论文部分内容阅读
【摘 要】 对于城市各大公共场所来说，出口的疏散能力在很大程度上影响着人民群众的财产安全，如果建筑物出口的疏散能力小，在人员密集的时候人群就不能在规定的时间内数疏散，很容易造成堵塞现象，如果这种堵塞不能及时消除，很容易引起人员的恐慌，甚至引发踩踏事件，因此，设计人员在商场等建筑物的设计中，一定要对疏散口的疏散能力进行专业的评估，设计大小适中的疏散口。本文主要探究离散时间疏散模型在建筑物出口设计中的应用。
【关键词】 离散时间疏散模型；建筑物；出口设计；应用
随着国民经济的发展，各个大中型建筑物如雨后春笋般矗立于我国的各个城市中，对于城市各大公共场所来说，出口的疏散能力在很大程度上影响着人民群众的财产安全，如果建筑物出口的疏散能力小，在人员密集的时候人群就不能在规定的时间内数疏散，很容易造成堵塞现象，如果这种堵塞不能及时消除，很容易引起人员的恐慌，甚至引发踩踏事件。所以，设计人员在商场等建筑物的设计中，一定要对疏散口的疏散能力进行专业的评估，设计大小适中的疏散口。研究影响建筑物疏散的因素可以减小人群密集风险，预防踩踏事故的发生。
一般情况下，建筑物出口的疏散能力不仅与出口的宽度有密切的关系，还与出口的人流通过率有紧密的关系，在传统影响建筑物疏散能力的研究中，一般把建筑物出口的人流通过率作为固定的数值进行研究，实际上出口的人流通过率是一个不断变化的处置，人流的多少会因为时间的不同而有较大的变化，除此之外，人流的速度和人群密度也对人流通过率有着较大的影响，因此，疏散时间的计算在建筑物出口的设计中起着非常关键的作用。目前，国际上已有一些针对不同建筑物的疏散时间计算公式，这些计算公式使用方便、使用范围广泛，但还存在着一些弊病，最为突出的表现是当前的疏散时间计算公式不能真实的反映出人员的实际疏散情况，特别是人群密度较高时的情况。虽然目前人群在建筑物中的疏散数据可以通过电脑来模式，但是由于电脑模拟软件主要针对人群的特性，并不能全面的得出建筑物的人群疏散时间，因此，还需要运用离散时间疏散模型来详细的计算出建筑物中人群的真是疏散时间，为建筑物出口的设计提供真是有效的参考依据。
一、离散时间疏散模型简介
（一）群集理论模型
1.群集理论概念
群集理论是由日本著名学者Togawa提出，该理论认为，要测算出建筑物中确切的人群疏散时间，可以在人群的疏散方向中取一个断面，标识为p，向该断面前进的人群则称之为流入群集，如果由于某些原因的影响，例如台阶、通道宽度变化以及楼梯灯因素的影响，使得通道的特性得以改变，这种情况下断面处出现的滞留人群就称之为滞留群集，滞留人群中通过该断面继续前进的则称之为流出群集，通过这三个群集数据来得出建筑物中人群的离散时间。可以看到，群集理论中主要强调了三个概念，及流入群集、滞留群集以及流出群集。
2.群集模型的实际应用
通过群集理论可以得出断面P点出的集结群集、疏散群集以及滞留群集。
（1）集结群集的计算方法
假设在实际的疏散过程中，人流经过n个建筑物中内部的分支入口最后都汇集到同一个出口疏散，那么，自疏散时间t（该t设为0）时刻到T（该T为疏散终止时间）时刻起，到达该断面P的人员计算方法为：
其中，f’i（t）是第i个分支入口的群集流动系数，B’i（t）是第i个分支入口的人流宽度，n即分支入口的数量。
（2）疏散群集人数的计算方法
从疏散开始时刻，即t=0时，在疏散终止时刻T时，经过P点的疏散群集人数计算方法为：
其中B（t）就是出口的人流宽度
3.滞留群集人数的计算方法
到了T时刻，到达P点的滞留群集人数的计算方法为
滞留群集人数=群集人数-疏散群集人数=+
二、离散时间疏散模型在建筑出口设计中的应用
人群的流动系数是离散时间疏散模型中的关键参数之一，该参数主要表达了人群的密度以及人群的移动速度，一般情况下，人群的密度和人群的移动速度呈对数关系，同时也可以说两者是呈线性关系，人群的移动速度跟人群的密度呈反比，如果人群的移动速度大，那么人群的密度就小，如果人群的移动速度小，那么人群难以疏散，其相对密度的数值就会偏大，在实际的建筑出口中，人群密度越大，那么越容易发生人群的聚集。
人群移动速度和密度之间的计算方法如下：
根据人群移动速度，就可以得出人群流动系数的计算方式：
在上述公式中，v表示人群的移动速度，D表示人口密度
根据实际的调查研究表面，疏散人数随出口宽度的变化而有所不同，在时间t=20～30s时，时间与人数的线性曲线呈现出弯曲的形态，这种弯曲形态出现的原因就是由于在这一时间段内，出口处人群密度不断变大从而导致人流通过率下降的原因，据实际的调查活动表明，当建筑物中出口的宽度由2.1米增加至4.1米时，疏散时间就大幅减少，减少的时间接近50秒，当建筑物出口的宽度继续增加至6.1m时，实际疏散时间只减少10秒左右，这种情况的对比说明，在建筑物的出口宽度到达一定的数值后，单纯的增加建筑物的出口宽度并不能从本质上缩短疏散时间，因为当建筑物的宽度到达一定的程度后，人群的聚集数值也有所不同，在这个时候，决定建筑物中人群疏散时间的主要因素就转变为人群的聚集状态参数了，人群的聚集度越高，疏散时间久越慢，人群的聚集度越低，那么相应的疏散时间也就越快了。除此之外，当建筑物的出口宽度从6.1m减小至2.1m时，不同疏散模型的人群疏散时间之间的差异就会减小，数值参数慢慢的接近，造成这种情况的原因是由于，当建筑物的出口宽度设计为6.1m时，那么这种宽度数值下决定不同疏散方式的人群疏散时间的主要因素就是人群的运动距离了，人群的运动距离越大，那么疏散时间就越快，人群的运动距离越小，那么就可以判断出相应的疏散时间就越慢了。随着建筑物出口宽度的下降，那么这时人群在出口处的聚集状态就成为影响出口疏散时间的主要因素，在建筑物的出口宽度下降至2.1m时，不同疏散方式的人群具体状态基本上没有什么大的差别，几乎保持同步，由于这种因素的影响，不同疏散方式之间疏散时间的差别也很小，甚至接近为零。同时，在考虑建筑物出口的疏散时间时，除了要考虑到人群的聚集参数、人群的运动距离等因素的影响，还要考虑到人群的滞留对疏散速度和疏散时间，在建筑物出口宽度比较窄的情况下，人群的滞留对人群疏散速度和疏散时间的影响就很大了，在宽度到达4.1米和6.1米的情况时，这个时候人群的滞留对疏散速度和疏散时间的影响就很小了。
离散时间模型应用的关键问题是人群流动系数的数值，在实际的分析工作中，对人群流通系数不应该按照常规的常数进行取值，应该根据人群聚集度、聚集时间的变化将人群流通系统作为一个变量来研究，传统的数值计算工具只是一个简化的计算工具，不会考虑到人群流动系数对实际疏散时间的影响，离散时间疏散模型的优势就是可以将人群流动系数作为变量来计算出实际的疏散时间，因此，离散时间疏散模型富有一定的实用性，可以为建筑物的出口设计提供有效的参考。
参考文献
[1] 赵国敏、倪照鹏、张青松：地铁车站人员疏散离散时间模型研究，防灾减灾工程学报[J]，2010（4）
[2] 王振、刘茂：离散时间疏散模型在建筑出口设计中的应用，天津大学学报{J}，2010（4）
[3] 刘强、杨浩、陆化普：运动场馆人流疏散及其模型探讨，土木工程学报{J}，2004（37）
【关键词】 离散时间疏散模型；建筑物；出口设计；应用
随着国民经济的发展，各个大中型建筑物如雨后春笋般矗立于我国的各个城市中，对于城市各大公共场所来说，出口的疏散能力在很大程度上影响着人民群众的财产安全，如果建筑物出口的疏散能力小，在人员密集的时候人群就不能在规定的时间内数疏散，很容易造成堵塞现象，如果这种堵塞不能及时消除，很容易引起人员的恐慌，甚至引发踩踏事件。所以，设计人员在商场等建筑物的设计中，一定要对疏散口的疏散能力进行专业的评估，设计大小适中的疏散口。研究影响建筑物疏散的因素可以减小人群密集风险，预防踩踏事故的发生。
一般情况下，建筑物出口的疏散能力不仅与出口的宽度有密切的关系，还与出口的人流通过率有紧密的关系，在传统影响建筑物疏散能力的研究中，一般把建筑物出口的人流通过率作为固定的数值进行研究，实际上出口的人流通过率是一个不断变化的处置，人流的多少会因为时间的不同而有较大的变化，除此之外，人流的速度和人群密度也对人流通过率有着较大的影响，因此，疏散时间的计算在建筑物出口的设计中起着非常关键的作用。目前，国际上已有一些针对不同建筑物的疏散时间计算公式，这些计算公式使用方便、使用范围广泛，但还存在着一些弊病，最为突出的表现是当前的疏散时间计算公式不能真实的反映出人员的实际疏散情况，特别是人群密度较高时的情况。虽然目前人群在建筑物中的疏散数据可以通过电脑来模式，但是由于电脑模拟软件主要针对人群的特性，并不能全面的得出建筑物的人群疏散时间，因此，还需要运用离散时间疏散模型来详细的计算出建筑物中人群的真是疏散时间，为建筑物出口的设计提供真是有效的参考依据。
一、离散时间疏散模型简介
（一）群集理论模型
1.群集理论概念
群集理论是由日本著名学者Togawa提出，该理论认为，要测算出建筑物中确切的人群疏散时间，可以在人群的疏散方向中取一个断面，标识为p，向该断面前进的人群则称之为流入群集，如果由于某些原因的影响，例如台阶、通道宽度变化以及楼梯灯因素的影响，使得通道的特性得以改变，这种情况下断面处出现的滞留人群就称之为滞留群集，滞留人群中通过该断面继续前进的则称之为流出群集，通过这三个群集数据来得出建筑物中人群的离散时间。可以看到，群集理论中主要强调了三个概念，及流入群集、滞留群集以及流出群集。
2.群集模型的实际应用
通过群集理论可以得出断面P点出的集结群集、疏散群集以及滞留群集。
（1）集结群集的计算方法
假设在实际的疏散过程中，人流经过n个建筑物中内部的分支入口最后都汇集到同一个出口疏散，那么，自疏散时间t（该t设为0）时刻到T（该T为疏散终止时间）时刻起，到达该断面P的人员计算方法为：
其中，f’i（t）是第i个分支入口的群集流动系数，B’i（t）是第i个分支入口的人流宽度，n即分支入口的数量。
（2）疏散群集人数的计算方法
从疏散开始时刻，即t=0时，在疏散终止时刻T时，经过P点的疏散群集人数计算方法为：
其中B（t）就是出口的人流宽度
3.滞留群集人数的计算方法
到了T时刻，到达P点的滞留群集人数的计算方法为
滞留群集人数=群集人数-疏散群集人数=+
二、离散时间疏散模型在建筑出口设计中的应用
人群的流动系数是离散时间疏散模型中的关键参数之一，该参数主要表达了人群的密度以及人群的移动速度，一般情况下，人群的密度和人群的移动速度呈对数关系，同时也可以说两者是呈线性关系，人群的移动速度跟人群的密度呈反比，如果人群的移动速度大，那么人群的密度就小，如果人群的移动速度小，那么人群难以疏散，其相对密度的数值就会偏大，在实际的建筑出口中，人群密度越大，那么越容易发生人群的聚集。
人群移动速度和密度之间的计算方法如下：
根据人群移动速度，就可以得出人群流动系数的计算方式：
在上述公式中，v表示人群的移动速度，D表示人口密度
根据实际的调查研究表面，疏散人数随出口宽度的变化而有所不同，在时间t=20～30s时，时间与人数的线性曲线呈现出弯曲的形态，这种弯曲形态出现的原因就是由于在这一时间段内，出口处人群密度不断变大从而导致人流通过率下降的原因，据实际的调查活动表明，当建筑物中出口的宽度由2.1米增加至4.1米时，疏散时间就大幅减少，减少的时间接近50秒，当建筑物出口的宽度继续增加至6.1m时，实际疏散时间只减少10秒左右，这种情况的对比说明，在建筑物的出口宽度到达一定的数值后，单纯的增加建筑物的出口宽度并不能从本质上缩短疏散时间，因为当建筑物的宽度到达一定的程度后，人群的聚集数值也有所不同，在这个时候，决定建筑物中人群疏散时间的主要因素就转变为人群的聚集状态参数了，人群的聚集度越高，疏散时间久越慢，人群的聚集度越低，那么相应的疏散时间也就越快了。除此之外，当建筑物的出口宽度从6.1m减小至2.1m时，不同疏散模型的人群疏散时间之间的差异就会减小，数值参数慢慢的接近，造成这种情况的原因是由于，当建筑物的出口宽度设计为6.1m时，那么这种宽度数值下决定不同疏散方式的人群疏散时间的主要因素就是人群的运动距离了，人群的运动距离越大，那么疏散时间就越快，人群的运动距离越小，那么就可以判断出相应的疏散时间就越慢了。随着建筑物出口宽度的下降，那么这时人群在出口处的聚集状态就成为影响出口疏散时间的主要因素，在建筑物的出口宽度下降至2.1m时，不同疏散方式的人群具体状态基本上没有什么大的差别，几乎保持同步，由于这种因素的影响，不同疏散方式之间疏散时间的差别也很小，甚至接近为零。同时，在考虑建筑物出口的疏散时间时，除了要考虑到人群的聚集参数、人群的运动距离等因素的影响，还要考虑到人群的滞留对疏散速度和疏散时间，在建筑物出口宽度比较窄的情况下，人群的滞留对人群疏散速度和疏散时间的影响就很大了，在宽度到达4.1米和6.1米的情况时，这个时候人群的滞留对疏散速度和疏散时间的影响就很小了。
离散时间模型应用的关键问题是人群流动系数的数值，在实际的分析工作中，对人群流通系数不应该按照常规的常数进行取值，应该根据人群聚集度、聚集时间的变化将人群流通系统作为一个变量来研究，传统的数值计算工具只是一个简化的计算工具，不会考虑到人群流动系数对实际疏散时间的影响，离散时间疏散模型的优势就是可以将人群流动系数作为变量来计算出实际的疏散时间，因此，离散时间疏散模型富有一定的实用性，可以为建筑物的出口设计提供有效的参考。
参考文献
[1] 赵国敏、倪照鹏、张青松：地铁车站人员疏散离散时间模型研究，防灾减灾工程学报[J]，2010（4）
[2] 王振、刘茂：离散时间疏散模型在建筑出口设计中的应用，天津大学学报{J}，2010（4）
[3] 刘强、杨浩、陆化普：运动场馆人流疏散及其模型探讨，土木工程学报{J}，2004（37）