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。     

多条件约束三维动态行人疏散路径优化方法

针对约束环境下的行人疏散路径选择问题,提出了三维动态行人疏散路径优化方法。通过元胞自动机模型的拓展建立了三维行人疏散网格模型和三维解空间,在此基础上,综合考虑行人视域、路径距离、行人空间分布等多条件约束。引入路径寻优方法(Ant Colony Algorithm)、改进的社会力模型、更新的启发函数和信息素,构建了新的行人路径选择与优化机制。仿真结果符合实际路径优化需求,模型算法平衡了各出口利用率,提高了行人整体疏散效率,为三维空间下的行人疏散路径优化问题的解决提供了新的思路和方案,生成的疏散路径信息有望反馈到地标系统中并有效指导突发情况下行人的路径选择。     

障碍物对房间人群疏散过程影响的宏观模拟研究

公共建筑内随机分布的障碍物可能对突发事件下密集人群疏散过程中人员速度、路径选择行为产生影响.考虑较为密集人群疏散过程与宏观流体流动过程的相似性,用连续性方程描述人群密度变化过程,结合障碍物对人员运动行为的影响,建立了考虑障碍物影响的人员疏散宏观模型.采用该模型计算重现了疏散出口附近的高密度人群拱形和椭圆形分布,定量分析了障碍物以不同概率分布于建筑内不同位置时对疏散过程中人员密度演化以及完成疏散所需时间的影响.     

公路隧道火灾发生位置与人群疏散通道仿真研究

利用EXODUS建立隧道的仿真场景,确定疏散人群仿真参数,并将出口工效OPS作为评价疏散效率的指标,分析不同火灾发生位置对疏散时间的影响。采用K-means算法分别对火灾发生位置和人群疏散通道位置进行聚类,并建立基于两者影响下的出口工效模型,通过对该模型求偏导,得出隧道火灾发生位置和人群疏散通道选择之间的关系。研究结果表明:火灾发生位置越接近人行横通道,疏散时间波动越大,人行横通道和隧道入口的疏散时间随人群疏散区域分界线变化,当火灾发生距人行横通道20~110 m时,变化明显,当距140~350 m时,变化平稳;出口工效OPS总体呈现不稳定的阶梯状变化趋势;火灾发生位置和人群疏散通道的最优位置呈线性递减关系。研究结果可应用于隧道应急指挥中心管理人员制定有效疏散路径和采取诱导分流人群措施。     

考虑结伴行为的双出口超市元胞自动机模型

为研究结伴行为以及障碍物对疏散过程的影响,建立考虑2人结伴行为的双出口元胞自动机疏散模型.模型在静态场中引入危险度模拟行人路径选择,设置个体和2人结伴疏散人群,研究不同行人密度下二者的疏散过程,比较疏散效率;分析相同密度下不同结伴比例的行人疏散过程,得到最优比例;设置横向、竖向和横竖3种障碍物排列方式,模拟个体疏散和结...     

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。     

考虑绕行效应的人员疏散元胞自动机模型研究

在传统的元胞自动机疏散模型中，行人只考虑临近的4个网格状态以做出运动决策，而在实际疏散过程中，每个人会从更大的感知范围内收集信息，并会主动避开障碍物，从而选择更合理的路径。针对此问题，建立考虑绕行行为的元胞自动机模型（DCA模型），模型引入行人感知范围参数，用于反映行人对障碍物的反应程度或绕行倾向；通过建立单门疏散场景，研究绕行效应对疏散的影响。研究结果表明:考虑绕行效应时，行人能够更好地绕过障碍物，在出口前形成典型的拱形聚集形态；感知范围越大，拱形聚集形态形成的越快；通过将DCA模型与经典的无后退的有偏随机行走模型和场域模型分别进行比较，DCA模型可以减少不必要和不合理的后退运动行为，这与实际更为一致。     

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。     

楼梯间障碍物对安全疏散的影响研究

楼梯间存放的障碍物与人员安全疏散密切相关,利用仿真软件Pathfinder进行疏散模拟,研究楼梯间障碍物对疏散总时间和各出口流量的影响,以及人员路径选择的变化。结果表明,障碍物的存在对安全疏散产生较大的消极影响,使存在障碍物的楼梯间人流量减小,疏散时间延长;影响人员对疏散路径的选择,使其他楼梯间疏散人数增加和疏散时间延长;障碍物位置处易形成疏散瓶颈,造成严重拥堵。     

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。     

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。     

Computer and fluid modelling of evacuation

One of the most important areas in the field of “Life Safety” is the escape movement of individuals in emergency situations It is not yet possible to accurately model very complex psychological reactions, such as panic and confusion, but many parameters can be simulated, especially in the case of crowd movement. These basic parameters include speed fluctuations; crowd flow behaviour, travel distances and overall evacuation time, based upon certain assumptions. The evacuation characteristics of a building can be assessed in different ways. The statutory regulations (BSI, 1983) use general rules based upon the maximum crowd flow rates through specific exit route widths. These figures are based upon data produced in the 1950s (Hankin and Wright, 1958) that were intended primarily for application in building plans with fairly regular room/corridor plan configurations. This paper discusses two techniques for assessing crowd movement: fluid modelling and computer simulation. The fluid modelling is intended to provide a greater degree of understanding about the mechanism of crowd flow. The computer model SIMULEX combines spatial analysis with the escape movement of large numbers of individuals in a building, and is intended for eventual use as a design tool.     

Modification of Evacuation Time Computational Model for Stadium Crowd Risk Analysis

The complexity of the evacuation process is associated with the flow of occupants through various egresses available inside the building. Several methods and algorithms are now available to analyse the problem related to evacuation. In the present paper an algorithm, evacuation discrete time model (EDTM) has been presented to analyse the building egress evacuation time problem with previous works. The algorithm is based on the crowd flow theory and uses discrete computational approach to identify various widths of egresses available for movement of the people, which is more accurate and practicable because the crowd flow rate is variable. The developed model has been compared with an existing model to show the capabilities of the developed algorithm. A case of stadium stand egress is chose for the validity of EDTM, and a comparison of EDTM, previous model and computer simulation indicates that both the EDTM and the simulation curves were found to give better predictions than the previous model. Based upon the comparison analysis with stranded crowd and evacuation crowd at a certain time, EDTM shows great value in explaining the cause of stampede-trampling and crushing incident of egress or narrow passage zone.     

基于Revit的医院火灾人员疏散路径优化及智能诱导

为了充分保障大规模人群疏散安全目标的实现,进行Revit二次开发,构建建筑物节点状态数据智能提取系统,自动生成建筑物节点初始状态数据库,利用自适应蚁群算法,以全体待疏散人群完成安全疏散时间最短为优化目标,开发人群应急疏散路径优化及智能诱导模型。通过对有无疏散诱导情况下某医院火灾中人员完成疏散所需时间及各出口人员滞留情况的对比,结果表明,基于Revit的数据智能提取系统,改善了医院火灾人员疏散路径优化算法初始状态和边界条件的处理方案,显著提高了疏散优化算法的运行效率,在保障医患人员安全疏散的同时,有效避免了从众现象造成的个别出口拥堵现象。     

基于模糊规则和BFS算法的行人疏散模型研究*

为建立更加真实的行人疏散模型,基于模糊规则和广度优先搜索（BFS）算法,利用元胞自动机,提出1种优化的行人疏散模型。引入动态模糊速度规则,建立移动速度与周边环境的模糊对应关系,从而模拟行人在不同环境下的运动速度;通过设定危险度规则,使用基于双端队列的BFS算法快速计算每个格子距离安全出口的“静态危险度”,并与出口处人群密度的“动态危险度”耦合,使元胞自发地向“总危险度”更低的方向移动;结合动态速度规则建立1种基于排队理论的出口疏散机制。结果表明:所建模型能够再现行人流自组织现象,真实地反应行人不同的移动方式以及疏散的具体过程;模型考虑了出口排队疏散机制对疏散时间的影响,使疏散效率得到提高,为行人疏散模型的建立以及公共场所的设施布局等应急疏散预案提供有效参考。     

基于改进蝴蝶算法和社会力模型的多出口疏散模型研究*

为提高多出口场景下行人疏散效率和精度,基于蝴蝶算法和社会力模型,提出一种新的应急疏散仿真路径规划方法。在原有社会力模型中,考虑距离出口远近及行人所处位置拥挤度对运动过程中期望速度的影响,引入速度调节因子,描述行人在疏散中的期望速度变化;针对蝴蝶算法中后期收敛速度慢和易陷入局部最优的缺陷,提出自适应感知概率参数以增强局部搜索和全局搜索之间的平衡;在每轮迭代结束时引入迭代局部搜索策略,扰动局部最优解获得中间状态,并重新搜索上述中间状态得到全局最优解。研究结果表明:提出的应急疏散仿真路径规划方法在多出口环境下能够更有效地利用出口资源,提高疏散效率。     

公共建筑人群疏散流线负荷的拓扑解析模型研究*

为寻找公共建筑人群疏散极端负荷流线，构建疏散流线负荷的拓扑解析模型。首先，通过分析建筑空间布局的构成要素，引入移动空间、障碍空间、移动节点等概念，构建公共建筑疏散空间的拓扑网络；其次，定义节点最迟疏散结束时刻、节点最早疏散开始时刻等时间参数，以某时刻作为初始状态，计算疏散网络节点时差，构建极端负荷流线的拓扑解析模型，探析公共建筑人群疏散流线拥堵特征；最后，采用Agent技术对某会展中心人群疏散流线负荷模型进行仿真分析。研究结果表明:流线的拓扑网络节点总时差反映了流线负荷分布特征，人群疏散的极端负荷流线符合拓扑解析模型结果，能为公共建筑人群疏散方案的制定提供理论依据。