基于虚拟人群仿真的大型体育场馆性能化安全疏散设计研究

As public spaces for large and high-density crowd gathering, keeping users safe evacuation is a pre-eminent issue for the architectural design of large sports venues. Because of large sports venues are featured by large spatial scale, diverse function and circulation, and complicated evacuation, the safe evacuation design of this type of buildings could hardly achieve expected accuracy and high efficiency, in dynamic combination with the designing process, and lack of effective instructions and methods, which become the bottleneck problem constraints safe evacuation effectiveness and design level of large sports venues. This study uses virtual crowd simulation techniques to carry on the safe evacuation design method research of large sports venues. It reveals the interaction of the evacuation process of user crowd and the built environments, constructs safe evacuation route model and analyzes the performance by virtual crowd simulation technologies, converts the results to parametric equations; and further uses parametric techniques build dynamic model for safe evacuation, studies its operation procedure and safe evacuation design strategies, then bring forward safe evacuation design method for large sports venues based on virtual crowd simulation technologies, and conducts empirical study by practical projects examples, provides scientific and serviceable accessibility tools and design methods for the safe evacuation design of large sports venues.

作为大量人群瞬时高密度聚集的公共活动场所，保障使用者安全疏散是大型体育场馆建筑设计中一个极为重要的问题。由于大型体育场馆空间规模的超大性、功能流线的多样性、人员疏散的复杂性特征，使得此类建筑的安全疏散设计无法实现应有的准确性与高效性，难以与整个设计过程动态化结合，缺乏有效的方法指引，成为制约大型场馆建筑安全疏散效果和设计水平的瓶颈问题。 本课题采用虚拟人群仿真技术手段，进行大型体育场馆安全疏散设计方法研究。揭示使用人群疏散过程与建筑环境互动规律，建构安全疏散路径模型并通过虚拟人群仿真方法分析测试，将研究结果转化为参数方程；在此基础上应用参数化技术建立安全疏散动态模型，研究其运作流程及安全疏散设计策略，进而提出基于虚拟人群仿真技术的大型体育场馆建筑安全疏散设计方法，并结合具体工程案例开展实证研究，为大型体育场馆安全疏散设计提供科学的、可操作性强的辅助工具和设计方法。

虚拟人群仿真是目前建筑安全疏散设计领域的研究热点。本项目全面系统地研究基于虚拟人群仿真的大型体育场馆安全疏散设计理论和方法，为开发大型场馆性能化设计系统奠定基础，使我国的大型体育场馆建筑设计领域得到进一步拓展，有助于提升设计方案的疏散性能，确保参与大型文体活动的观众安全，降低大量人群高密度聚集的潜在风险。本研究采用虚拟人群仿真、眼动实验和录像分析等多种技术手段进行大型体育场馆的安全疏散设计系统探索，其主要研究内容及重要成果包括：（1）采用实际调研和眼动实验相结合，解析大型场馆人群仿真的疏散设计条件；（2）揭示使用人群与建筑环境动态作用规律，针对大型体育场和体育馆分别构建安全疏散路径理论模型；（3）采用虚拟人群仿真技术分析安全疏散路径模型并分别提出大型体育场和体育馆优化疏散性能的设计策略；（4）整合虚拟人群仿真与火灾动态仿真模型动态解析火灾发生时室内主体空间的烟气扩散情况以及观众层的安全疏散设计问题；（5）基于虚拟人群仿真技术提出大型场馆安全疏散设计方法，探讨人群仿真对大型场馆安全疏散的作用机制。构建行人流模型真实模拟和评价大型体育场馆建筑内观众疏散运动，对于评价大型体育场馆疏散设计的科学性具有重要意义。同时也可用于行人疏散仿真软件，以模拟使用人群在大型体育场馆建筑内的宏观运动情况，提高目前疏散仿真软件的适用性。