应用Pathfinder软件研究安全出口参数对疏散的影响

袁松如，李成龙

(1.北京海淀区消防支队，北京　100094； 2.华东油气分公司 泰州采油厂，江苏 泰州　225300)



应用Pathfinder软件研究安全出口参数对疏散的影响

袁松如1，李成龙2

(1.北京海淀区消防支队，北京100094； 2.华东油气分公司 泰州采油厂，江苏 泰州225300)

以建筑物的出口为切入点，利用Pathfinder疏散软件进行模拟，从出口数量相同宽度不同、总宽度相同出口数量不同、单位宽度相同出口数量不同三个方面研究出口参数对疏散的影响。

人员疏散；出口宽度；出口数量；数值模拟

大型商场人员密集，当发生火灾等公共安全事故时，由于商铺布置不规则，商铺遮挡视线，不熟悉环境，导致人员疏散困难。在国外，Lee和Hughes[1-2]对人群拥挤踩踏事故进行了研究，Helbing[3-5]等对大规模高密人群的密度、流量、速度等特征参数进行采集，分析了高密度人群在疏散过程中的推搡、踩踏等高风险情况，并对临界条件进行了一定研究，Stylianou Soteris[6]等以高密集的人群为目标利用导航算法进行编程，优化疏散。在国内，冉丽君[7-8]等基于连续人群流动模型、卢春霞[9]依据波动理论均从密度的角度对疏散进行了研究，赵道亮[10]等分析人员聚集状态、房间结构对疏散的影响，沈一洲[11]等建立基于排队论的安全疏散模型，以某礼堂为例研究了出口宽度对人员疏散的影响。从国内外的研究可以看出，大多数研究都是理论性的，与具体建筑结构相关的研究较少。为此，本文研究出口宽度及数量变化对疏散的影响。

1　模拟软件及疏散模型

Pathfinder[12]是一个人员疏散模拟软件，它提供了图形用户界面的模拟设计和执行，以及三维可视化工具的分析结果。Pathfinder有SFPE和steering两种运动模式，SFPE是最基本的行为模式，以流量为基础，人员自动行走到最近的出口；steering是用路径规划原则、指引机制、碰撞处理相结合来控制人员运动的模式。本文采用steering模式，建立一个20 m×20 m的房间，并在墙上设置安全出口，通过设置安全出口不同的疏散宽度、总宽度相同出口数量不同的工况(如表1所示)，分别模拟疏散100、150、200、250、300、350、400人，研究出口宽度及数量对疏散的影响。

表1　模拟工况

2　出口数量相同宽度不同

图1为1个安全出口时疏散时间随疏散宽度的变化图。对比出口宽度为1、1.5 m和4.5、5 m，每次模拟两种疏散宽度所用时间基本相等。当疏散人数为400人时，出口宽度为1或1.5 m时，所用疏散时间约为180 s，而出口宽度为4.5或5 m时，所用疏散时间约为55 s，两者相差125 s；而当疏散人数为100人时，出口宽度为1或1.5 m时，所用疏散时间约为48 s，而出口宽度为4.5或5 m时，所用疏散时间约为20 s，两者相差28 s。由图可知，当出口宽度相同时，随着疏散人数的递增，疏散时间也是递增的；在人数相同的情况下，出口宽度越大，疏散时间越短。

图1　疏散时间随宽度变化图

3　总宽度相同出口数量不同

图2为总宽度2 m，1个和2个安全出口情况下的疏散时间，1-0表示1个安全出口，2-1表示2个安全出口，且出口间距为1 m，以此类推。由图2可看出，当疏散人数相同时，只有1个出口时所用疏散时间最短；2个出口所用疏散时间较长，且疏散时间出现波动，呈现2个峰值。这是由于每个出口的宽度较小，2个出口的人员相互干扰，容易形成拥挤，不利于疏散。随着出口间距的增大，人员到出口的距离会适当减小，2个出口人员相互干扰不明显，疏散速度有所加快。图3、图4为总宽度3、4 m，1个、2个和3个安全出口情况下的疏散时间。由图可看出，当疏散人数相同时，只有1个出口所用疏散时间最短；2个和3个出口所用疏散时间略长，随着出口间距的增大，疏散时间没有明显的波动。图5为总宽度5 m，1个、2个和5个安全出口情况下的疏散时间。由图可看出，当疏散人数相同时，只有1个出口所用疏散时间较短；2个出口所用疏散时间与1个出口基本持平，且随着出口间距的增大，疏散时间无明显波动；而5个出口所用疏散时间出现跳跃，疏散时间均大于前两种情况。这是由于总宽度增大，人流量也跟着增大，1个或2个出口宽度较大，出口间距及人员相互干扰对疏散基本没有影响；当安全出口增多，单个出口宽度小时，人员之间的相互干扰对疏散的影响大，降低了疏散效率。

图2　总宽度2 m出口数量不同时的疏散时间

图3　总宽度3 m出口数量不同时的疏散时间

图4　总宽度4 m出口数量不同时的疏散时间

图5　总宽度5 m出口数量不同时的疏散时间

4　单位宽度相同出口数量不同

图6～图9为出口宽度1、1.5、2、2.5 m时的疏散时间示意图。单位出口宽度相同，出口个数越多，总疏散宽度越大，在疏散人数相同的情况下，所用疏散时间越短。由图6可看出，相对于1个出口，其他情况疏散宽度都成倍增加，而疏散时间却不是相应的成倍减少，且在2个和3个出口之间存在明显的时间跳跃，3、4、5个出口时，疏散时间变化平缓。由图7～图9可看出，总疏散宽度增加1倍，疏散时间并没有降低到原来的一半，只是一定程度的降低。这是由于疏散过程中，人员之间的拥挤和出口宽度，对人流量产生了影响，即使在宽度成倍增加时，人流量受其他因素的影响，不会成倍增加；另一方面，安全出口数量多，分布较分散，这样会使疏散距离相对减小，当出口人流量大时，拥挤程度小，疏散时间短，当出口人流量小时，会导致人员在出口处堵塞，形成拥挤，降低了疏散效率。

图10描述了总宽度为1、2、3、4、5 m，1个出口和多个出口情况下总人流量的对比情况。由图可看出，在总宽度相同情况下，只有1个出口时，人流量比多个出口略大，疏散时间会相对短一些；出口较多时，出口比较分散，人群到出口的距离会相对减小，也会导致疏散时间相对降低，这样在人流量和疏散距离的综合作用下，使得最终的疏散时间相差不大。

图6　出口宽度1 m数量不同时的疏散时间

图7　出口宽度1.5 m数量不同时的疏散时间

图8　出口宽度2 m数量不同时的疏散时间

图9　出口宽度2.5 m数量不同时的疏散时间

5　结论

本文通过模拟研究，可得出如下结论：(1)出口数量相同时，出口宽度越大，人流量就越大，且部分人员的疏散距离减小，所用的疏散时间短；当有多个出口时，随着出口间距的增大，人员离最近出口的距离会相应减小，且疏散人员会相对分散，降低了拥挤程度。(2)总宽度相同出口数量不同情况下，当总宽度小时，出口间距及人员相互干扰对疏散的影响较大；当总宽度大时，出口间距及人员相互干扰对于疏散基本没有影响；当安全出口增多，单个出口宽度小时，人员之间的相互干扰对疏散有影响。(3)单位出口宽度相同，出口个数越多，总的疏散宽度越大，在疏散人数相同的情况下，总的人流量越大，所用疏散时间越短。

图10　总宽度相同时人流量对比图

[1] LEE R C,HUGHES R L.Exploring tramp ling and crushing in a crowd[J].Journal of Transportation Engineering,2005,131(8):575-582.

[2] LEE R C,HUGHES R L.Prediction of human crowd pressures[J].Accident Analysis & Prevention,2006,38:712-722.

[3] HELBING D.Traffic and related self-driven many-particle systems[J].Reviews of Modern Physics,2001,73:1067-1141.

[4] HELBING D,FARKAS I J,VICSEK T.Simulating dynamical features of escape panic[J].Nature,2000,407:487-490.

[5] HELBING D,FARKAS I J,MOLNAR P,et al.Simulation of pedestrian crowds in normal and evacuation situations[J].Pedestrian and Evacuation Dynamics,2002,21:21-58.

[6] Stylianou Soteris,Chrysanthou Yiorgos.Crowd self-organization, streaming and short path smoothing[J].Journal of WSCG,2006,14.

[7] 冉丽君,刘茂.人群密度对人群拥挤事故的影响[J].安全与环境学报,2007,7(4):135-138.

[8] 李剑峰,刘茂,冉丽君.公共场所人群聚集个人风险的研究[J].安全与环境学报,2006,6(5):112-115.

[9] 卢春霞.人群流动的波动性分析[J].中国安全科学学报,2006,16 (2):30-34.

[10] 赵道亮,方廷勇.人员聚集行为对安全疏散的影响研究[C]//Proceedings of 2010(Shenyang)International Colloquium on Safety Science and Technology,2010.

[11] 沈一洲,朱国庆.安全疏散中人群拥挤踩踏现象的理论和模拟分析[J].工业安全与环保,2012,38(6):41-43.

[12] Thunderhead engineering pathfinder[M].Manhattan:Thunderhead Engineering Consultants,Inc.,2009.

(责任编辑马龙)

A Study on the Effect of Evacuation of Exit Parameters Gained through the Pathfinder Software

YUAN Songru1, LI Chenglong2

(1.HaidianDistrictMunicipalFireBrigade,Beijing100094,China; 2.TaizhouOilProductionPlant,EastChinaOilandGasBranchCompany,JiangsuProvince225300,China)

This paper selects a building exit as the starting point, and uses the Pathfinder software as a simulation tool. According to the exits of the same number with different width, the same total width with different number and the same unit width with different number, a research of the impact of exit for evacuation has been conducted.

personnel evacuation; exit width; exit number; numerical simulation

2016-05-08

袁松如(1972—)，男，江西于都人，高级工程师； 李成龙(1988—)，男，湖北钟祥人，助理工程师。

TP391.9; D631.6

A

1008-2077(2016)08-0013-04