考虑出口瓶颈处行人转向行为和携带行李的人员疏散特征研究

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“瓶颈”结构普遍存在于大型人员密集场所中(如出口、楼梯、狭窄通道等),也逐渐受到越来越多研究人员的关注。建筑内的“瓶颈”起到了连通建筑空间的作用,但一旦发生紧急灾难事件,它们成为疏散人员的阻碍。大量人员拥堵在瓶颈前可能会导致疏散效率的降低,造成碰撞、跌倒和踩踏等人身伤害。为此,本文从模拟仿真与可控实验两个方面探究了狭窄瓶颈处行人的转向行为和携带行李对行人流特性与疏散效率所产生的影响,针对房间出口“瓶颈”结构内的行人运动行为开展研究。首先,考虑行人运动的异质性、各向异性、时间相关性以及瓶颈处转向行为,提出了一种精细离散化场域元胞自动机模型。与传统场域元胞自动机模型相比,所提出的模型从空间和时间两个维度具有更好的离散精度,并且利用出口转向规则解决了空间精细化后带来的“瓶颈”处死锁问题。通过控制行人出口转向概率参数Pr和侧后向速度比率a两个变量模拟仿真人员通过“瓶颈”的疏散情况。模拟结果表明,引入瓶颈处行人的转向行为可以有效解决瓶颈处的“死锁”问题。疏散时间首先随着出口转向概率Pr和侧后向速度比率α的上升而急剧减少,当Pr>0.5或α>0.6之后疏散效率几乎保持稳定。侧后向速度比率α增加会导致行人之间的冲突更加频繁。为探究行人携带行李对出口瓶颈行人流量的影响,本文还进行了一系列房间“瓶颈”疏散实验。在实验中设置了不同的携带行李人员比例、出口瓶颈宽度和疏散紧急程度等。实验结果表明行人携带行李对狭窄瓶颈处的行人运动特性有显著影响。疏散时间随着行人携带行李比例q的上升而增加,q=0%时的平均出口流量分别比q=100%时,在正常情况和紧急情况下,分别增加了76%和94%。时间间隔的互补累积分布函数CCDF满足幂律“尾部”分布,幂律指数β随着行人携带行李比例的增大而增加。与前人研究一致,行人在瓶颈处的流量随着出口宽度线性上升。模型模拟结果可以加强行人交通管理,保障密集人群疏散的安全。疏散实验结果可以对模型进行验证,揭示“瓶颈”结构下行人流的运动特征和疏散规律,为行人设施规划与设计提供重要的理论依据。
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