基于Pathfinder 的郊區(qū)集市人員疏散行為研究

龐力文；金成；黃趙涵

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），北京100083）

0 引言

郊區(qū)集市貿(mào)易在經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位和作用，培育與發(fā)展集市貿(mào)易就具有重要意義[1]。但這類(lèi)集市集市交通不便，擁堵現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，且交易活動(dòng)環(huán)境惡劣，存在大量安全隱患[2]，容易發(fā)生安全事故[3]。在半開(kāi)放空間里發(fā)生突發(fā)事件容易造成人員傷亡事件。因此，對(duì)郊區(qū)集市等半開(kāi)放空間的合理疏散進(jìn)行分析對(duì)提高此類(lèi)空間的安全性具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)北京某郊區(qū)集市進(jìn)行調(diào)研，并選用FDS 和Pathfinder 作為工具手段，研究了不同方案下集貿(mào)市場(chǎng)內(nèi)疏散人員的流量、速度、疏散時(shí)間等參數(shù)變化特征，為集市等場(chǎng)所進(jìn)行人員疏散方案的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。

1 場(chǎng)景介紹

實(shí)驗(yàn)?zāi)M選取地點(diǎn)是北京海淀區(qū)某一層層露天集市。該空間長(zhǎng)45m，寬32m，營(yíng)業(yè)面積為1440m2，在市場(chǎng)左右兩側(cè)分別設(shè)有寬2m 的安全出口。營(yíng)業(yè)時(shí)間為7:00-22:00。

通過(guò)FDS 建立的集市模型如圖1 所示。人員初始均勻分布在八塊區(qū)域。

圖1 集市模型及分區(qū)（圖中黑色區(qū)域?yàn)楣衽_(tái)等障礙物）

2 模擬參數(shù)設(shè)置

2.1 Pathfinder 算法原理

Pathfinder 算法是一種有效的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化和分解的方法，適用于又向和無(wú)向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，該算法由兩個(gè)基本的參數(shù)決定——r 和q，r 決定兩個(gè)不直接相連接節(jié)點(diǎn)之間的距離測(cè)度算法，q 限定一個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)路徑中可以的最多節(jié)點(diǎn)數(shù)，節(jié)點(diǎn)之間的距離由閔可夫斯基距離測(cè)度[4]：

當(dāng)r=1 時(shí)，其等于路徑中所有連線權(quán)重之和；當(dāng)r=∞時(shí)，其則等于一條路徑所有連線中的最大值。

2.2 計(jì)算參數(shù)設(shè)置

通過(guò)多次調(diào)研得到集市內(nèi)人員總數(shù)在400-500 人，本文取最高峰數(shù)據(jù)500 人進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。

2.3 人員參數(shù)設(shè)置

經(jīng)過(guò)調(diào)查，集市毗鄰大學(xué)和居民區(qū)，人員主要為學(xué)生和中老年人。據(jù)調(diào)查，青年男性的行走速度為1.35m/s，青年女性的行走速度為1.25m/s，中·年男性行走速度為1.28m/s，中年女性速度為1.18m/s；大客流量時(shí)段顧客的性別占比男性35.7%，女性65.3%。其中青年為42.8%，中老年為57.2%。模型的碰撞體積為50cm。

人員在貨架前的位置隨機(jī)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模擬，所以人員的起始位置也是均勻分布。

2.4 方案設(shè)置

整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，一組使用空白對(duì)照，不加入人員干預(yù)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一組進(jìn)行指揮干預(yù)，調(diào)整人員疏散路徑和設(shè)置疏散延遲，并對(duì)每個(gè)出口的人員疏散數(shù)量進(jìn)行合理分配，方案設(shè)施情況如表1。

方案Ⅰ為在SFPE 模式（即基于出口人員流量的運(yùn)動(dòng)模式）[7]下的模擬實(shí)驗(yàn)疏散，這種模式下人們會(huì)自動(dòng)選擇最近的出口進(jìn)行疏散。方案Ⅱ?yàn)樵赟teering 模式（即控制制導(dǎo)模式）下，本實(shí)驗(yàn)將整個(gè)疏散區(qū)域分為兩大塊，設(shè)置區(qū)域1、2、3、4、5 人群向 D1 疏散，區(qū)域 6、7、8、9、10 人群向 D2疏散；并設(shè)置人員疏散延遲啟動(dòng)，位置越遠(yuǎn)延遲時(shí)間越長(zhǎng)，按照距離出口的距離分成 0s、2s、5s、10s、15s 五個(gè)檔。

表1 出口劃分及延遲參數(shù)設(shè)置

3 結(jié)果分析

3.1 出口疏散速率

圖2 出口的疏散速率

由圖2a）可見(jiàn)SFPE 模式下整個(gè)實(shí)驗(yàn)在開(kāi)始時(shí)人員的啟動(dòng)速率相差不大，都在18s 左右達(dá)到飽和，并趨于平穩(wěn)，但在D1 號(hào)出口處人員在84s 時(shí)接近疏散完畢，但D2 號(hào)出口處卻還有57 人，此時(shí)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行到102.5s 所有人員才疏散完畢。出口出現(xiàn)不飽和狀態(tài)，需要的疏散時(shí)間變長(zhǎng)。由圖2b）可見(jiàn)在Steering 模式下實(shí)驗(yàn)初期的人員啟動(dòng)速率和SFPE 模式下的前期疏散速率圖幾乎保持一致，并趨于同一穩(wěn)定值，說(shuō)明在Steering 模式下的疏散模型也處于飽和狀態(tài)，而且兩條曲線的走勢(shì)基本一致，前期擁有一小段時(shí)間的峰值，與延遲疏散的時(shí)間基本吻合，證明延遲疏散策略擁有一定的增加疏散速度的效果。且曲線在同一時(shí)間結(jié)束，在疏散過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)安全出口使用的真空期在不加人為引導(dǎo)下，人員疏散出口隨機(jī)，在一方疏散完畢之后無(wú)人再使用，造成逃生資源的浪費(fèi)，延長(zhǎng)了疏散時(shí)間，在人員心理焦慮的情況之下無(wú)疑加大了人員疏散的難度和踩踏等事故發(fā)生的機(jī)率。

3.2 疏散人數(shù)和滯留人數(shù)

圖3 疏散人數(shù)和滯留人數(shù)

圖3a）中斜率越大表示安全出口的疏散速度越快，需要的疏散時(shí)間越短，在84s 之前，圖線的斜率穩(wěn)定，說(shuō)明安全出口的利用率處于飽和狀態(tài)，在84s 之后，斜率變小，說(shuō)明更加安全。圖3b）的斜率基本不變也證明了兩個(gè)出口的充分使用沒(méi)有出現(xiàn)真空期，是最理想的一個(gè)疏散方式，也是疏散時(shí)間最短的一個(gè)疏散策略。所有人員疏散完畢時(shí)間到達(dá)92s，相比SFPE 模式下縮短了10s。

根據(jù)晉良海，易小鈺對(duì)公共建筑人群疏散流線負(fù)荷的拓?fù)浣馕瞿Ｐ脱芯靠芍=0 表示疏散空間利用率最高達(dá)到疏散的臨界狀態(tài)。

4 結(jié)論

本文對(duì)封閉式的露天集市人員疏散場(chǎng)景進(jìn)行模擬，對(duì)基于Pathfinder 所構(gòu)建的場(chǎng)景的疏散實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：①在有人指導(dǎo)和無(wú)人指導(dǎo)時(shí)，疏散的效率明顯不同，在指揮協(xié)調(diào)之下，疏散速度明顯加快。②疏散時(shí)間與安全出口的利用率有關(guān)，利用率越高，疏散越快，利用率越低，疏散越慢。