模拟出行人的寻路和逃生过程,提出了考虑人群拥堵的出口选择模型。该模型基于多元Logit离散选择模型,考虑到影响个体疏散时间的因素以及对不同出口类型的偏好。研究发现个体的疏散时间随着拥堵人群位置的不同而有所差异,从而以决策者而不是出口的角度定义了一个计数区域来估计影响决策者排队时间的人数。并且研究出口重新选择的触发条件和程序。将出口选择模型和程序引入BuildingEXODUS软件进行疏散仿真,通过对比显示,仿真结果更符合真实情况,特别是在具有障碍物和人群分布不均匀的场景中更显优势。     

人员非均匀分布条件下的疏散引导方向优化算法研究

在紧急疏散中,疏散引导标识或疏散引导人能够帮助人员快速找到最近出口,有效减少疏散时间。疏散引导标识或人的引导方向一般是根据建筑布局情况预先进行设计,当前位置的引导方向指向最近的疏散出口。本文综合考虑了建筑布局及人员分布情况,提出了人员非均匀分布条件下的疏散引导方向优化算法。该算法以Togawa疏散时间经验公式作为估价函数,通过多次迭代的方法,求解疏散引导方向的优化值。以双出口的疏散场景为例,利用疏散软件Legion对优化前后疏散引导方向下的疏散时间进行了比较分析。结果表明,优化后的疏散引导方向能够引导人员充分利用疏散出口,疏散时间较仅考虑建筑布局所设计的疏散引导方向的模拟值降低了近四分之一,大大提高了疏散效率。     

智能疏散指示标志诱导系统优化设计与人流控制研究

为改善疏散指示标志在紧急情况下的疏散引导效果,基于逃生者的信息感知等因素,开发智能疏散指示系统的疏散路线优化算法。将安全疏散的基本原则、智能疏散指示系统的设置位置、建筑空间结构及典型火灾场景相结合,综合考虑路径长度、出口宽度、人员密度以及疏散人群分布等因素,针对特定场景,改进智能疏散指示标志。结果表明:改进后的指示标志能指引人员迅速找到疏散路线,有效地缩短疏散时间;将指示标志的控制作用纳入人群分布预测模型,可得到更接近真实情形的疏散人群分布预测模型。     

地下商业建筑人员疏散时间理论计算与软件模拟分析

采用理论计算和软件模拟的方法对地下商业建筑人员的安全疏散时间进行研究,并对两种研究方法进行了对比分析.分析结果显示:对于待疏散人数较大的地下商业建筑人员疏散行动时间主要受疏散出口宽度影响;理论计算与数值模拟两种计算方法误差仅为8.5s,两种方法均可对地下商业建筑人员疏散时间进行预测,但数值模拟能够更直观的反应人员的疏散过程、安全出口和疏散通道拥堵和瓶颈现象,更适用于地下商业建筑人员疏散方面消防优化设计.     

基于Pathfinder模拟的教学楼出入口与楼梯优化研究

教学楼人员在紧急状态疏散过程中极易发生拥挤踩踏事故,合理设置教学楼出入口与楼梯宽度是保障人员快速安全疏散的关键影响因素。本文采用Pathfinder软件平台以某高中教学楼为研究对象进行建模,通过变换出入口位置,改变楼梯梯段宽度等方式设计调整教学楼疏散场景,设置不同场景,模拟了不同场景下教学楼出入口和各楼层楼梯处的人员疏散情况。根据对疏散过程及疏散时间的分析,结果表明:合理设置出入口数量、方式及增加楼梯梯段宽度可有效提升人员疏散速度,且仅通过增加出入口并不能显著增加疏散速度,需同步考虑出入口与楼梯宽度之间的协调。以期为该类建筑紧急疏散设计提供参考。