突发事件下建筑物出口疏散能力模型及仿真研究

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随着中国城市化进程的不断加速,城市中的人群密度是越来越大,人群密集场所越来越多。一旦发生突发事件,对于建筑物中的人群来讲,往往会造成人员拥堵、踩踏等事件的发生。突发事件的发生概率虽然很小,但是其造成的后果却极为严重。为了减少这种严重后果,合理、快速、有效地疏散在建筑物的人群显得非常重要。许多学者关注整体建筑物疏散,但是对于出口处的拥堵机制和疏散能力研究并不多见。首先本文对有关建筑物出口疏散的典型人群现象做出了总结,认为出口附近典型的人群现象主要三种:拱形人群、从众现象和排队现象。进而分析了可能影响出口疏散能力的因素有两种:第一种是人因,包括个体因素和群体因素,个体因素的影响主要取决于其所在位置、自身素质和对周围环境的熟悉程度,群体因素的影响主要受信息传播和个体之间的相互作用的决定;第二种是物因,这里的物是指建筑物出口结构形式,影响出口疏散能力的结构形式主要有出口宽度、出口数量和走廊转角角度这三种。其次本文研究影响建筑物出口疏散能力的人因,通过分析个体和群体面对紧急情况时的心理反应特征,利用博弈论的研究方法,将人们在出口处的行为分为两种:合作行为和竞争行为,然后建立了出口处的演化博弈模型,采用元胞自动机对人们之间的合作与竞争行为的进行了再现。最后认为合作行为即使在极端危急时刻也会存在,但随着危急程度的增加而降低,相应的疏散时间将会随着环境危急程度的增加而变长;在疏散过程中,合作行为将会受到人们过分理性的抑制,并由此导致延长疏散时间,甚至,过分的理性是导致灾害发生的原因;随着人群从众程度的增加,合作比率随之增长,表明从众行为促进待疏散人员之间的合作,同时疏散时间也会随从众程度的增加而延长,特别是在理性程度比较高时,这种情况尤为明显,也说明了疏散过程的复杂性。最后本文以人群面对紧急情况时的典型心理特征为基础,对Helbing的初始社会力模型中的自驱力和行人之间的作用力进行了改进。以采用改进后的社会力模型为基础的Anylogic仿真平台模拟了影响建筑物出口疏散能力的物理因素,即影响其的主要出口结构形式。本文认为这三种出口结构其影响疏散能力大小的因素,依次是出口宽度、出口数量和转角角度,其影响分别是:随出口宽度的增大,疏散时间随之递减,并且当出口宽度较小时(1.2m到3m之间),其取值对于疏散时间的影响较大,出口宽度一个小的变化就可引发疏散时间的一个较大变化;当增加出口宽度到达一定值以后(出口宽度大于等于3m),不论怎么增加出口宽度的取值,疏散时间都趋于一个定值;单出口和双出口疏散时间的不同,从818.35s到412.68s,充分说明了增加出口数量可有效提高疏散效率,表明了出口的数量在紧急疏散时有着显著的影响,开放备用出口在发生突发情况时可有效减少疏散时间;疏散时间随着转角角度的增大而延长,一个方面是因为人群向内侧移动,导致内侧相对外侧拥挤,直接影响转角附近的行人,并造成后方行人的速度减慢,另一方面是因为在转角处行人势必要转移方向,首先对自身速度产生影响,并且,所耗时间随着转角角度的减小而增长。
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