用元胞自動(dòng)機(jī)模型模擬教學(xué)樓疏散過程.pdf

1、近幾年來，安全問題越來越受到人們的廣泛關(guān)注，尤其是在地震、火災(zāi)等或其他緊急事件突發(fā)的情況下，在學(xué)校、超市等人口密集的公共場所，人員疏散問題越來越成為人們重點(diǎn)關(guān)注的對象。這些場所人流量大，人員密集，隱藏著很大的安全隱患，一旦緊急事件發(fā)生，如果疏散不力，極有可能由于發(fā)生人群的擁擠踩踏而造成大量人員的傷亡及建筑物的損壞，因此安全隱患問題已成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在對人員的疏散進(jìn)行研究的時(shí)候，如果進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)際演練，勢必造成大量人力和財(cái)力的浪費(fèi)

2、，且疏散人員的行為和建筑結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，很難實(shí)施，所以近幾年來越來越多的科學(xué)家通過計(jì)算機(jī)模擬人員從大型建筑物內(nèi)疏散，通過計(jì)算人員離開危險(xiǎn)區(qū)域所用的時(shí)間及分析人員在疏散過程中的行為、心理、及生理等因素的特點(diǎn)進(jìn)行仿真研究，根據(jù)人員疏散結(jié)果和實(shí)際情況，對建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人員的安全防范，提出切合實(shí)際的、合理化的科學(xué)建議。本文的主要工作共分為三個(gè)部分：第一部分，采用Von-Neumann鄰居及擴(kuò)展的Moore鄰居并通過改變更新時(shí)步的方法實(shí)現(xiàn)了多速混

3、合行人流的建模，對雙出口教室內(nèi)的三種不同最大速度行人的疏散過程進(jìn)行了模擬研究，根據(jù)教室的實(shí)際情況重新定義了位置危險(xiǎn)度，該模型能很好地再現(xiàn)了混合行人流的疏散全過程，利用串行更新的二維元胞自動(dòng)機(jī)模型，采用不同最大速度的行人運(yùn)動(dòng)規(guī)則對大型教室里的行人進(jìn)行了模擬疏散和研究，結(jié)果表明由于教室內(nèi)障礙物的存在，最大速度大的行人在疏散過程所用的疏散時(shí)間和最大速度小的差別不明顯，行人堵塞主要集中在課桌之間和走道內(nèi)；疏散時(shí)間主要和走道門的寬度、行人的數(shù)量有

4、關(guān)；兩門之間的距離和門的寬度對疏散時(shí)間影響不大。第二部分，利用偏向隨機(jī)行走格子氣模型中的方向選擇概率的計(jì)算方法，建立二維元胞自動(dòng)機(jī)的行人流疏散模型，對某一層教學(xué)樓的疏散過程進(jìn)行了模擬和研究。結(jié)果得出了疏散時(shí)間與樓梯的數(shù)量、樓道寬度、樓梯寬度以及行人在樓道、樓梯偏向強(qiáng)度的關(guān)系。該模擬結(jié)果對教學(xué)樓的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。第三部分，對一種兩層樓的行人疏散進(jìn)行了模擬和研究。將三維的立體問題簡化成二維的平面問題，運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)，建立一種新的行人

5、運(yùn)動(dòng)規(guī)則模型，主要考查了樓梯的長度、樓梯的寬度、樓道的寬度、房間門的寬度對疏散時(shí)間的影響。結(jié)果表明樓梯的長度、樓道的寬度、房間門的寬度對平均疏散時(shí)間影響不大，而樓梯的寬度對平均疏散時(shí)間影響較大。對行人疏散領(lǐng)域的研究具有非常重要的意義，運(yùn)用控制變量法，通過對一定場所內(nèi)的行人進(jìn)行疏散的模擬和演化，得出最優(yōu)的方案。根據(jù)這個(gè)方案，設(shè)計(jì)者對建筑物的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)，在緊急情況發(fā)生的情況下，使行人的疏散時(shí)間最短；同時(shí)使相關(guān)部門制定安全防范措