緊急疏散的分析與優(yōu)化

張訓(xùn)飛 戴悅 王一平

摘要：當(dāng)緊急情況發(fā)生時，人群以最快速度撤離是尤為重要的。我們主要分析多種考慮因素來優(yōu)化疏散模型。先分析基本理想模型，然后加以多種瓶頸因素分析，包含門寬限制、過道寬度限制、相向流、人群多樣性等問題因素，并仿真優(yōu)化。最后針對大型擁擠環(huán)境提出建議，改善疏散效率。

關(guān)鍵詞：最大人流量;相向流;人流密度

一、主要假設(shè)

系統(tǒng)本質(zhì)上是易受影響的，因此難以描述和預(yù)測。為了量化不確定性，有必要做出一些簡化的假設(shè)。下面列出了我們做出的幾個主要假設(shè)前提條件。

1.忽略撤離者心理生理的影響。

2.疏散速度只與其位置和周圍人的密度有關(guān)。

3.忽略危險品的情況和能動性。

4.當(dāng)出現(xiàn)緊急疏散時，忽略訪客的反應(yīng)時間。

二、基礎(chǔ)理想模型

（一）人流密度模型

首先我們提出了一個概念：人流密度，它代表流中的分布密度，用‘p'來表示。從室內(nèi)到過道的隊列寬度取決于門的寬度，過道的寬度。隊列寬度取決于走廊的寬度，兩者‘b0'統(tǒng)一表示。其中‘g’表示隊列數(shù)。這是給出關(guān)系式：

（1）

（二）人流速度模型

第二個是關(guān)于個體流動中步行速度和密度之間的關(guān)系，一項針對個體流動中三種密度的步行速度的研究，包括正常流動，舒適流動和緊急流動。研究得出結(jié)論，最大密度值不超過0.92人/平方米最佳：

（2）

（三）疏散時間模型

第三個是關(guān)于疏散時間取決于步行速度和步行距離。假設(shè)最佳路線已經(jīng)確定并且理想，考慮到最后一個人撤離時記為疏散時間，我們得到：

（3）

我們建立了理想的模型，忽視了多種特殊環(huán)境下的隊伍重塑問題，甚至忽視了擁堵和特殊拖延行動的影響。

三、瓶頸問題分析

以上分析是關(guān)于理想模型而不考慮任何實際情況。然后我們需要考慮并模擬許多因素。

（一）門寬限制因素

基于寬度“A”，室內(nèi)人數(shù)“n”因素，我們建立了一個綜合的疏散時間模型，以提高模型的適應(yīng)性。在單一出口條件下，可以得到如下所示：

（4）

圖1 ?寬度“A”，室內(nèi)人數(shù)“n”與疏散時間t的關(guān)系

在這個模型的幫助下，我們可以計算出a和b的最佳值分別為0.6038和-0.6268。

此模型的要求是A的值必須低，否則失效。

（二）過道寬度限制因素

當(dāng)發(fā)生緊急情況時，為了避免擁擠事故，電梯通常在建筑物內(nèi)關(guān)閉。 同時，自動扶梯可以作為疏散人員的樓梯。疏散能力可表示為：

（5）

其中，Bb代表過道寬度，bb代表墻壁或障礙物的寬度。Nb代表過道數(shù)目。

（三）相向流因素

疏散通道中的人流量是可變的。它受到人群運動狀態(tài)，心理狀態(tài)，過道設(shè)計的影響。因為可能有多條過道供選擇，或者人群不知道出口的方向，從而在緊急情況下出現(xiàn)混亂現(xiàn)象。

我們主要側(cè)重于室內(nèi)通道的對象研究，定義流量比“r”來表示人流量與相對運動總流量的比值。定義主流方向比r≥0.5，然后：

（6）

其中， ? ? ? ? ? 分別表示主流和反向人流的流動量。

仿真后，我們進行擬合分析并得到以下公式：

（7）

其中 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的擬合值分別為27.3394，117.8585，-227.2024， 168.7963。

四、其他考慮因素

人群的多樣性包括老人和年輕人，團隊旅行，殘疾人等情況。

年齡對生理學(xué)有一定影響。年齡影響人們感知危險和行走速度的能力。身體狀況對疏散也必定有影響。團隊旅行帶來的群體心態(tài)和恐慌使乘客容易受到周圍人的感受和行為的影響，無法冷靜地判斷，并且經(jīng)常在疏散過程中導(dǎo)致沖突和阻塞，這也正是相向流產(chǎn)生的原因之一。

五、針對大規(guī)模擁擠的特殊環(huán)境的策略

1.預(yù)設(shè)算法系統(tǒng)根據(jù)人體流量信息（人體流量檢測，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別，紅外線統(tǒng)計人數(shù)）的總結(jié)，獲得最佳的疏散方案。當(dāng)危險發(fā)生時，及時產(chǎn)生最佳路由方案并發(fā)出警報，該警報由語音引導(dǎo)，疏散標(biāo)志等組成。

2.預(yù)置算法系統(tǒng)需合理安排人員的分布和數(shù)量，使管理人員能夠在最短的時間內(nèi)安全到達疏散目的地。

3.應(yīng)采用國際標(biāo)識以應(yīng)對國際語言障礙問題。通過使用國際高應(yīng)用語言，減輕了人員的恐慌，使他們能夠有條不紊地聽取指導(dǎo)并疏散。

參考文獻：

李俊梅，胡成，李炎鋒，等.不同類型疏散通道人群密度對行走速度的影響研究[J].建筑科學(xué)，2014，（08）.

同霄.基于顆粒離散元方法的人群疏散仿真研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2018，（12）.

劉文婷.城市軌道交通車站乘客緊急疏散能力研究[Z].同濟大學(xué)，2008，（03）.