緊急疏散的分析與優化

張訓飛 戴悅 王一平

摘要：當緊急情況發生時，人群以最快速度撤離是尤為重要的。我們主要分析多種考慮因素來優化疏散模型。先分析基本理想模型，然后加以多種瓶頸因素分析，包含門寬限制、過道寬度限制、相向流、人群多樣性等問題因素，并仿真優化。最后針對大型擁擠環境提出建議，改善疏散效率。

關鍵詞：最大人流量;相向流;人流密度

一、主要假設

系統本質上是易受影響的，因此難以描述和預測。為了量化不確定性，有必要做出一些簡化的假設。下面列出了我們做出的幾個主要假設前提條件。

1.忽略撤離者心理生理的影響。

2.疏散速度只與其位置和周圍人的密度有關。

3.忽略危險品的情況和能動性。

4.當出現緊急疏散時，忽略訪客的反應時間。

二、基礎理想模型

（一）人流密度模型

首先我們提出了一個概念：人流密度，它代表流中的分布密度，用‘p'來表示。從室內到過道的隊列寬度取決于門的寬度，過道的寬度。隊列寬度取決于走廊的寬度，兩者‘b0'統一表示。其中‘g’表示隊列數。這是給出關系式：

（1）

（二）人流速度模型

第二個是關于個體流動中步行速度和密度之間的關系，一項針對個體流動中三種密度的步行速度的研究，包括正常流動，舒適流動和緊急流動。研究得出結論，最大密度值不超過0.92人/平方米最佳：

（2）

（三）疏散時間模型

第三個是關于疏散時間取決于步行速度和步行距離。假設最佳路線已經確定并且理想，考慮到最后一個人撤離時記為疏散時間，我們得到：

（3）

我們建立了理想的模型，忽視了多種特殊環境下的隊伍重塑問題，甚至忽視了擁堵和特殊拖延行動的影響。

三、瓶頸問題分析

以上分析是關于理想模型而不考慮任何實際情況。然后我們需要考慮并模擬許多因素。

（一）門寬限制因素

基于寬度“A”，室內人數“n”因素，我們建立了一個綜合的疏散時間模型，以提高模型的適應性。在單一出口條件下，可以得到如下所示：

（4）

圖1 ?寬度“A”，室內人數“n”與疏散時間t的關系

在這個模型的幫助下，我們可以計算出a和b的最佳值分別為0.6038和-0.6268。

此模型的要求是A的值必須低，否則失效。

（二）過道寬度限制因素

當發生緊急情況時，為了避免擁擠事故，電梯通常在建筑物內關閉。 同時，自動扶梯可以作為疏散人員的樓梯。疏散能力可表示為：

（5）

其中，Bb代表過道寬度，bb代表墻壁或障礙物的寬度。Nb代表過道數目。

（三）相向流因素

疏散通道中的人流量是可變的。它受到人群運動狀態，心理狀態，過道設計的影響。因為可能有多條過道供選擇，或者人群不知道出口的方向，從而在緊急情況下出現混亂現象。

我們主要側重于室內通道的對象研究，定義流量比“r”來表示人流量與相對運動總流量的比值。定義主流方向比r≥0.5，然后：

（6）

其中， ? ? ? ? ? 分別表示主流和反向人流的流動量。

仿真后，我們進行擬合分析并得到以下公式：

（7）

其中 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的擬合值分別為27.3394，117.8585，-227.2024， 168.7963。

四、其他考慮因素

人群的多樣性包括老人和年輕人，團隊旅行，殘疾人等情況。

年齡對生理學有一定影響。年齡影響人們感知危險和行走速度的能力。身體狀況對疏散也必定有影響。團隊旅行帶來的群體心態和恐慌使乘客容易受到周圍人的感受和行為的影響，無法冷靜地判斷，并且經常在疏散過程中導致沖突和阻塞，這也正是相向流產生的原因之一。

五、針對大規模擁擠的特殊環境的策略

1.預設算法系統根據人體流量信息（人體流量檢測，神經網絡圖像識別，紅外線統計人數）的總結，獲得最佳的疏散方案。當危險發生時，及時產生最佳路由方案并發出警報，該警報由語音引導，疏散標志等組成。

2.預置算法系統需合理安排人員的分布和數量，使管理人員能夠在最短的時間內安全到達疏散目的地。

3.應采用國際標識以應對國際語言障礙問題。通過使用國際高應用語言，減輕了人員的恐慌，使他們能夠有條不紊地聽取指導并疏散。

參考文獻：

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