九曲桥行人运动实验与模拟研究

公共场所中的人群疏散是行人疏散动力学研究中的重要内容。基于九曲桥行人运动观测实验对转角区域的行人运动特征进行研究,并利用人员疏散模拟软件Pathfinder模拟了因激励作用所导致的行人速度提高对通行效率的影响。结果表明,由于行人的停留、拍照行为导致转角内区域出现了明显的行人变换走道现象;行人在转角内区域出现的停留、超越行为导致行人速度出现大幅度波动,最低速度约为0.2 m/s,最高速度约为0.7 m/s;与转角后区域相比,行人密度变化对转角内区域的行人速度的影响更小,单位流量的影响更大;由于观测实验中行人停留、拍照等行为的存在,相同密度下转角后区域行人运动速度、单位流量均低于P&M平直通道模型;适当的激励作用有助于减轻行人拥堵,提高通行效率,当行人速度达到较高水平后效果不再显著。     

风速对高层全开口楼梯间烟气蔓延的影响

采用BIM和Pyrosim火灾模拟软件，建立火灾模型，针对不同火灾场景烟气蔓延特性及温度、CO质量分数分布规律进行研究，剖析不同风速对全开口楼梯间烟气蔓延特性的影响。结果表明：火灾发生时，风速一定的情况下，随着楼梯间开口数量的增多，烟气蔓延高度增加，但温度和CO质量分数逐渐降低，有效降低了人员疏散的危险性；当开口数量一定时，风速的存在会提高楼梯间烟气温度，改变楼梯间内烟气运动轨迹，使烟气在底层及楼梯间出口处大量聚集，增大人员疏散难度。研究结果可为高层建筑预防火灾蔓延、合理设计人员疏散路径、保证人员疏散安全提供参考。     

高层住宅楼梯间自然烟气控制数值模拟研究

楼梯间作为高层住宅火灾事故中的人员疏散通道,在建筑设计中占有非常重要的地位。使用FDS软件对几种火灾场景下的烟气流动情况进行了模拟实验,得出了不同楼梯间和楼梯间门情况下人员可用安全疏散时间的明显差异,反映出户门和楼梯间门的封闭性以及楼梯间类型对提升建筑安全疏散性能都十分重要,两者在一定程度上具有可替代性。     

楼梯结构对烟气蔓延及安全疏散的影响研究

为研究高层建筑火灾中楼梯结构对烟气蔓延的影响，运用PyroSim软件建立不同结构楼梯间的数值模型，使用FDS软件进行火灾烟气蔓延数值模拟，观测记录不同工况下烟气宏观高度随时间的变化，通过SPSS软件对观测值进行拟合分析，再结合烟气蔓延过程中楼梯间的温度、能见度及CO体积分数的变化情况，对人员安全疏散条件进行分析。结果表明：不同楼梯结构对烟气蔓延的阻碍作用差异明显，并且烟气在不同结构楼梯间内蔓延的宏观高度与时间均呈二次函数关系，其中具有中部隔墙结构的楼梯间防烟效果最佳，无梯井结构的楼梯间次之，存在梯井结构的楼梯间防烟效果最差，但综合各因素考虑，无梯井结构的楼梯间更有利于人员安全疏散。     

火灾疏散理论研究综述

火灾疏散研究对减少火灾伤亡及大型公共建筑设计具有重要意义。从疏散理论研究的三个方向:火灾中人的疏散心理及行为、人群疏散数学模型和人群疏散仿真模型三个方面进行了综述,最后对火灾疏散研究成果进行了总结,对下一步研究作了展望。     

高校宿舍楼火灾及人员疏散数值研究

为研究高校宿舍火灾烟气蔓延过程与人员疏散效果的相关联系,利用数值模拟研究了不同火灾场景下烟气流动、能见度、温度随时间变化的规律,及其对人员安全疏散的影响。研究表明:(1)火灾发生后,由于烟囱效应,烟气迅速在楼梯间蓄积,形成蓄烟池效应,堵塞疏散通道,然后逐渐发展至上部的楼层空间,对人员安全疏散极为不利;(2)高校宿舍楼人员较为集中,火灾发生时疏散人员在楼梯间易出现拥堵,人员火灾安全疏散的形势较为严峻;(3)喷淋、宿舍人数控制、建筑结构优化等安全措施能有效提高人员疏散效果,降低火灾危险性;(4)研究成果能为建筑防火设计、消防整改和宿舍管理提供科学依据。     

不同楼梯入口设置方式下人员疏散的模拟研究

针对高层建筑楼梯疏散过程中的汇流行为,采用数值模拟的方法研究了5种不同楼梯间入口设置方式下的人员疏散过程。结果表明:高层建筑的各楼层人员进入楼梯间的疏散时间与楼层符合线性关系;楼梯间入口临近平台上段楼梯比临近下段楼梯更有利于人员的安全疏散,楼梯间入口位于楼梯对面比位于楼梯两侧更有利于人员的安全疏散;楼梯间入口位于平台上段楼梯对面最有效地促进了人员在平台的汇流行为,减少建筑中人员的疏散时间。     

心理迫切因素对行人疏散动力学的影响研究

为更准确地描述行人疏散动力学特征,利用目前行人疏散模型对行人疏散进行模拟研究发现:疏散空间行人拥堵时,会出现疏散区域某些位置的行人一直处于竞争劣势而保持位置不动的现象,这与行人实际疏散运动不符.考虑到现实情况,行人在等待的过程中会积极寻找机会,实现成功疏散;基于此,在疏散模型中引入了心理迫切因素的概念,表征了行人等待过程中竞争能力的变化,完善了行人疏散模型.对新模型模拟研究发现,在考虑等待时的心理迫切因素后,该模型能够更好地表达行人疏散的动力学特征,可更为准确地再现行人的疏散运动轨迹和路径,同时研究发现,引入等待迫切因素后并不会影响总的疏散时间.     

考虑双向群组运动特征的场域模型研究

行人动力学的研究能为火灾等紧急情况下的疏散研究提供理论支撑。现有研究多以独立行人为研究对象,群组作为行人流的重要组成部分,有必要进行研究分析。以场域模型为基础,在前人提出群组场的基础上进行拓展,并引入预测场模拟群组行人避让行为,构建了考虑双向群组运动特征的拓展场域模型,对双向群组运动特征进行研究。在双向流通道中进行模拟发现:随着预测场敏感性参数增大避让行为意识增强,时间损失增加,与反向行人的正面冲突减少;拓展模型能使群组维持较近距离的同时减少群组成员之间的冲突;该模型能模拟密度越大速度越小的典型现象。     

二郎山公路隧道火灾排烟及人车疏散应急方案研究

为了研究特长公路隧道火灾情况下的应急方案,根据二郎山公路隧道的实际情况,提出了2种控烟方案,并结合不同火源功率,利用FDS对该隧道发生火灾后的温度场、压力场和烟气流动情况等进行了模拟.通过对模拟结果的分析,找到了一种适合于该隧道火灾情况下的控烟方案,即从隧道两侧平行导洞同时向内送新风,从而在平行导洞内形成正压,以便抑制火灾烟气进入平行导洞,为人员等的安全疏散提供便利.最后结合此控烟方式,本着行人与车辆单独疏散的原则提出了具体的火灾排烟和人车疏散方案.     

多层建筑楼梯疏散宽度组合仿真研究

为探究事故发生时楼梯宽度对多层建筑疏散效率的影响,结合多层建筑楼梯疏散特点,建立多层建筑楼梯疏散模型。基于多层建筑疏散过程,以社会力模型为基础,分析多层建筑行人疏散方式,构建楼梯疏散汇流模型;计算各楼层行人汇流时间以及楼梯汇流疏散效率;以某多层教学楼为仿真案例,构建不同楼梯宽度组合疏散场景,仿真多层建筑物疏散过程,获取各楼层汇流时间及楼梯疏散效率。结果表明:楼层平台汇流持续时间与楼层所在位置正相关,楼层所在位置越高,汇流持续时间越长;低楼层楼梯宽度增加有利于优化中间楼层行人汇流作用,提高多层建筑疏散效率,而高楼层楼梯宽度增加则会加剧中间楼层行人汇流对疏散的不利影响,降低多层建筑疏散效率。     

Observation study of pedestrian flow on staircases with different dimensions under normal and emergency conditions

Compared with horizontal motion, there were several characteristics in staircase movement. This study focused on the movement characteristics in staircases of typical student crowds and the quantitative relations of flow rate-speed-density in different dimensions of staircases and different circumstances were obtained. Basic data concerning daily movement when classes were over and an evacuation drill for college students was collected through analysis of video observation. From the analysis, the following conclusions can be given: some typical characteristics of pedestrian movement in staircases were found, such as queuing behavior at platform, merging flow at staircase entrance, and subgroup behavior. Movement on stairs was markedly slower than the horizontal motions. In normal condition, the number and initial speed of students entering the staircase affected observably the pedestrians flow, and the impact of staircase attributes (riser, tread, slope, etc.) cannot be neglected. In different conditions, the characteristics of pedestrian movement were quite different, and the influence of the speed on the density was more significant in the emergency condition. The study highlighted the amassment phenomenon at the bottom of the staircase and the potential influence of stair widths to evacuation efficiency in evacuation drill.     

不同楼梯布局条件下行人疏散效果仿真研究

为研究不同楼梯类型的行人疏散效果，改进传统社会力模型，模拟4种常见梯形中行人的疏散过程，并通过总疏散时间和平均疏散速度指标以及微观速度密度分布图分析其疏散效果中存在的内在物理机制。研究表明:从安全和高效疏散角度上看，在限定空间中，单跑无平台梯形布局有利于低密度人群下人员的快速疏散；在中、高密度人群中，双分梯形的分流特点更有利于人员安全、快速疏散。从微观密度、速度分布图可看到这4种梯形在人员疏散过程中均易造成人员聚集拥堵，但发生事故风险的位置不同。单跑有、无平台梯形在楼梯上端和下端均易发生拥堵，且此时速度值大，发生事故的风险高；双分与双跑梯形在楼梯与平台的转角处易发生拥堵。     

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。     

综合管廊兼顾疏散能力分析及辐射范围研究*

为研究综合管廊在安全疏散中的作用，应用Pathfinder疏散仿真软件对综合管廊疏散能力模拟分析，得出不同断面管廊通道、各疏散口部、楼梯处通过能力，分析管廊人员在单车、步行疏散速度下覆盖范围与事故波及范围，通过两者交集得到综合管廊疏散辐射范围。结果表明:综合管廊具备一定兼顾疏散能力，得出的通过能力可指导综合管廊人流量监控器布局，提供各部位人流量上限取值，预防拥堵和踩踏事故发生，为化工园区制定疏散方案提供新思路。     

Experimental study on an ultra high-rise building evacuation in China

With the development of modern cities, more and more ultra high-rise buildings have been built. Emergency evacuation of such buildings becomes one of the major concerns for building designers, building occupants and governments, especially after the disaster of 9/11. In this study we designed three experiments to investigate the process of ultra high-rise building evacuation. The experiments were performed in Shanghai World Financial Center, which is about 470 m tall. In the first experiment, the evacuation of a single pedestrian from the top floor to the first floor was performed. Movement characteristics such as mean speed and the time needed for evacuation were analyzed. In the second experiment, the mass evacuation process was captured by video cameras and the data were extracted out manually. The evacuees were distributed initially on floors 12–17, and were asked to evacuate through a staircase onto the refuge floor. On the refuge floor, i.e. the 6th floor, the evacuees were required to transit into another staircase to keep moving down to the ground floor. The characteristic space–time curves for each evacuee were extracted and analyzed. Parameters such as the mean speed and the evacuation time, as well as the characteristic of the transit process from one staircase to another were investigated. We at last mimicked and discussed the process of lift evacuation for an ultra high-rise building in the 3rd experiment. Evacuees located on the 41st and 65th floor were asked to move downward by stairs until they came to the refuge floors, where they would evacuate to the ground floor by lifts. The time characteristic of the mixed evacuation strategy was discussed. The basic data obtained from the experiments are useful for building designers and can be used to validate and refine ultra high-rise building evacuation models.     

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。     

Crowding in platform staircases of a subway station in China during rush hours

Crowding during the morning peak hours at a platform staircase in a subway station in China was studied in this paper. Passenger flow was surveyed with normal evacuation time recorded. The evacuation process was simulated with the software buildingEXODUS. Predicted results on the total evacuation time and maximum flow capacity of the selected staircase were compared with the field observations. Two parameters, the width of staircase utilized per person and the maximum upstairs walking speed used in the software were identified to be noticeably different from the field studies. Predictions agreed better with the observations after tuning these two parameters. It is concluded that the evacuation simulation software can be applied for safety design with appropriate tuning on the key parameters through field tests.