紧急疏散的分析与优化

张训飞 戴悦 王一平

摘要：当紧急情况发生时，人群以最快速度撤离是尤为重要的。我们主要分析多种考虑因素来优化疏散模型。先分析基本理想模型，然后加以多种瓶颈因素分析，包含门宽限制、过道宽度限制、相向流、人群多样性等问题因素，并仿真优化。最后针对大型拥挤环境提出建议，改善疏散效率。

关键词：最大人流量;相向流;人流密度

一、主要假设

系统本质上是易受影响的，因此难以描述和预测。为了量化不确定性，有必要做出一些简化的假设。下面列出了我们做出的几个主要假设前提条件。

1.忽略撤离者心理生理的影响。

2.疏散速度只与其位置和周围人的密度有关。

3.忽略危险品的情况和能动性。

4.当出现紧急疏散时，忽略访客的反应时间。

二、基础理想模型

（一）人流密度模型

首先我们提出了一个概念：人流密度，它代表流中的分布密度，用‘p'来表示。从室内到过道的队列宽度取决于门的宽度，过道的宽度。队列宽度取决于走廊的宽度，两者‘b0'统一表示。其中‘g’表示队列数。这是给出关系式：

（1）

（二）人流速度模型

第二个是关于个体流动中步行速度和密度之间的关系，一项针对个体流动中三种密度的步行速度的研究，包括正常流动，舒适流动和紧急流动。研究得出结论，最大密度值不超过0.92人/平方米最佳：

（2）

（三）疏散时间模型

第三个是关于疏散时间取决于步行速度和步行距离。假设最佳路线已经确定并且理想，考虑到最后一个人撤离时记为疏散时间，我们得到：

（3）

我们建立了理想的模型，忽视了多种特殊环境下的队伍重塑问题，甚至忽视了拥堵和特殊拖延行动的影响。

三、瓶颈问题分析

以上分析是关于理想模型而不考虑任何实际情况。然后我们需要考虑并模拟许多因素。

（一）门宽限制因素

基于宽度“A”，室内人数“n”因素，我们建立了一个综合的疏散时间模型，以提高模型的适应性。在单一出口条件下，可以得到如下所示：

（4）

图1  宽度“A”，室内人数“n”与疏散时间t的关系

在这个模型的帮助下，我们可以计算出a和b的最佳值分别为0.6038和-0.6268。

此模型的要求是A的值必须低，否则失效。

（二）过道宽度限制因素

当发生紧急情况时，为了避免拥挤事故，电梯通常在建筑物内关闭。 同时，自动扶梯可以作为疏散人员的楼梯。疏散能力可表示为：

（5）

其中，Bb代表过道宽度，bb代表墙壁或障碍物的宽度。Nb代表过道数目。

（三）相向流因素

疏散通道中的人流量是可变的。它受到人群运动状态，心理状态，过道设计的影响。因为可能有多条过道供选择，或者人群不知道出口的方向，从而在紧急情况下出现混乱现象。

我们主要侧重于室内通道的对象研究，定义流量比“r”來表示人流量与相对运动总流量的比值。定义主流方向比r≥0.5，然后：

（6）

其中，           分别表示主流和反向人流的流动量。

仿真后，我们进行拟合分析并得到以下公式：

（7）

其中                   的拟合值分别为27.3394，117.8585，-227.2024， 168.7963。

四、其他考虑因素

人群的多样性包括老人和年轻人，团队旅行，残疾人等情况。

年龄对生理学有一定影响。年龄影响人们感知危险和行走速度的能力。身体状况对疏散也必定有影响。团队旅行带来的群体心态和恐慌使乘客容易受到周围人的感受和行为的影响，无法冷静地判断，并且经常在疏散过程中导致冲突和阻塞，这也正是相向流产生的原因之一。

五、针对大规模拥挤的特殊环境的策略

1.预设算法系统根据人体流量信息（人体流量检测，神经网络图像识别，红外线统计人数）的总结，获得最佳的疏散方案。当危险发生时，及时产生最佳路由方案并发出警报，该警报由语音引导，疏散标志等组成。

2.预置算法系统需合理安排人员的分布和数量，使管理人员能够在最短的时间内安全到达疏散目的地。

3.应采用国际标识以应对国际语言障碍问题。通过使用国际高应用语言，减轻了人员的恐慌，使他们能够有条不紊地听取指导并疏散。

参考文献：

李俊梅，胡成，李炎锋，等.不同类型疏散通道人群密度对行走速度的影响研究[J].建筑科学，2014，（08）.

同霄.基于颗粒离散元方法的人群疏散仿真研究[J].安全与环境学报，2018，（12）.

刘文婷.城市轨道交通车站乘客紧急疏散能力研究[Z].同济大学，2008，（03）.