考慮人員運(yùn)動(dòng)特征的通道行人流與房間人群疏散模擬研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)精神生活的需求越來(lái)越高，各類人員密集的中大型公共場(chǎng)所也日益增多。對(duì)于這些人員密集場(chǎng)所，一旦加入外界擾動(dòng)而且人群管理不當(dāng)?shù)脑?，極易發(fā)生擁擠踩踏事故引起群死群傷。如何快速有效地將人員安全疏散到指定地點(diǎn)盡量減少堵塞，一直都是研究熱點(diǎn)，對(duì)保障人們生命安全至關(guān)重要。作為一類典型的空間受限區(qū)域，房間安全疏散是建筑疏散最重要的環(huán)節(jié)之一。廣義上來(lái)說(shuō)，很多空間受限區(qū)域，如影劇院大廳、商場(chǎng)中庭區(qū)域、地鐵車廂與站臺(tái)，甚至某些

2、具有封閉邊界的廣場(chǎng)都可以被看成“房間”。房間與房間之間，或者房間與開(kāi)闊空間之間通過(guò)通道相連接，通道作為“瓶頸”將直接影響人員通行效率。本文采用計(jì)算機(jī)模擬作為主要的研究手段，考慮人員的運(yùn)動(dòng)行為特征，針對(duì)通道內(nèi)行人流與房間內(nèi)人員疏散開(kāi)展研究，旨在為發(fā)展有效優(yōu)化的疏散方法提供理論與技術(shù)支撐。
　　行人動(dòng)力學(xué)是一類非線性復(fù)雜系統(tǒng)，其基本圖是一個(gè)最為重要的研究對(duì)象。即使在相同實(shí)驗(yàn)條件下不同研究人員得出的基本圖都可能有很大差異，而且對(duì)基本圖差

3、異性的解釋也是千差萬(wàn)別?；诖?，本文從兩類行人微觀運(yùn)動(dòng)行為出發(fā)，即隨機(jī)慢化過(guò)程和鎖步效應(yīng)，研究了這種差異性。建立了一種預(yù)估-修正的元胞自動(dòng)機(jī)模型:第一步預(yù)估步，預(yù)估所跟蹤行人主運(yùn)動(dòng)方向前方元胞下一時(shí)間步的狀態(tài);第二步修正步，修正所跟蹤行人下一時(shí)間步的位置。發(fā)現(xiàn)了隨機(jī)慢化過(guò)程和鎖步效應(yīng)對(duì)基本圖曲線形式（如凹凸性、拐點(diǎn)位置）及特征參數(shù)（如最大流量、臨界密度等）有顯著影響。隨機(jī)慢化因子減小了有效空間的利用，尤其在中密度區(qū)域。鎖步效應(yīng)則增強(qiáng)了有

4、效空間的利用，尤其在高密度和低速度區(qū)域中。
　　隨后利用同步更新的多場(chǎng)域元胞自動(dòng)機(jī)模型，對(duì)開(kāi)放性邊界的T型通道交錯(cuò)行人流行人之間相互作用進(jìn)行了模擬。在入口人員密度較低時(shí)，結(jié)構(gòu)中行人運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為自由流動(dòng);在入口人員密度較高且人員左行概率與右行概率相差不大時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)為完全堵塞，阻礙行人運(yùn)動(dòng)的主要因素是相向行人之間的干擾作用;左行概率與右行概率相差較大時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)為非完全堵塞，阻礙行人運(yùn)動(dòng)的主要因素是轉(zhuǎn)變?yōu)橥蛐腥说母蓴_、通道有效寬度的

5、減小和“瓶頸”限制。
　　作為簡(jiǎn)單非對(duì)稱排它過(guò)程的一種擴(kuò)展模式，場(chǎng)域元胞自動(dòng)機(jī)在重現(xiàn)人員群體自組織現(xiàn)象、細(xì)化個(gè)體運(yùn)動(dòng)行為特征以及通過(guò)將遠(yuǎn)程作用轉(zhuǎn)變?yōu)榫植孔饔脺p小計(jì)算復(fù)雜度時(shí)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而廣泛為研究人員所接受。房間疏散是建筑疏散的重要的組成部分。在實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)研究中，可以觀測(cè)到出口吸引的非均勻性。為了得到個(gè)體對(duì)出口吸引中心的偏向性與群體疏散效率的影響規(guī)律，本文對(duì)場(chǎng)域元胞自動(dòng)機(jī)靜態(tài)場(chǎng)的構(gòu)造方法進(jìn)行了改進(jìn)。與對(duì)照組進(jìn)行比較，出口吸引的非

6、均勻性不利于群體的疏散效率。由于出口幾何中心與出口吸引中心的位置偏差產(chǎn)生局部匯流延長(zhǎng)了群體疏散時(shí)間。此外，由于個(gè)體偏向性強(qiáng)度的增加導(dǎo)致靜態(tài)場(chǎng)梯度在吸引中心方向的增大，也降低了群體的疏散效率。與其它因素比較，出口吸引的非均勻性的確會(huì)明顯地影響到群體疏散效率。
　　利用同步更新模式的元胞自動(dòng)機(jī)在考慮不同運(yùn)動(dòng)能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)困難。這是因?yàn)樵谶@種條件下，必須考慮人員路徑的重疊與交叉，行人之間的沖突解決過(guò)程也會(huì)變得更為復(fù)雜。然而，由于如人員年

7、齡、性別、身體狀況等的生理機(jī)能以及包括對(duì)危險(xiǎn)的感知與反應(yīng)能力等心理行為的差異性，疏散人員的期望速度可能會(huì)出現(xiàn)很大的不同。除此以外，疏散人員會(huì)根據(jù)疏散環(huán)境不斷地調(diào)整期望速度。因此，本文還建立了一種多速度的場(chǎng)域元胞自動(dòng)機(jī)模型。利用較少的CPU消耗時(shí)間，可以很好地模擬出微小速度變化的密集人群疏散過(guò)程，并具備著良好的可擴(kuò)展性。研究發(fā)現(xiàn):單值速度疏散與多速度疏散存在著明顯差異。疏散平臺(tái)可以通過(guò)無(wú)量綱流量（F數(shù)）進(jìn)行很好的預(yù)測(cè)，這個(gè)無(wú)量綱F數(shù)可以描