基于元胞自动机模型的火灾环境下人员疏散研究

摘要

随着社会高速发展、城市急剧膨胀、人口不断增加,大型建筑、广场、礼堂等公共场所大量涌现。各公共场所人群密集,一旦发生火灾等灾难,极易造成人员的大量伤亡。近年来很多科学家对公共场所内的人员疏散做了研究,也分析了火灾发生时公共场所内的人员疏散特性。本文在此基础上做了进一步研究,利用元胞自动机(CA)建立了更加符合实际的模型,并利用建立的模型进行火灾环境下人员疏散仿真模拟,讨论了火灾蔓延速度等众多因素对疏散过程和时间的影响,并分析了人员出口选择行为对疏散的影响。本文的主要工作如下:
　　 1.考虑到火灾环境下人员运动的特点,结合火灾动态蔓延的特性,建立了人员疏散的FF(floor field)扩展模型。应用此模型模拟分析发生火灾时,不同的系统规模以及不同的系统出口布局对疏散的影响。模拟结果显示,疏散时间随疏散密度的增加而增加,随系统规模的增大而增加；火灾发生在系统中心时,系统的出口分布越均匀便越有利于疏散。
　　 2.运用本文新建的FF扩展模型进行场景模拟,并分析火灾环境下人员疏散过程中的行为特征。研究了火灾环境下系统内有无障碍物、出口的个数与布局形式、火灾的蔓延速度、火灾场强的大小、起火点位置、系统内障碍物的布局等外界条件的变化对人员疏散过程及疏散时间产生的影响。
　　 3.现有模型进行仿真时存在以下问题:某些公共场所自身或因火灾影响而使出口分布不均匀时容易产生各出口处疏散人员分布不均衡的现象,此种情况导致某些出口疏散效率低下。而在现实中人们把出口处的拥挤情况作为其选择路径的一项参考因素,在其运动中存在出口选择行为。本文提出了解决这一问题的两种方案,一是进一步建立基于元胞自动机的火灾环境下具有出口选择行为的FF(floorfield)扩展模型；一是通过调整模型中的静态场强值以均衡附属于各个出口的疏散人员数量。结果表明,公共场所内相同人员密度下考虑出口选择行为比未考虑出口选择行为时疏散时间短,且更加符合实际情况。