袁松如，李成龍

(1.北京海淀區(qū)消防支隊(duì)，北京　100094； 2.華東油氣分公司 泰州采油廠，江蘇 泰州　225300)

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應(yīng)用Pathfinder軟件研究安全出口參數(shù)對(duì)疏散的影響

袁松如1，李成龍2

(1.北京海淀區(qū)消防支隊(duì)，北京100094； 2.華東油氣分公司 泰州采油廠，江蘇 泰州225300)

以建筑物的出口為切入點(diǎn)，利用Pathfinder疏散軟件進(jìn)行模擬，從出口數(shù)量相同寬度不同、總寬度相同出口數(shù)量不同、單位寬度相同出口數(shù)量不同三個(gè)方面研究出口參數(shù)對(duì)疏散的影響。

人員疏散；出口寬度；出口數(shù)量；數(shù)值模擬

大型商場(chǎng)人員密集，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等公共安全事故時(shí)，由于商鋪布置不規(guī)則，商鋪遮擋視線，不熟悉環(huán)境，導(dǎo)致人員疏散困難。在國(guó)外，Lee和Hughes[1-2]對(duì)人群擁擠踩踏事故進(jìn)行了研究，Helbing[3-5]等對(duì)大規(guī)模高密人群的密度、流量、速度等特征參數(shù)進(jìn)行采集，分析了高密度人群在疏散過(guò)程中的推搡、踩踏等高風(fēng)險(xiǎn)情況，并對(duì)臨界條件進(jìn)行了一定研究，Stylianou Soteris[6]等以高密集的人群為目標(biāo)利用導(dǎo)航算法進(jìn)行編程，優(yōu)化疏散。在國(guó)內(nèi)，冉麗君[7-8]等基于連續(xù)人群流動(dòng)模型、盧春霞[9]依據(jù)波動(dòng)理論均從密度的角度對(duì)疏散進(jìn)行了研究，趙道亮[10]等分析人員聚集狀態(tài)、房間結(jié)構(gòu)對(duì)疏散的影響，沈一洲[11]等建立基于排隊(duì)論的安全疏散模型，以某禮堂為例研究了出口寬度對(duì)人員疏散的影響。從國(guó)內(nèi)外的研究可以看出，大多數(shù)研究都是理論性的，與具體建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究較少。為此，本文研究出口寬度及數(shù)量變化對(duì)疏散的影響。

1　模擬軟件及疏散模型

Pathfinder[12]是一個(gè)人員疏散模擬軟件，它提供了圖形用戶界面的模擬設(shè)計(jì)和執(zhí)行，以及三維可視化工具的分析結(jié)果。Pathfinder有SFPE和steering兩種運(yùn)動(dòng)模式，SFPE是最基本的行為模式，以流量為基礎(chǔ)，人員自動(dòng)行走到最近的出口；steering是用路徑規(guī)劃原則、指引機(jī)制、碰撞處理相結(jié)合來(lái)控制人員運(yùn)動(dòng)的模式。本文采用steering模式，建立一個(gè)20 m×20 m的房間，并在墻上設(shè)置安全出口，通過(guò)設(shè)置安全出口不同的疏散寬度、總寬度相同出口數(shù)量不同的工況(如表1所示)，分別模擬疏散100、150、200、250、300、350、400人，研究出口寬度及數(shù)量對(duì)疏散的影響。

表1　模擬工況

2　出口數(shù)量相同寬度不同

圖1為1個(gè)安全出口時(shí)疏散時(shí)間隨疏散寬度的變化圖。對(duì)比出口寬度為1、1.5 m和4.5、5 m，每次模擬兩種疏散寬度所用時(shí)間基本相等。當(dāng)疏散人數(shù)為400人時(shí)，出口寬度為1或1.5 m時(shí)，所用疏散時(shí)間約為180 s，而出口寬度為4.5或5 m時(shí)，所用疏散時(shí)間約為55 s，兩者相差125 s；而當(dāng)疏散人數(shù)為100人時(shí)，出口寬度為1或1.5 m時(shí)，所用疏散時(shí)間約為48 s，而出口寬度為4.5或5 m時(shí)，所用疏散時(shí)間約為20 s，兩者相差28 s。由圖可知，當(dāng)出口寬度相同時(shí)，隨著疏散人數(shù)的遞增，疏散時(shí)間也是遞增的；在人數(shù)相同的情況下，出口寬度越大，疏散時(shí)間越短。

圖1　疏散時(shí)間隨寬度變化圖

3　總寬度相同出口數(shù)量不同

圖2為總寬度2 m，1個(gè)和2個(gè)安全出口情況下的疏散時(shí)間，1-0表示1個(gè)安全出口，2-1表示2個(gè)安全出口，且出口間距為1 m，以此類推。由圖2可看出，當(dāng)疏散人數(shù)相同時(shí)，只有1個(gè)出口時(shí)所用疏散時(shí)間最短；2個(gè)出口所用疏散時(shí)間較長(zhǎng)，且疏散時(shí)間出現(xiàn)波動(dòng)，呈現(xiàn)2個(gè)峰值。這是由于每個(gè)出口的寬度較小，2個(gè)出口的人員相互干擾，容易形成擁擠，不利于疏散。隨著出口間距的增大，人員到出口的距離會(huì)適當(dāng)減小，2個(gè)出口人員相互干擾不明顯，疏散速度有所加快。圖3、圖4為總寬度3、4 m，1個(gè)、2個(gè)和3個(gè)安全出口情況下的疏散時(shí)間。由圖可看出，當(dāng)疏散人數(shù)相同時(shí)，只有1個(gè)出口所用疏散時(shí)間最短；2個(gè)和3個(gè)出口所用疏散時(shí)間略長(zhǎng)，隨著出口間距的增大，疏散時(shí)間沒(méi)有明顯的波動(dòng)。圖5為總寬度5 m，1個(gè)、2個(gè)和5個(gè)安全出口情況下的疏散時(shí)間。由圖可看出，當(dāng)疏散人數(shù)相同時(shí)，只有1個(gè)出口所用疏散時(shí)間較短；2個(gè)出口所用疏散時(shí)間與1個(gè)出口基本持平，且隨著出口間距的增大，疏散時(shí)間無(wú)明顯波動(dòng)；而5個(gè)出口所用疏散時(shí)間出現(xiàn)跳躍，疏散時(shí)間均大于前兩種情況。這是由于總寬度增大，人流量也跟著增大，1個(gè)或2個(gè)出口寬度較大，出口間距及人員相互干擾對(duì)疏散基本沒(méi)有影響；當(dāng)安全出口增多，單個(gè)出口寬度小時(shí)，人員之間的相互干擾對(duì)疏散的影響大，降低了疏散效率。

圖2　總寬度2 m出口數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

圖3　總寬度3 m出口數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

圖4　總寬度4 m出口數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

圖5　總寬度5 m出口數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

4　單位寬度相同出口數(shù)量不同

圖6～圖9為出口寬度1、1.5、2、2.5 m時(shí)的疏散時(shí)間示意圖。單位出口寬度相同，出口個(gè)數(shù)越多，總疏散寬度越大，在疏散人數(shù)相同的情況下，所用疏散時(shí)間越短。由圖6可看出，相對(duì)于1個(gè)出口，其他情況疏散寬度都成倍增加，而疏散時(shí)間卻不是相應(yīng)的成倍減少，且在2個(gè)和3個(gè)出口之間存在明顯的時(shí)間跳躍，3、4、5個(gè)出口時(shí)，疏散時(shí)間變化平緩。由圖7～圖9可看出，總疏散寬度增加1倍，疏散時(shí)間并沒(méi)有降低到原來(lái)的一半，只是一定程度的降低。這是由于疏散過(guò)程中，人員之間的擁擠和出口寬度，對(duì)人流量產(chǎn)生了影響，即使在寬度成倍增加時(shí)，人流量受其他因素的影響，不會(huì)成倍增加；另一方面，安全出口數(shù)量多，分布較分散，這樣會(huì)使疏散距離相對(duì)減小，當(dāng)出口人流量大時(shí)，擁擠程度小，疏散時(shí)間短，當(dāng)出口人流量小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致人員在出口處堵塞，形成擁擠，降低了疏散效率。

圖10描述了總寬度為1、2、3、4、5 m，1個(gè)出口和多個(gè)出口情況下總?cè)肆髁康膶?duì)比情況。由圖可看出，在總寬度相同情況下，只有1個(gè)出口時(shí)，人流量比多個(gè)出口略大，疏散時(shí)間會(huì)相對(duì)短一些；出口較多時(shí)，出口比較分散，人群到出口的距離會(huì)相對(duì)減小，也會(huì)導(dǎo)致疏散時(shí)間相對(duì)降低，這樣在人流量和疏散距離的綜合作用下，使得最終的疏散時(shí)間相差不大。

圖6　出口寬度1 m數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

圖7　出口寬度1.5 m數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

圖8　出口寬度2 m數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

圖9　出口寬度2.5 m數(shù)量不同時(shí)的疏散時(shí)間

5　結(jié)論

本文通過(guò)模擬研究，可得出如下結(jié)論：(1)出口數(shù)量相同時(shí)，出口寬度越大，人流量就越大，且部分人員的疏散距離減小，所用的疏散時(shí)間短；當(dāng)有多個(gè)出口時(shí)，隨著出口間距的增大，人員離最近出口的距離會(huì)相應(yīng)減小，且疏散人員會(huì)相對(duì)分散，降低了擁擠程度。(2)總寬度相同出口數(shù)量不同情況下，當(dāng)總寬度小時(shí)，出口間距及人員相互干擾對(duì)疏散的影響較大；當(dāng)總寬度大時(shí)，出口間距及人員相互干擾對(duì)于疏散基本沒(méi)有影響；當(dāng)安全出口增多，單個(gè)出口寬度小時(shí)，人員之間的相互干擾對(duì)疏散有影響。(3)單位出口寬度相同，出口個(gè)數(shù)越多，總的疏散寬度越大，在疏散人數(shù)相同的情況下，總的人流量越大，所用疏散時(shí)間越短。

圖10　總寬度相同時(shí)人流量對(duì)比圖

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(責(zé)任編輯馬龍)

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，高級(jí)工程師； 李成龍(1988—)，男，湖北鐘祥人，助理工程師。

TP391.9; D631.6

A

1008-2077(2016)08-0013-04