考慮人員運(yùn)動特征的通道行人流與房間人群疏散模擬研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對物質(zhì)精神生活的需求越來越高，各類人員密集的中大型公共場所也日益增多。對于這些人員密集場所，一旦加入外界擾動而且人群管理不當(dāng)?shù)脑挘瑯O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盡量減少堵塞，一直都是研究熱點，對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。廣義上來說，很多空間受限區(qū)域，如影劇院大廳、商場中庭區(qū)域、地鐵車廂與站臺，甚至某些

2、具有封閉邊界的廣場都可以被看成“房間”。房間與房間之間，或者房間與開闊空間之間通過通道相連接，通道作為“瓶頸”將直接影響人員通行效率。本文采用計算機(jī)模擬作為主要的研究手段，考慮人員的運(yùn)動行為特征，針對通道內(nèi)行人流與房間內(nèi)人員疏散開展研究，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。
　　行人動力學(xué)是一類非線性復(fù)雜系統(tǒng)，其基本圖是一個最為重要的研究對象。即使在相同實驗條件下不同研究人員得出的基本圖都可能有很大差異，而且對基本圖差

3、異性的解釋也是千差萬別。基于此，本文從兩類行人微觀運(yùn)動行為出發(fā)，即隨機(jī)慢化過程和鎖步效應(yīng)，研究了這種差異性。建立了一種預(yù)估-修正的元胞自動機(jī)模型:第一步預(yù)估步，預(yù)估所跟蹤行人主運(yùn)動方向前方元胞下一時間步的狀態(tài);第二步修正步，修正所跟蹤行人下一時間步的位置。發(fā)現(xiàn)了隨機(jī)慢化過程和鎖步效應(yīng)對基本圖曲線形式（如凹凸性、拐點位置）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域元胞自動機(jī)模型，對開放性邊界的T型通道交錯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，結(jié)構(gòu)中行人運(yùn)動表現(xiàn)為自由流動;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，系統(tǒng)表現(xiàn)為完全堵塞，阻礙行人運(yùn)動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，系統(tǒng)表現(xiàn)為非完全堵塞，阻礙行人運(yùn)動的主要因素是轉(zhuǎn)變?yōu)橥蛐腥说母蓴_、通道有效寬度的

5、減小和“瓶頸”限制。
　　作為簡單非對稱排它過程的一種擴(kuò)展模式，場域元胞自動機(jī)在重現(xiàn)人員群體自組織現(xiàn)象、細(xì)化個體運(yùn)動行為特征以及通過將遠(yuǎn)程作用轉(zhuǎn)變?yōu)榫植孔饔脺p小計算復(fù)雜度時有著獨特的優(yōu)勢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。在實驗和現(xiàn)場研究中，可以觀測到出口吸引的非均勻性。為了得到個體對出口吸引中心的偏向性與群體疏散效率的影響規(guī)律，本文對場域元胞自動機(jī)靜態(tài)場的構(gòu)造方法進(jìn)行了改進(jìn)。與對照組進(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)生局部匯流延長了群體疏散時間。此外，由于個體偏向性強(qiáng)度的增加導(dǎo)致靜態(tài)場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機(jī)在考慮不同運(yùn)動能力時，會出現(xiàn)困難。這是因為在這種條件下，必須考慮人員路徑的重疊與交叉，行人之間的沖突解決過程也會變得更為復(fù)雜。然而，由于如人員年

7、齡、性別、身體狀況等的生理機(jī)能以及包括對危險的感知與反應(yīng)能力等心理行為的差異性，疏散人員的期望速度可能會出現(xiàn)很大的不同。除此以外，疏散人員會根據(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域元胞自動機(jī)模型。利用較少的CPU消耗時間，可以很好地模擬出微小速度變化的密集人群疏散過程，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。疏散平臺可以通過無量綱流量（F數(shù)）進(jìn)行很好的預(yù)測，這個無量綱F數(shù)可以描