踩踏事件是公共聚集场所的主要事故灾害类型之一,瓶颈场景由于空间结构的强烈收缩和人流容量的巨大反差成为踩踏事件的高发地点。论文基于实验和仿真的方法围绕疏散瓶颈的群体动力学展开研究,针对人群运动过程中的多方面影响因素进行了联合探讨,解释了疏散中群体现象的内部机理,为瓶颈场景的优化设计提供了参考依据。论文的主要工作如下:(1)提出群体动力学的恒稳态检测方法。基于统计物理学中的CUSUM (Cumulative Sum Control Chart)算法,根据疏散瓶颈的群体动力学特性进行了合理改进,通过自回归过程对检测参数临界值进行了校准,并全面验证了改进算法的稳定性,为后续研究打下了基础。(2)开展基本瓶颈场景的群体动力学实验研究。介绍了四组基本瓶颈场景的的群体动力学实验,阐述了实验数据的采集、提取及分析过程,针对实验中的群体动力学特性参数进行了全面研究。整合四组实验的数据结果,同时汇总目前所能采集到的所有基本瓶颈场景群体动力学实验数据,将其进行对比并提取具有普遍性的结论。主要结论包括:宽瓶颈实验与窄瓶颈实验中的行人流量遵循统一的变化规则;行人数量与瓶颈宽度之比大于115人/米时全态行人流量与恒稳态行人流量间的差异可忽略不计;全态行人流量和恒稳态行人流量均与瓶颈宽度呈线性增长关系,其斜率在若干影响因素的共同作用下数值各异;瓶颈前侧区域宽度与瓶颈宽度之比使得线性关系斜率先增加后减小最后保持不变。(3)开展基于实验的群体动力学仿真验证研究。使用人群疏散软件FDS+Evac针对基本瓶颈场景的人群运动过程进行了仿真,基于群体动力学实验数据对仿真结果进行了验证,将多重群体动力学特性参数相结合开展了全面的混合仿真验证研究,大幅提升了验证结果的可靠度。(4)开展复杂瓶颈场景的路径选择研究。介绍了三组复杂瓶颈场景的群体动力学路径选择实验,研究了出口宽度、出口距离和出口附近人群密度对初始选择行为以及路径再规划行为的影响,阐明了复杂瓶颈场景中路径选择过程的内在机理。主要结论包括:路径选择中的出口使用率由初始选择行为和路径再规划行为共同权衡,前者起主导作用,后者起辅助作用;初始选择行为的预判性基于出口宽度、出口距离和出口附近人群密度进行;路径再规划行为具有普遍性和小概率性,其发生时间概率的分布近似于正态分布。(5)开展复杂瓶颈场景的布局优化研究。以元胞自动机模型为底层模型建立了路径选择模型,针对三个出口排列方式不同的复杂瓶颈场景进行了人群疏散过程的仿真,研究了出口距离和出口附近人群密度对路径选择的影响,提出了复杂瓶颈场景中出口排列方式的最优方案。论文的创新之处在于:(1)首次提出专门针对群体动力学的恒稳态检测方法,使得相关研究具有规范性。(2)开展宽瓶颈场景的群体动力学实验研究,将瓶颈宽度的研究范围扩展至5.0m,弥补了研究成果中宽瓶颈场景的数据缺失。(3)提出将多重群体动力学特性参数相结合的全面混合仿真验证方法,大幅提升了验证结果的可靠度。基于疏散瓶颈的群体动力学研究是预防踩踏事件的重点工作。论文为瓶颈场景的优化设计提供了科学合理的参考依据,有助于从根源上遏制踩踏事件的发生,从而为人员密集场所的安全管理工作提供了保障。