人員疏散的多作用力元胞自動機(jī)模型研究.pdf

1、自人類有史以來，火災(zāi)就成為危害人類最持久、最劇烈的災(zāi)害之一。其負(fù)面影響涉及到能源、資源與環(huán)境、人口與健康等重要領(lǐng)域。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展火災(zāi)呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢，安全問題也越來越引起了人們的關(guān)注。有效預(yù)防和減少火災(zāi)人員傷亡是火災(zāi)防治的第一目標(biāo)。探索和發(fā)現(xiàn)人員疏散的典型特征和基本規(guī)律，指導(dǎo)建筑物和公共場所的設(shè)計(jì)是防治火災(zāi)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(guān)鍵作用。近年來提出的多粒子自驅(qū)動模型(社會力模型)可以較好地體現(xiàn)三種力的作用，但由于它是一種連續(xù)型模型，運(yùn)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(jī)模型和格子氣模型等，可以達(dá)到較高的運(yùn)算速度，但很難考慮到摩擦力與排斥力的作用，造成運(yùn)算結(jié)果誤差較大。針對這種情況，本文在經(jīng)典元胞自動機(jī)模型的基礎(chǔ)上，量化確定了摩擦力和排斥力的運(yùn)算規(guī)則，提出了一種新的兼顧計(jì)算效率與精度的元胞自動

3、機(jī)模型CAFE。通過將模型的運(yùn)算結(jié)果與多粒子自驅(qū)動模型進(jìn)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(yīng)等方面都可以得到與后者相同的結(jié)果，而運(yùn)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(jìn)行擴(kuò)展和精確化，本文細(xì)致分析了人員疏散中的典型現(xiàn)象——相對運(yùn)動，建立了擴(kuò)展作用力范圍的相對運(yùn)動模型和考慮交通規(guī)則的相對運(yùn)動模型。研究表明：當(dāng)作用半徑較大時(shí)臨界入口人員密度不依賴于系統(tǒng)尺寸；拓展作用力范圍后，臨界堵

4、塞密度、運(yùn)動速度及其變化趨勢、通道占有率……等基本參數(shù)相比于經(jīng)典模型發(fā)生了明顯改變，行人運(yùn)動效率明顯提高。對考慮交通的相對運(yùn)動模型研究表明：交通規(guī)則并不總是有利于相對運(yùn)動，它取決于兩個(gè)基本相反的因素彼此博弈的結(jié)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(jié)果的基礎(chǔ)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(quán)。研究結(jié)果先后應(yīng)用于奧運(yùn)體育場館、布達(dá)拉宮、秦山核電站、機(jī)場航站樓、大型商業(yè)中心