人員疏散的多作用力元胞自動機模型研究.pdf

1、自人類有史以來，火災就成為危害人類最持久、最劇烈的災害之一。其負面影響涉及到能源、資源與環(huán)境、人口與健康等重要領域。隨著國民經濟的發(fā)展火災呈現出明顯增加的趨勢，安全問題也越來越引起了人們的關注。有效預防和減少火災人員傷亡是火災防治的第一目標。探索和發(fā)現人員疏散的典型特征和基本規(guī)律，指導建筑物和公共場所的設計是防治火災危害的重要手段。 在人員疏散過程中，人與人之間、人與環(huán)境(如建筑物)之間存在相互作用力，包括吸引力、排斥力和摩擦力

2、。三種力對人員疏散的行為、速度和效率起著關鍵作用。近年來提出的多粒子自驅動模型(社會力模型)可以較好地體現三種力的作用，但由于它是一種連續(xù)型模型，運算的速度較慢并很難得到改善。目前研究較多的離散型模型，如元胞自動機模型和格子氣模型等，可以達到較高的運算速度，但很難考慮到摩擦力與排斥力的作用，造成運算結果誤差較大。針對這種情況，本文在經典元胞自動機模型的基礎上，量化確定了摩擦力和排斥力的運算規(guī)則，提出了一種新的兼顧計算效率與精度的元胞自動

3、機模型CAFE。通過將模型的運算結果與多粒子自驅動模型進行比較表明，CAFE模型在人員行為、疏散速度以及“快即是慢”效應等方面都可以得到與后者相同的結果，而運算速度則比之大為提高。 為了量化行人視野范圍，對CAFE模型進行擴展和精確化，本文細致分析了人員疏散中的典型現象——相對運動，建立了擴展作用力范圍的相對運動模型和考慮交通規(guī)則的相對運動模型。研究表明：當作用半徑較大時臨界入口人員密度不依賴于系統尺寸；拓展作用力范圍后，臨界堵

4、塞密度、運動速度及其變化趨勢、通道占有率……等基本參數相比于經典模型發(fā)生了明顯改變，行人運動效率明顯提高。對考慮交通的相對運動模型研究表明：交通規(guī)則并不總是有利于相對運動，它取決于兩個基本相反的因素彼此博弈的結果：盡可能地利用通道寬度和盡量避免來自另一組行人的相互作用。 在研究結果的基礎上開發(fā)了人員疏散性能化評估軟件SafeGo，并獲得國家軟件著作權。研究結果先后應用于奧運體育場館、布達拉宮、秦山核電站、機場航站樓、大型商業(yè)中心