时空非均匀人群疏散动力学建模及灾害风险最小化设计

突发事件下公共场所的人员疏散是重大的公共安全问题。由于社会伦理和安全方面的原因，用试验的方法进行研究不太可能，最可行的办法是进行数据归纳、理论分析、和开展数值模拟仿真。目前基于社会力模型或元胞自动机方法的疏散模型研究取得一定成果，但存在考虑因素单一、计算效率不高、适用范围有限、鲜有应用实例等问题。本课题考察人群疏散的典型特征和作用机理，考虑心理生理的影响和人员受伤等微观非均匀要素，建立将粒子群算法和元胞自动机方法相结合的新型人群疏散动力学模型。相比现有文献结果，具有考虑因素多样、速度描述自然、体现内在的随机性和时空非均匀等特点。进而确立典型公共场馆因突发事件导致的灾害风险评估方法和风险最小化设计原则。本课题成果将深化对人群疏散行为机理和演化规律的认识，为大型公共建筑的防灾设计、安全疏散性能评估、日常管理和应急决策提供参考和依据，以有效避免或降低突发事件所带来的人员伤亡和财产损失。

突发事件下公共场所的人员疏散是重大的公共安全问题。由于社会伦理和安全方面的原因，用实验的方法进行研究不太可能，最可行的办法是进行数据归纳、理论分析、和开展数值模拟仿真。目前基于社会力模型或元胞自动机方法的疏散模型研究取得一定成果，但存在考虑因素单一、计算效率不高、适用范围有限、鲜有应用实例等问题。本课题主要成果是：（1）、采用元胞自动机方法，在移动的格子气模型基础之上，发展了突发事件下非均匀格子气人群疏散模型。相比现有文献结果，具有考虑因素多样、速度描述自然、体现内在的随机性和非均匀等特点。本模型中人群位置移动更新规则依赖于局部人群密度和出口拥挤度。出口信息因子 是影响人群疏散过程的一个关键因子，它的取值依赖于局部人群密度。人员之间的相互作用力以及人员与周围墙壁之间的作用力由移动步长、个体之间距离的非线性函数来定义。（2）、发展了基于粒子群（Particle swarm optimization，PSO）场方法的新型人群疏散动力学模型，该模型考虑人员之间的相互作用，考虑实时局部密度的变化，调整个体的最大速度以及保有区域尺寸，具有时空非均匀的特点。引入个体冲量和受伤冲量阈值，考虑人员受伤对疏散过程的影响，同时还比较了多出口疏散与单出口疏散的特点和效率。（3）、引入高程因素，建立了扩展的非均匀格子气模型。高程因素用来描述人群粒子在空间中的高度值。为了进一步研究火灾下的人群疏散规律，建立了火场与人群相互作用模型（agent-based fire and pedestrian interaction model）。根据事件树评估方法，确定室内（以教室为例）火灾风险的一般步骤。（4）、上述模型分别用于教室以及地铁站的人群疏散模拟，得到合理、有参考意义的结果，计算结果与教室内疏散试验结果进行了对比分析。本课题成果将深化对人群疏散行为机理和演化规律的认识，为大型公共建筑的防灾设计、安全疏散性能评估、日常管理和应急决策提供参考和依据，以有效避免或降低突发事件所带来的人员伤亡和财产损失。