火灾环境中人流密集型公共场所的人员聚集及疏散机理研究

本项目旨在研究人流密集型公共场所发生火灾等突发公共事件前后的人员聚集和疏散问题，所采用的二维元胞自动机模型其本质是离散的"社会力"模型。本项目将借鉴生物学中由于趋化效应阿米巴细菌发生聚集的思想，用类似于诱饵物质的"信息素"在元胞上的积累和消散来模拟公共场所的人员聚集行为，建立人员聚集的二维元胞自动机随机模型，分析人员聚集形式和规模对之后紧急疏散的影响，得到密集行人流疏散的运动规律；研究火灾烟气的高温和毒性对个体生理和行为的影响，进一步完善火灾中的人员疏散二维元胞自动机随机模型；在此基础上，研究个体由于吸入过量烟气而晕倒或死亡后的倒地行为，研究倒地位置和方式等对群体疏散的影响规律。本项目的研究将为制定紧急条件下人流密集型公共场所的安全管理策略和疏散设计提供依据。

本项目在前期问卷调查和文献研究的基础上，借鉴生物学“趋化效应”的思想，完成了人员聚集行为的一维和二维理论分析，得到了人员发生聚集行为的判据；以教室、大空间厂房、超市火灾为例，利用FDS（Fire Dynamic Simulator）火灾场模拟软件研究了建筑火灾烟气的发展规律，得到影响人员疏散的特征参数动态数据，包括烟气层高度、特征性气体浓度、温度场、能见度等；建立了基于FDS和元胞自动机人员疏散模型（Cellular Automaton，CA）的ASET（可用安全疏散时间）和RSET（所需安全疏散时间）的计算何分析方法，为性能化设计提供了一个操作性强的新方法；建立了火灾中人员聚集和疏散的二维元胞自动机随机模型，描述人员在位置吸引力和排斥力、人员吸引力和排斥力、火灾排斥力等“社会力”作用下的聚集和疏散过程，在疏散过程中将出口视为特殊的聚集点，和普通意义上的聚集点的区别在于人员到达出口这类特殊聚集点后消失；该模型可实现单个、多个任意位置聚集点的聚集行为模拟，研究了视野范围改变对聚集行为的影响，并研究不同初始聚集状态下的疏散行为；利用EXODUS模型、日本经验公式、Pauls经验公式等方法进行对比研究，分析了高层建筑疏散中楼梯的利用率及就近疏散原则的适用性；用EXODUS和CA对比研究房间出口宽度、人员密度、出口分布等因素对人员疏散的影响；最后针对教室场景，进行了能见度对疏散影响的实验研究。