基于pathfinder的高校人員疏散仿真

【摘要】：針對高校教學樓出口人員疏散問題，根據實地測量數據，運用 Pathfinder 軟件平臺設置建筑物和人員運動參數，對某高校教學樓進行人員疏散模擬仿真。結果表明： 充分利用低樓層教室排課，適當將人數較多班級分散安排至靠近樓梯出口教室，且部分樓層樓梯出口人群分布均勻，因此高校應該對各班級合理安排課程，適當控制學生人數，調整教學樓的人群分布，提高低樓層教室使用率，且充分利用各樓梯出口，縮短較高樓層人員疏散時間，提高疏散效率。

【關鍵詞】： 教學樓； 人員疏散； Pathfinder； 模擬仿真

引言

建筑越來越趨于結構大型化和功能復雜化，進行人員疏散設計時，人員密集，流動性大是設計者面對的主要問題，如何保證人員能夠安全、快速地疏散已成為高樓人員疏散研究的重要方向。從上個世紀50年代起，國內外學者對人員疏散就進行了大量的研究，提了許多重要的疏散模型。但高樓中人員疏散是一個同時具有確定性和隨機性的復雜過程，人員、建筑物和緊急事件三個因素相互影響。因此，對于疏散模型的研究尚不能做到完善。同時由于現有模型建模方式的內在局限，對人員行為這個重點內容也不能進行很好的模擬。有鑒于此，本文對現有疏散模型的特點進行了詳細分析，根據其優缺點，提出了人員疏散模型Pathfinder，并圍繞該模型進行了以三維動畫形式對建筑及人員進行虛擬仿真的研究工作。

1、模型設定

1.1 Pathfinder軟件介紹

Pathfinder是由美國Thunderhead engineering公司開發的一款基于agent的疏散仿真軟件，由圖形用戶界面、仿真器和3D結果顯示器三個模塊構成。軟件可以實現對行人運動方式的兩種基本選擇：SFPE模式和steering模式，由于steering模式更接近現實，仿真中我們均使用steering模式。

1.2 模型選取

窗體頂端

本文以XX學院14號教學樓為例，如下圖所示，樓層前半部分基本以教師辦公室為主，后半部分則是四個教室和雜物間。通過設置疏散人員及教學樓參數實現對突發事件下人群疏散行為的仿真，模擬了不同的出口條件等因素對疏散時間的影響。據模擬結果，在顯示每位疏散路徑的情況下，分析每層樓層平鋪狀態時的軟件模擬3D效果動畫結果。

我們通過改變不同層數人數的變化來觀察教學樓各樓梯出口疏散時間、累計疏散人數和平均人流量變化情況。

v（D）=Vmax *（k-0.26*k*D）/1.19

其中：D為人群密度，Vmax為最大步行速度，k為常值1.40m/s。

因此我們設定人群速度為1.2m/s。

1.3疏散過程

由于三樓人數較多，因此我們選取三樓為測量對象，人群通過教室前后門進入過道，分別向東西兩側樓梯進行疏散，我們通過觀察發現，疏散一段時間后，疏散左側人數較多，容易造成擁擠，而右側人數較少，造成分布不均勻，疏散通道存在擁堵現象，導致疏散時間過長。

2.結論

通過模擬仿真以及排課教室調整使用的方法，進行教學樓疏散模擬仿真，對比分析各樓梯出口的人員疏散情況，研究發現：1） 通過將高樓層人群安排至低樓層教室和較多人數班級安排至靠近樓梯出口教室，人員疏散總耗時有明顯減少且有效縮短樓層東西樓梯出口的疏散完成時間間隔。2） 模擬疏散開始后樓層內東西兩側人群分布影響疏散效率，排課教室調整使4 、5樓人數減少，且2、3樓的兩側樓梯出口匯集人群分布差距分別需減少，低樓層教室和兩側樓梯出口均被充分利用。3） 各樓梯出口累計疏散人數變化不同，其中 5樓變化較為明顯，通過調整班級，累計疏散人數增加出現時間延遲，但較高樓層提前疏散完畢，可適當減少較高樓層人群分布。

參考文獻：

[1]王芳，何勝學，向樂佳. 突發事件下高層建筑樓梯疏散最佳策略分析[J]. 中國安全科學學報，2014，24（7）

[2]呂淑然，楊凱，火災與逃生模擬仿真———Pyrosim + Pathfinder 中文教程與工程運用[M]. 北京： 化學工業出版社，2014.

[3]王群，徐賀，不同樓梯入口設置方式下人員疏散的模擬研究[J]. 中國安全生產科學技術，2015，11（9）

[4]宋衛國，于彥飛，陳濤.出口條件對人員疏散的影響及分析[J].火災科學，2003，12（2）

[5]趙宇寧，黨會森.教學樓應急疏散演練方案改進研究[J].中國公共安全，2011，（3）

[6]王琨、盛武、段若男.基于pathfinder的高校教學樓出口人員疏散仿真研究.2016