基于图论与排队论的人员疏散优化模型研究

以办公楼火灾事故为场景,着重对人员疏散运动时间进行优化,主要考虑缩短应急疏散过程中的人员反应时间及疏散运动时间,通过选择图论理论对疏散最短路径进行优选,对壅滞时间的优化则选用排队论理论,提出了防止人群排队壅滞的安全判据,构建了一个基于图论与排队论的疏散优化模型。以某办公楼建筑为例进行疏散模拟,研究了其在火灾场景下的出口宽度,疏散通道长度,分支入口数、宽度以及人员移动速度等对疏散时间的影响。结果表明,建立的基于图论与排队论的疏散模型,对于合理设计疏散路线和优化建筑物的出口和通道结构具有一定的实用价值。     

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。     

面向道路交叉口的疏散人群分流模型北大核心CSCD

为合理制定道路交叉口人流分配规则,考虑道路交叉口处人群聚散特点,建立疏散人群分流模型。根据人群疏散过程,构建带容量限制的人群疏散路网;耦合后序路段实时拥挤度和最短剩余路长,计算交又节点处的人流分配概率,分析疏散路段人流传递关系,厘定疏散路网人群移动规则;考虑路段实时拥挤程度,修正路段人流疏散速度,计算疏散路网人流疏散时间,表征分流人群疏散效率;以上海市某中学人群紧急疏散为例,对比分析疏散人群分流模型和传统基于最短路径人群疏散模型的应用效度。结果表明:与基于最短路径人群疏散时相比,在道路交叉口引导疏散人群分流使疏散时间减少13.34%,疏散效率更高,人群时空分布更加均衡,充分发挥了疏散路网的疏散能力。     

面向道路交叉口的疏散人群分流模型

为合理制定道路交叉口人流分配规则,考虑道路交叉口处人群聚散特点,建立疏散人群分流模型。根据人群疏散过程,构建带容量限制的人群疏散路网;耦合后序路段实时拥挤度和最短剩余路长,计算交叉节点处的人流分配概率,分析疏散路段人流传递关系,厘定疏散路网人群移动规则;考虑路段实时拥挤程度,修正路段人流疏散速度,计算疏散路网人流疏散时间,表征分流人群疏散效率;以上海市某中学人群紧急疏散为例,对比分析疏散人群分流模型和传统基于最短路径人群疏散模型的应用效度。结果表明:与基于最短路径人群疏散时相比,在道路交叉口引导疏散人群分流使疏散时间减少13. 34%,疏散效率更高,人群时空分布更加均衡,充分发挥了疏散路网的疏散能力。     

考虑台风动态路径影响的疏散车辆路径规划研究

为了解决强台风灾害下的人群转移安置问题,以2021年第6号台风“烟花”影响下上海市金山区人群转移安置为例,采用ArcGIS空间分析进行集结点选址,以集结点到避难所距离最短为优化目标,考虑疏散需求、避难所容量等约束条件,建立避难所选址模型。考虑台风移动路径影响,以疏散车辆行驶距离最短及转移风险最小为优化目标,建立疏散车辆路径规划模型,并设计遗传算法对其进行求解。研究结果表明：该方法能够求出台风路径影响下的车辆路径规划方案。研究结果可为台风灾害下人群转移安置方案提供参考。     

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。     

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。     

大型购物中心人员疏散引导模拟优化研究

紧急情况下,大型公共场所人员在疏散过程中往往慌不择路,导致疏散设施使用不均、疏散路径拥堵、疏散难度加剧。针对该问题,以出口和楼梯等疏散资源得到充分利用为目标,提出疏散路径优化的基本思想,运用EVACNET4建立建筑网络疏散模型,并以某大型购物中心为实例对象,开展“无路径优化、无疏散引导”和“有路径优化、有疏散引导”2种情景下的疏散过程模拟及对比分析,通过引导疏散实现路径优化方案和疏散效率的提升。研究结果表明:有路径优化和疏散引导的方案可实现更短的疏散时间、更均衡的出口利用率。     

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。     

考虑受灾点需求时间窗的应急物资配送车辆路径规划研究

为解决灾后应急物资亟待配送到灾区的现实问题,提高应急物资配送效率,考虑灾区对应急物资的需求紧迫程度的差异,建立软硬时间窗综合约束情况下以应急物资配送的总延迟时间最短、软时间窗的惩罚成本最小、硬时间窗的不满足个数最少为目标的应急物资车辆配送路径方案生成模型。前期对路网数据预处理,形成配送中心到受灾点的多对多时间最短路径集合,后期根据目标和约束进行模型构建,并利用遗传算法求解。引入算例分析对模型的有效性进行验证。结果表明:该模型可综合考虑软硬时间窗的影响,形成高效的应急物资车辆路径配送方案,可对灾后整体的应急方案制定提供帮助,具有较好的可行性和现实意义。     

危险品泄漏事故后动态路网应急疏散研究

在建立以最短车辆总疏散时间为目标的应急车辆疏散模型过程中,考虑路网上的车流是时变的,以动态交通流分配理论对应急车辆流进行优化分配。基于计算的复杂性和粒子群算法(PSO)的优点,采用PSO对模型进行求解。算例试验结果表明,优化后的方案能够减轻整个疏散车辆的拥堵程度,为应急管理部门决策提供理论支持。     

开放型公共场所应急疏散标识优化设计方法研究

为优化设计开放型公共场所的应急疏散标识,根据最短疏散时间、出口匹配原则建立两步优化模型,利用计算机仿真技术及数学优化模型,对开放型公共场所的疏散方案进行优化,合理分配各出口的疏散人数,对区域进行划分并设置相应的疏散标识。以某广场为例,运用上述方法进行疏散标识的优化设计,验证了该方法的可行性和适用性。优化结果表明,各出口的疏散人数分别调整至为282、143、152和424人后,疏散时间较初始状态降低了45.3%。该优化设计方法不仅可为开放型公共场所应急疏散标识的设置提供支持,还可为其他场所制定疏散方案、设置疏散指引标识提供参考。     

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。     

基于毒性伤害指标的疏散路径规划模型

为定量研究毒气泄漏事故中有害物质扩散对疏散路径选择行为的影响,以疏散过程中人员健康伤害最低为目标,构建新的疏散路径规划模型。在离散化改进毒性负荷计算公式的基础上,参照疏散道路网络图描述的空间位置信息,采用高斯气体扩散模型计算各疏散路段的毒性负荷值及致死概率等人员毒性伤害指标,从而选择最优疏散路径;然后,以液氨泄漏事故为研究案例,对比最短和最优疏散路径,以验证模型的有效性。研究成果表明:由于毒气浓度空间分布的差异,行走距离较短的疏散方案反而可能导致较高的伤害概率;为尽量减少人员伤亡,事故应急疏散过程需要有针对性的规划引导。     

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。     

人群疏散行为仿真技术研究

提出并建立了一种人群疏散仿真模型。针对疏散空间中障碍物的动态布局,采用网格法获得各障碍物包围盒坐标,依据最短路径原则采用几何法确定每个个体起始疏散路径,解决了人群疏散的空间连续性问题。针对人群疏散时个体之间的差异性,依据个体与个体之间的作用力、摩擦力动态改变个体的行进方向,以及依据人群密度采用人群疏散速度模型实时确定每个个体的运动速度,解决了个体之间的动态避碰、绕行和超越等问题。针对人群疏散时多个出口的选择问题,提出了把出口拥挤状态与个体心理慌乱状态相结合的出口选择方法。最后采用粒子系统实现了上述人群疏散行为的二维仿真并取得了较好的效果。     

一种基于多出口环境的人群疏散改进模型

为有效提高多出口环境下人群疏散的模拟精度,基于社会力模型和粒子鸽群算法,建立一种新的人群疏散模型;该模型改进传统社会力模型中影响行人运动的自驱力方向,利用场域模型来获得行人的运动方向,同时将此方向作为社会力模型中自驱力方向;结合场域值、平均速度和拥挤度提出多出口环境下的疏散优化模型,并通过粒子鸽群算法对上述优化模型实现快速求解。结果表明:随着人群密度的增加,平均疏散速度呈现出先降低后缓慢增加的趋势;在人群密度较小时,场域权重值越大对应的疏散时间越小。     

体育赛场人群疏散过程滞留人数定量模型研究

体育赛场历史事故统计分析表明,出口堵塞为导致人群拥挤踩踏事故发生的主要原因.滞留人群是疏散过程最常见的一种人流形式,同时也是拥挤踩踏事故风险的主要承载体.基于人群流量与人群密度关系建立了体育赛场时间维变量的滞留人数定量模型.体育赛场看台不同宽度出口人群疏散计算结果表明,滞留人数不仅对人群疏散时间有直接影响,而且与事故发生概率之间存在一定的关系.该模型可用于指导体育赛场出口设计,疏散路线选择及应急预案的编制等.     

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。     

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。