出口位置對疏散效率的影響研究

謝雪剛

(山東省菏澤市公安消防支隊定陶大隊, 山東荷澤 274000)

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出口位置對疏散效率的影響研究

謝雪剛

(山東省菏澤市公安消防支隊定陶大隊, 山東荷澤 274000)

文章利用動態仿真模型模擬，在出口寬度不變條件下，影院不同出口及走道位置對人員疏散效率的影響。研究結果表明，當出口設置在觀眾席前后兩側時，不利于人員的疏散，且從眾心理及排隊擁堵現象表現得較為明顯；若出口位置不變，將其中一走道設置在觀眾中間，疏散效率提高；當出口設置在觀眾席前方左右兩側時，疏散過程中，人流分配較為合理，且能縮短疏散時間，提高疏散效率；當出口對稱設置在觀眾前方左右兩側，走道設置在觀眾兩側時，此時房間布局為最佳疏散場景，疏散效率最高。

影院； 出口； 疏散效率

踩踏事故是大型活動及公共場所的多發性事故。隨著經濟的發展，大型影劇院、體育賽場等公共場所，國際化程度不斷提高，規模不斷擴大。然而，人群大密度集中出現，使人員傷亡事故發生的可能性增大，疏散過程中，由于瓶頸作用，人員更容易在走道和出口處出現擁擠堵塞現象，造成群死群傷事故的發生。對于大型影劇院、講堂等場所，場所內座椅規則排列，走道狹小，當人員因緊急情況需要立即離開時，疏散過程會受到室內布局的嚴重影響。由于擁擠踩踏事故后果嚴重，如何有效預防事故的發生，理解和掌握人員疏散動力學特征，對疏散具有指導性作用。人員疏散現象及特征亦是行人流理論研究的熱點[1-3]。

隨著計算機的廣泛應用，對人員疏散的研究已經從初期的火災調查發展到計算機模擬研究階段。Helbing等人指出，從人員朝向行為角度出發，將教室過道對稱結構調整為偏向出口側及設計漏斗型過道(距離出口越近的地方，過道寬度越大)，可以減短人員擁堵時的排隊時間，從而提高疏散效率；Burstedde等人對有兩個出口的禮堂進行模擬，模擬結果表明，左右兩側開口方案的疏散效率顯著優于前后兩側開口。

本文以影院為研究對象，通過改變出口位置及室內布局，分析研究其對疏散效率的影響。針對出口位置和室內布局對行人疏散路徑選擇的影響，利用動態仿真模型，研究不同情況下的疏散行人流，實現疏散過程的動態平衡。

1 疏散模型的建立

Pathfinder的運行環境是一個完整的三維三角網格設計，利用計算機圖形仿真技術，其模擬場景可通過3D results viewer動畫視覺效果展示，為緊急情況下人員疏散和建筑設計提供參考依據[4]。人員運行模式包括SFPE模式和Steering模式。SFPE行為是最基本的行為，以流量為基礎的選擇意味著人員會自動轉移到最近的出口，人員不會相互影響，但是列隊將符合SFPE假設。這種模式是基于SFPE消防手冊保護工程和SFPE工程指南：人流行為，利用空間、密度以確定運動速度。Steering模式使用路徑規劃、指導機制和碰撞處理相結合控制人員運動。如果人員之間的距離和最近點的路徑超過某一閥值，算法可以再生新的路徑，以適應新的形式。由于Steering模式更接近現實，本文將運用Steering模式對所建模型進行研究。

2 出口位置變化對疏散效率的影響

疏散過程中，安全出口或疏散路徑不同，行人將選擇不同的疏散策略進行疏散，呈現出不同的疏散流特征。行人在疏散過程中，雖然人員心理和行為存在著個體差異，但仍存在著一些共性。例如，日常生活中常見的從眾心理現象，在疏散過程中尤為明顯，尤其是在火災等緊急情況出現時，由于心里恐慌，從眾心理會表現得尤其顯著。因此，合理地設置出口位置可有效地縮短疏散時間，提高疏散效率。

疏散過程中，出口位置不同，人員發生擁擠程度不同，擁擠部位也存在差異。本文以一影院房間為例，研究出口位置對疏散效率的影響。圖1為相同布置下不同出口位置時，人員疏散至16 s時的疏散場景。其中，場景1～3為相同布局情況下不同出口疏散場景示意圖。場景1中，疏散出口處滯留人員較多，場景2和場景3中，人員分別相對場景1較均衡。這表明，當疏散出口設置在視線前方兩側時，更有利于縮短人員疏散時間，提高疏散效率。

同場景下，疏散出的人員數目隨時間變化關系如圖2所示。由圖知，當疏散走道位于觀眾兩側時，場景2和場景3的疏散效率較高，場景1的疏散效率較差，疏散場景3的疏散時間最短，為65 s。對于場景1，疏散出口設置在觀眾席前方和后方，從眾心理表現得較為明顯，疏散時人員需要改變疏散方向，反向行走，與人員行走過程中趨于使用“捷徑”路線的思維相違背，且人員疏散時趨向于使用視覺范圍內的出口進行疏散，使得后方出口疏散人數較少，疏散人數沒有得到有效分配，延長了疏散時間，降低了疏散效率。場景2和場景3，疏散出口分別位于觀眾席前方兩側，出口方位相同，表1為各疏散場景的兩出口流量。對于場景1，當出口位于前后側時，左側出口疏散人數明顯多于右側后方出口，右側出口疏散人數較少，從模擬效果可知，疏散過程中走道空缺明顯，左側出口排隊等待現象嚴重。這表明，盡管在疏散時遇到嚴重的排隊和擁堵現象，疏散時，人員仍傾向于向視覺前側行走，不愿改變疏散方向，反向疏散，從眾心理較為明顯。場景2相對于場景1，改變出口位置后，人員得以較均勻分配，排隊及擁堵現象減弱，右側出口人數明顯增多，人員疏散完畢時間減小，總體疏散效率分別相應提高。場景3為兩側門對稱設置。從疏散人數可以看出，場景3的疏散人數較其他各場景分配較均勻。通過比較場景1、場景2和場景3，可以看出，適當改變出口位置，有利于疏散人數的合理分配。比較表1數據可知，場景3的疏散人數最為合理，且場景3的疏散時間最短，疏散效率最高。

(a) 場景1

(b) 場景2

(c) 場景3

盡管其中一個出口位置稍微有些變化，但總疏散時間和單位時間內疏散總人數相差較小。

圖2 室內相同布局時疏散時間與疏散人數關系

表1 各出口人流量對比

3 結論

為了更好地研究影院內最佳的疏散方式，考慮出口位置布置對疏散效率的影響，建立人員疏散模型，運用Pathfinder軟件，設計不同場景，分析不同出口位置和走道布局對人員消防疏散效率的影響，主要得出以下結論：

(1)相同走道布局，不同出口位置時，對于出口設置在影院前后兩側的場景，人員聚集于前側出口，而后側出口出現疏散空缺的現象，使得出口人員分配較不合理，總體疏散效率較低；出口位于影院前方兩側時，兩個疏散路線較為明顯，各出口疏散人員數量能夠得到較為合理的分配，提高了疏散效率；當影院走道設置在觀眾兩側，且出口對稱設置在觀眾席前方兩側時，其疏散效率最高。

(2)當影院容量和疏散寬度不變時，應優先考慮出口位置的設計，相同走道位置，不同出口設置對疏散效率有較大影響。出口對稱設置在左右兩側，且過道設置在觀眾兩側為相對優化方案。此外，在實際的疏散過程中，應減少出口擁堵程度及排隊時間，選擇最佳疏散路徑，以縮短疏散時間，提高疏散效率。

[1] 譚惠麗, 邱冰, 劉慕仁, 等.房間內人群疏散過程的元胞自動機研究[J]. 廣西師范大學學報, 2004, 22 (4): 1-4.

[2] SONG Wei-guo, XU Xuan, WANG Bing-hong, et al. Simulation of evacuation processes using a muti-grid model for pedestrian dynamics [J]. Physica A, 2006, 363(2): 492-500.

[3] VARAS A, CORNEJO M D, MAINEMER M, et al. Cellular automaton model for evacuation process with obstacles[J]. Physica A, 2007,382(2): 631-642.

[4] 王靜, 王偉, 柯琪材, 等. 基于Pathfinder的某高校圖書館人員疏散模擬研究[J].安防科技, 2011(6):3-7.

謝雪剛，男，大學本科，助理工程師。

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[定稿日期]2017-04-14