人員疏散多格子模型的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在火災(zāi)等緊急情況下，安全疏散是保證生命安全的重要手段。如何有效預(yù)防和減少火災(zāi)造成的人員傷亡，尤其是防止群死群傷火災(zāi)事故的發(fā)生，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外公共安全工作的重中之重。研究人員疏散的典型特征和基本規(guī)律是防治火災(zāi)危害的重要手段，它可為建筑安全設(shè)計(jì)、應(yīng)急疏散預(yù)案的制定提供科學(xué)的指導(dǎo)原則。 目前人員疏散的兩類(lèi)主要模型——社會(huì)力模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型都能模擬人員疏散過(guò)程中的一些典型現(xiàn)象，但都存在各自的缺點(diǎn)：社會(huì)力模型過(guò)于復(fù)雜、計(jì)算效率低，

2、而元胞自動(dòng)機(jī)模型在表現(xiàn)行人之間以及行人與建筑之間的相互作用方面不夠好，其運(yùn)算結(jié)果誤差較大。針對(duì)這種情況，本文提出了一種新的元胞自動(dòng)機(jī)模型——多格子模型(Multi—grid model)。它的主要特點(diǎn)在于：1)相對(duì)于傳統(tǒng)的元胞自動(dòng)機(jī)模型，多格子模型中的空間網(wǎng)格進(jìn)一步細(xì)化，一個(gè)行人占據(jù)多個(gè)網(wǎng)格。當(dāng)網(wǎng)格密度足夠大的時(shí)候，模型可在行人運(yùn)動(dòng)速度、空間位置等方面實(shí)現(xiàn)近似連續(xù)變化，與社會(huì)力模型相似。2)多格子模型借鑒了社會(huì)力模型中受力的計(jì)算表達(dá)式，

3、行人間的擠壓變形在模型中用格子重疊來(lái)表示，通過(guò)重疊格子的位置和數(shù)量來(lái)量化行人所受的力的作用。3)由于空間網(wǎng)格的細(xì)化，多格子模型中的建筑邊界條件得到更加精確的量化，行人與建筑之間的相互作用也得以充分體現(xiàn)。模擬結(jié)果表明，多格子模型較好地重現(xiàn)了疏散瓶頸處人群的拱形分布、擁塞、間歇性人流等一些典型的自組織現(xiàn)象，達(dá)到了與社會(huì)力模型同等的描述人員疏散行為的能力，同時(shí)，其計(jì)算效率與經(jīng)典的元胞自動(dòng)機(jī)模型相當(dāng)，大大高于社會(huì)力模型。 為了認(rèn)識(shí)網(wǎng)格

4、尺寸對(duì)疏散行為的作用規(guī)律，本文研究了多格子模型的網(wǎng)格離散效應(yīng)。網(wǎng)格細(xì)化引起的行人錯(cuò)位分布、運(yùn)動(dòng)速度的可變性以及出口與行人相互作用的增強(qiáng)對(duì)模型中的疏散行為有著重要的影響。網(wǎng)格細(xì)化使得行人在初始狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呈現(xiàn)錯(cuò)位分布的特性，行人的錯(cuò)位分布加劇了行人間的相互排斥；網(wǎng)格細(xì)化使得在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)行人可以運(yùn)動(dòng)不同的格子數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了速度的可調(diào)性；網(wǎng)格細(xì)化使得出口得以精確的網(wǎng)格劃分，在錯(cuò)位分布的作用下，形成了多格子模型中特有的行人出口獨(dú)占效應(yīng)，

5、大大降低了出口的利用率。本文詳細(xì)討論了在固定行走速度和可變行走速度兩種運(yùn)動(dòng)模式以及同步更新、順序更新和亂序更新三種更新規(guī)則下網(wǎng)格離散化對(duì)疏散時(shí)間的影響。 針對(duì)樓梯間疏散行為的特殊性，在普通多格子模型的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步提出了樓梯間人員疏散的多格子模型。模型中采用了長(zhǎng)方形的行人尺寸設(shè)計(jì)，考慮了行人沿樓梯內(nèi)側(cè)行走的偏好、樓梯轉(zhuǎn)彎處的轉(zhuǎn)身行為等樓梯疏散中特有的行為特征。此外，模型還繼承了多格子模型中行人速度可變，建筑尺寸精確量化的優(yōu)