人員疏散多格子模型的理論與實驗研究.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、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主要模型——社會力模型和元胞自動機模型都能模擬人員疏散過程中的一些典型現(xiàn)象，但都存在各自的缺點：社會力模型過于復(fù)雜、計算效率低，

2、而元胞自動機模型在表現(xiàn)行人之間以及行人與建筑之間的相互作用方面不夠好，其運算結(jié)果誤差較大。針對這種情況，本文提出了一種新的元胞自動機模型——多格子模型(Multi—grid model)。它的主要特點在于：1)相對于傳統(tǒng)的元胞自動機模型，多格子模型中的空間網(wǎng)格進一步細(xì)化，一個行人占據(jù)多個網(wǎng)格。當(dāng)網(wǎng)格密度足夠大的時候，模型可在行人運動速度、空間位置等方面實現(xiàn)近似連續(xù)變化，與社會力模型相似。2)多格子模型借鑒了社會力模型中受力的計算表達(dá)式，

3、行人間的擠壓變形在模型中用格子重疊來表示，通過重疊格子的位置和數(shù)量來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)到了與社會力模型同等的描述人員疏散行為的能力，同時，其計算效率與經(jīng)典的元胞自動機模型相當(dāng)，大大高于社會力模型。 為了認(rèn)識網(wǎng)格

4、尺寸對疏散行為的作用規(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)化引起的行人錯位分布、運動速度的可變性以及出口與行人相互作用的增強對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)以及運動過程中呈現(xiàn)錯位分布的特性，行人的錯位分布加劇了行人間的相互排斥；網(wǎng)格細(xì)化使得在每個時間步內(nèi)行人可以運動不同的格子數(shù)，從而實現(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，在錯位分布的作用下，形成了多格子模型中特有的行人出口獨占效應(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動模式以及同步更新、順序更新和亂序更新三種更新規(guī)則下網(wǎng)格離散化對疏散時間的影響。 針對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。模型中采用了長方形的行人尺寸設(shè)計，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)