楼梯作为城市公共交通疏散不可缺少的一环,被广泛用在各种建筑物中,尤其是一些大型的生活娱乐场所。在停电、火灾、地震等紧急情况下,乘坐电梯可能会对人员疏散造成不可预估的伤害,此时楼梯将成为人们唯一的疏散通道。在遇到突发事件时,楼梯区域又很容易出现人员过度拥挤而造成大规模踩踏事故。可见,楼梯既是疏散通道,也是疏散瓶颈区。因此,对楼梯区域人员疏散典型行为特征进行研究,并制定科学的疏散策略具有重要的现实意义。本文从三维视角出发,开展了不同情况下的楼梯区域真人实验,利用视频处理技术提取行人轨迹,对速度、密度、流量等典型特征进行了分析,最后用改进的3D社会力模型进行仿真研究,并给出疏散优化建议。本文主要研究工作如下:(1)开展了地面行走实验、楼梯直线和转圈行走实验。实验表明:行人在运动时,在水平和竖直方向都有明显的摆动现象,其运动轨迹可以用正弦函数较好地拟合;行人在台阶上运动时,其轨迹的振幅与速度成负线性关系,摆动频率与速度成正线性关系;台阶会约束行人的步伐,使他们的微观速度分布呈现出深浅交错的“阶梯状”。(2)开展了常态下楼梯区域人员运动行为观察研究。结果表明:常态下,行人下楼速度大于上楼速度;行人速度与人群密度呈负线性关系,密度越大,速度越小;性别、年龄、群组等因素对行人上下楼速度有显著影响,是否携带行李对行人上下楼速度影响不显著。(3)开展了紧急情况下楼梯区域不同人数的疏散实验。结果表明:逃生状态下,上楼速度反而大于下楼速度,但下楼时人员密度更大,使得下楼时人流量更大,因而下楼疏散效率更高;人员上下楼的微观速度、密度和流量等会随着楼梯结构呈现出明显的层次分布。(4)提出了改进的三维社会力模型,通过对常态和紧急情况下疏散场景、运动轨迹、疏散效率等典型特征进行仿真对比,证明了模型和参数设置的合理性。在此基础上,通过仿真模拟,研究了常态下人员双向运动时,无序、有序和中间有隔板情况下的疏散效率;以及紧急情况下,疏散人数、期望速度、楼梯宽度、中间隔板等因素对人员疏散效率的影响。