（安全技术及工程专业论文）紧急条件下人员疏散特殊行为的元胞自动机模拟.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t r e s e a r c hw o r ko no c c u p a n te v a c u a t i o ni sm a i n l yd e v e l o p e db yc o m p u t e r s i m u l a t i o nb e c a u s eo ft h ea b s e n c eo fr e a ld a t aa n dt h ev e r a c i t yo fe x p e r i m e n t s s o m er e s e a r c h e r sa r en o wt r y i n gt od os o m er e s e a r c ho ns p e c i a lp s y c h o l o g y a n db e h a v i o ri ne v a c u a t i o n ，b u tq u e s t i o n n a i r ea f t e rd i s a s t e ri ss t i l lt h em a i n m e t h o d ， o u r t w od i m e n s i o n a lc e l l u l a ra u t o m a t ao c c u p a n te v a c u a t i o nr a n d o m m o d e lw h i c hi sb a s e du p o nt h ee x i s t i n gc e l l u l a ra u t o m a t am o d e l sa n d s o c i a l f o r c e ”m o d e li se s s e n t i a l l yad i s c r e t es o c i a lf o r c em o d e l f i r s t l y ，s o m eu s e f u lk n o w l e d g eo fc e l l u l a r a u t o m a t aa n de v a c u a t i o n m o d e la r ei n t r o d u c e db r i e f l y t h e n ，o c c u p a n te v a c u a t i o ni nf i r er o o mi s s i m u l a t e da n dt h ei n f l u e n c eo fv i s u a lf i e l do ne v a c u a t i o nb e h a v i o ri s e m p h a s i z e d o c c u p a n t s e v a c u a t i o nr o u t e sa r ec h a n g e db ya d j u s t i n gt h ev a l u e o fd a n g e rg r a d e ；t h ec h a n g eo fv i s i b i l i t yc a u s e db ys m o k ei sd e p i c t e db yt h e r a d i u so fc e l l sn e i g h b o r h o o d s e c o n d l y ，s o m es p e c i a lp s y c h o l o g ya n db e h a v i o ri ne m e r g e n te v a c u a t i o n a r es i m u l a t e di n c l u d i n gt h ep s y c h o l o g yo fg o i n gw i t ht h ec r o w d ，s u b g r o u p p h e n o m e n o na n dt h ek i nb e h a v i o r 。s o m ei n t e r e s t i n gp h e a o m e n a ，s u c ha s j a m m i n g ，i n c o h e r e n c e ，g a t h e r i n g ，b a c k t r a c k i n ga n dw a i t i n g ，a r ec a u s e db y s u b - g r o u pb e h a v i o r ；t h e d i s a d v a n t a g e so fs u b ，g r o u p a n dk i nb e h a v i o ra r e a n a l y z e d ；t h ep s y c h o l o g yo fg o i n gw i t ht h ec r o w di sn o ta l w a y sh a r m f u l ，t h e p r o p e rp s y c h o l o g y c a l lt r a n s f e rt h ei n f o r m a t i o n e f f e c t i v e l y , w h i l et h e s e v e r e p s y c h o l o g yw i l lr e d u c et h eu s i n ge f f i c i e n c yo fe x i t s ，c a u s ep a s s i v er o u t ec h o i c e sa n d r e s u l ti n j a m m i n g m o r e o v e r , t h ep s y c h o l o g yo fg o i n gw i t ht h ec r o w d ( g w c ) i n e v a c u a t i o n i sc l a s s i f i e da sd i r e c t i o n a lg w ca n ds p a e i a l g w c ，a n d q u a n t i t a t i v e a n a l y s i so nt h ei n f l u e n c eo ft h e s et w ok i n d so fp s y c h o l o g yo n e v a c u a t i o nu n d e rd i f f e r e n tp h y s i c a lc o n d i t i o n sa r ed i s c u s s e d ， f i n a l l y ，t h ei n f l u e n c eo fb u i l d i n ge x i ts t r u c t u r eo no c c u p a n te v a c u a t i o n a b s t r a c t b e h a v i o ri si n v e s t i g a t e dt h e o r e t i c a l l y i nt h i sp a r t ，e x i td y n a m i c so fo c c u p a n t e v a c u a t i o ni na ne m e r g e n c yi sa n a l y z e df i r s t t h e “a r c h s h a p eo fo c c u p a n t d i s t r i b u t i o na tb u i l d i n ge x i tc a u s e db yd e n s ep e d e s t r i a nf l o wi sv i v i d l y o b s e r v e db ys i m u l a t i o nd e m o ；t h er e l a t i o n sb e t w e e nt o t a lf l u xa n de x i tw i d t ha r e f i t t e di n t oat h r e eo r d e rp o l y n o m i a le q u a t i o n ；t h es y m m e t r i c a ll a y o u to fb u i l d i n ge x i t s i sa l s od i s c u s s e d t h e n ，p e d e s t r i a nf l o wo fe v a c u a t i o ni sr e g a r d e da sak i n do f c o n s c i o u sg r a n u l a rf l o w , t h ed i m e n s i o n l e s sc r i t i c a lv a l u eo fe x i tw i d t hc o r r e s p o n d i n g t od e n s e - t o d i l u t ef l o wt r a n s i t i o ni sd i s c u s s e d ，a n dt h ei n f e c t i o no fe x i ts e p a r a t i o no n e v a c u a t i o nb e h a v i o ri sa n a l y z e d k e y w o r 矗o c c u p a n te v a c u a t i o n ；c e l l u l a ra u t o m a t a ；p s y c h o l o g yo fg o i n g w i t ht h e c r o w d ；s u b g r o u pp h e n o m e n o n ；k i nb e h a v i o r ；e x i td y n a m i c s ； c o m p l e xs y s t e m ；p e d e s t r i a nf l o w ；f i r e 符号表 符号表 逃生时间 建筑物耐受时间 时间步( t i m es t e p ) 火灾的影响程度 时间 火灾扩散系数 火灾衰减系数 所考察格点与周围格点受火灾影响程度之差 总危险度 位置危险度 火灾危险度 火灾危险度系数 吸引力作用半径 吸引力作用半径 人员间吸引力影响系数 人员运动方向吸引力影响系数 无量纲房间长度 无量纲出口宽度 出口所在边无量纲总宽度 无量纲出口间距 单位无量纲出口宽度平均流量( 人秒) 总平均流量( 人，秒) 耙 m 8 e ， 彳 口 能 叻 肋 肋 口 n n 锄幻 三 j d 厂 g q 图例目录 图例目录 图2 1v o n n e u m a n n 型邻域模型中人员可能的运动方向1 3 图2 2 邻域的定义。1 7 图2 3 基本模型模拟出的第5 ，2 5 ，6 5 个时间步时的人员分布状态图1 8 图2 4 火灾房间疏散第0 ，1 0 ，1 1 0 个时间步时的人员分布状态图1 9 图2 5 视野( 邻域半径) 的影响2 0 图2 6 不同疏散总人数时，疏散时间与邻域半径的关系2 1 图2 7 不同邻域半径时，疏散时间与疏散总人数的关系2 2 图3 i 小群体疏散3 0 图3 2 吸引力大小与疏散时间的关系3 1 图3 3 四房间结构，从众心理3 3 图3 4 四房间结构，亲情行为3 4 图3 5 超市中随机分布了1 1 8 3 人，疏散初始状态3 5 图3 6 超市结构，从众效应第1 0 0 t s 的状态3 6 图3 7 超市结构，亲情行为典型时刻的人员分布状态图3 7 ，3 8 图3 8 房间2 2 格2 2 格，2 4 2 人初始随机分布3 9 图3 9 疏散时间与方向吸引力系数的关系4 0 图3 1 0 房间尺寸2 2 格4 7 格，初始2 4 2 人随机分布4 2 图3 1 lk d 对疏散时间的影响范围与房间长度l 的关系：4 2 图3 1 2k a 对疏散时间的影响范围与房间长度l 的关系4 3 图3 1 3k d 对疏散时间的影响范围与房间出口宽度d 的关系4 5 图3 1 4k a 对疏散时间的影响范围与房间出口宽度d 的关系4 5 图3 1 5k d 对疏散时间的影响范围与人员初始密度的关系4 7 图3 1 6k a 对疏散时间的影响范围与人员初始密度的关系4 8 图4 1 房间1 8 1 4 ，2 0 0 人随机分布5 3 图4 2 算例1 中q 与d 的关系5 4 图4 3 算例l 中疏散时间步t s 与d 的关系5 4 v 图例目录 图4 4 算例l 中q 与d 的关系5 5 图4 5 算例2 中q 与d 鲍关系5 7 图4 6 算例2 中疏散时间t s 与d 的关系5 7 图4 7 算例2 中q 与d 的关系5 8 图4 8 出口宽度d = l 时，出口间距f 与单位出口宽度流量q 的关系，6 i ，6 2 图4 9 两个出口的布置6 2 图4 i o 出口宽度d = 2 时。出口间距f 与单位出口宽度流量q 的关系6 3 图4 1 1 算铆2 中q 与f 的关系一6 5 图4 1 2 疏散时间的方差与出口间距的关系6 7 图4 1 3 初始分布，l = 1 0 0 ，d = 3 0 ，d = 2 ，1 5 3 4 人随机分布6 8 图4 1 4 不同出口宽度。第5 0 0 时间步时的人员分布6 9 图4 1 5 单一出口，单位出口宽度流量与无量刚出口宽度之间的关系7 0 图4 1 6 初始分布：l _ 1 0 0 ，d = 2 4 ，d = 3 ，卢8 ，1 4 1 5 人7 l 图4 1 7 不同出口宽度情况下，出口间距与疏散时间之间的关系7 1 图4 1 8 不同出口间距时，典型时刻的人员分布状态图j 7 2 ，7 3 图4 1 9 两个出口时，q 与d 之间的关系7 3 图4 2 0 超市疏散中，出口宽度与疏散时间的关系7 5 图例目录 表3 1 不同边长时，k d 对疏散时间的影响4 0 表3 2 不同边长时，k a 对疏散时间的影响4 l 表3 3 不同房间长度时，k d 对疏散时间的影响4 2 表3 4 不同房间长度时，k a 对疏散时间的影响4 3 表3 5 不同出口宽度时，k d 对疏散时间的影响4 6 表3 6 不同出口宽度时，k a 对疏散时间的影响4 6 表4 1 房间1 8 x 1 4 ，2 0 0 人，单一出口，d ，t s ，q ，q 的关系5 6 表4 2 房间5 0 x 5 0 ，1 3 6 5 人，单一出1 3 ，d ，t s ，q ，q 的关系5 8 6 0 表4 3 房间1 8 x 1 4 ，2 0 0 入，两出口，出1 3 宽度d = l 。f t s 和q 的关系6 3 表4 4 房间1 8 x 1 4 ，2 0 0 人，两出1 3 ，出1 3 宽度d = 2 。ct s 和q 的关系6 4 表4 5 房间5 0 5 0 ，1 3 6 5 人，两出口，出口宽度d = 4 。f 与q 的关系6 6 表4 6 两个出口时q 与d 之间关系的分段线性拟合7 4 v u 独立完成与诚信声明 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。尽我所知。文中除特别标注和致谢的地方外，学位 论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 科学技术大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 签名： 主! 渔薹日期：查立! 竺! 堡 i x 独立完成与诚信声明 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学技术大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括： 学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅 或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公 布学位论文的全部或部分内容。 签名：丝逝日期：! 显竺望 x 致谢 致谢 在本文即将完成之际，首先要感谢我的导师杨立中教授在论文的选题 及完成过程中给予我的悉心指导和鼓励。他治学的师者之风与实干精神将 继续鼓励我在以后的学习、工作和生活中克服困难，不断进步。 感谢范维澄院士、王清安教授、廖光煊教授、孙金华教授、陆守香教 授、张和平教授、霍然教授等老师，感谢班主任宋卫国老师和方俊老师， 在实验室几年中，得到了他们在学习、科研和生活上的亲切关怀和指导。 感谢周晓冬老师，从准备参加研究生考试到今天即将毕业，所有的过 程都得到她的帮助，很多生活和学习上的困难都在她的帮助下得以解决。 感谢方伟峰师兄，我的研究工作是在他前期工作的基础上完成的，他 在建模、编程、科研思路等方面都给予了鼎力帮助和指导。感谢方廷勇师 兄，他在英文写作和生活方面给予了无私的帮助和关怀。感谢李健、朱艺 同学，他们是我研究团队的好同仁，从他们身上我开阔了眼界、活跃了思 想，他们给了我很多科研上的启发。 感谢邓志华老师，每次课题组的讨论都能从他那里得到很多有益的启示。 感谢郭再富、冯文兴、邹兰、周宇鹏、叶俊麒等同学的帮助，我们不仅在学习上 相互帮助，更是生活中的好朋友。 感谢所有s a 0 2 和b a 0 4 火灾的同学。和你们在一起的时光是十分美好的。 感谢父母和家人，谢谢他们对我的支持与付出。他们在论文撰写期间 不断地鼓励与支持，成为我的精神动力。 感谢所有关心过我和帮助过我的人，谢谢你们! 感谢阅读此文的所有读者。 本文的研究工作得到国家自然科学基金项目( 资助号：5 0 0 0 6 0 1 2 、 5 0 2 7 6 0 5 8 ) 、国家自然科学基金委重大国际合作项目( 资助号：2 0 0 3 5 0 3 2 0 1 2 0 1 5 6 ) 和中国科学技术大学国家杰出青年基金后备人选培养计划项 目的资助，谨此致谢。 赵道亮 2 0 0 7 年4 月于中国科大 v 1 1 1 第一章绪论 第一章绪论 研究背景 研究现状 研究目标及思路 论文的章节安排 + 1 1 研究背景 能源、资源、环境和安全4 个问题被公认为人类可持续发展中的四大支柱。 公共安全是国家和社会稳定的基石。然而当前我国公共安全面临严峻挑战。我国 城市发展已进入快速增长时期，规模不断扩大，具有人口集中、经济集中、财富 集中等特点，城市遭受灾害和重大突发性事件的威胁也越来越严重，国家中长 期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) 将公共安全确定为1 1 个科学研究的 重点领域之一。 人员安全疏散是公共安全和消防安全工程的重要研究领域，得到了国 内外科研和工程技术人员的高度重视。尤其是美国9 “事件后，公众聚集场 所在紧急情况下的安全疏散问题已成为一个研究热点。2 0 0 8 年将在北京举办奥 运会，在奥运期间，各体育场馆都是人员极其密集的地方，如何保证在万一出现 突发意外事件的情况下进行科学、有效的疏散是一个亟待解决的课题。研究紧急 条件下人员疏散过程的行为特征尤为迫切和重要。而我国在这方面的研究才刚刚 起步【1 】。 在建筑防火安全设计中，疏散问题至关重要。它直接影响着火灾时人 员的安全、迅速转移。所谓安全疏散是指人通过专门的设施和路线，安全 地撤离着火( 或其他危险) 建筑或在某个安全的部位被暂时保护起来【2 】。 如果逃生时间t e 小于建筑物耐受时间t i l ，则生命安全系统可以接受。而逃 生时间是预疏散时间( p r e m o v e m e n tt i m e ) 和运动时问( m o v e m e n tt i m e ) 的总 和【3 】。其中，预疏散时间包括检测到火后报警的时间、感应到警报后的延迟时 间以及其他操作时间( 如对火灾的调查) 等【4 】。这三个部分在整个疏散过程并 第一章绪论 不是明显分开的，例如火灾发生后有的人已经发现火灾并开始疏散而有的人却还 没接到火警。 在实际计算疏散过程时，报警时间通常通过计算火灾烟气蔓延以达到被探测 器发现并报警的时间得到反应时间与建筑用途、室内人员类型、起火模式、起 火房间有关。通常也是通过经验设定得到，即人为规定不同用处、不同大小房间 所需要的反应时间。相对来说研究较多的是疏散时间，由此发展了很多经验计算 公式和模型。本文暂不考虑报警时间和反应时间( 预疏散时间) ，但这并不说明 这两个时间不重要，只是本文研究的侧重点不在此。 研究人的行为反应，对于建筑性能化防火设计、建筑防火安全逃生管理与教 育具有重要意义。1 9 0 9 年，美国最早开展了火灾中人的行为的研究。7 0 年代末 8 0 年代初是研究成果最多的时期。侧重于对幸存者的灾后调查。对一些非适应 性行为，如恐慌、返回等也进行了大量的调查和统计工作。2 0 世纪8 0 年代中期 以来，火灾中人的行为研究开始进入计算机模拟研究阶段，国内外研究人员运动 网络技术、最优化技术、虚拟现实技术手段等，在二维或三维建筑空间开发了许 多火灾中人员应急疏散行为的计算机模型。 1 2 研究现状 许多年来，一直在进行入员运动和行为的定量化和模拟研究。由于现实的数 据十分缺乏，所以这方面的研究并不成熟【5 】。已有的研究工作一方面侧重于特 殊行为的调查和统计【6 ，7 】而更多的现象和规律需要从建立模型模拟得到，通过 建立模型对人员疏散的规律进行模拟。国内的研究人员对人员疏散的研究工作进 行了较好的总结 8 】。人员疏散模型从本质上分为两类：一类只考虑行人运动， 另一类考虑个体行为。研究包含更多行为细节的模型很明显成为现在的趋势 【9 1 1 】。 1 2 。1 人员疏散计算枧模化方法 2 第一章绪论 基于计算机的人员疏散分析采用的基本方法有：优化法、模拟法和风险评估 法【3 ，p 1 4 5 1 4 7 1 ： ( 1 ) 优化( o p t i m i z a t i o n ) 模型：将入看成具有共同特征的整体，假定人员以最 有效的方式进行疏散。如：e 、，a c n e t + 和t a k a h a s h i sm o d e l 。 ( 2 )模拟( s i m u l a t i o n ) 模型：郊b g r a f ，d 。n e g a n se n t r o p ym o d e l ， e x l t t ,e g r e s s ，e s c a p e ，e v a c s i m ，e x i t 8 9 ，e x o d u s ， m a g n e t m o d e l ，p a x p o r t , s i m u l e x ，v e g a s 。 ( 3 ) 风险评佶( r i s ka s s e s s m e n t ) 模型：如c m s p , w a y o u t 。它能识别火灾时 与疏散有关的危险或相关事故，并能对最后的风险进行量化。通过多次重 复计算，可以估算出不同防烟分区设计或防火保护措施有关的各种重要变 量的统计数据。 目前有二十多种人员疏散模型，基本上可以分成两类 3 】； ( 1 ) 只考虑人的运动的模型：仅考虑建筑及其各部分的疏散能力，通常称为“滚 珠”模型，也可称为环境决定因素模型【1 2 】，它将每个人都当作只对外部 信号产生自动响应的无意识的客体，疏散方向和疏散速度仅仅由物理因素 决定，如人群密度，出口疏散能力等，将人群的疏散作为一种整体运动 【1 3 1 。如e v a c n e t + ，t a k a h a s h i sm o d e l 等模型。 ( 2 ) 综合考虑人的运动与行为相互关系的模型：模型不仅考虑了建筑物的物理 特性，而且将每个人当作一个主动因素，考虑人对各种火灾信号的响应及 其个体行为：个体响应时间。如何选择出口等，如e g r e s s ，e s c a p e ， e x i t 9 8 ，e x o d u s 等模型。 1 2 2 人的行为分析 人员疏散中人的行为的分析方法有以下五类【3 ，p 1 4 8 - 1 5 0 ： ( 1 ) 无行为准则模型：完全依赖人群的物理运动和几何形状的物理表达来影响 人员疏散，并对其进行预测判断。如：e v a c n e t + 。 第一章绪论 函数模拟行为模型：将一个方程或一组方程应用到整个人群。由于所有个 体均受到该函数相同的影响，因此消弱了个体行为。如：m a g n e t m o d e l 。 1 l a k a h a s h i sm o d e l 。 复杂行为模型：不明确表示行为决定准则，而是通过复杂的物理方法含蓄 表示，这些模型可能是基于第二手数据的应用，包括心理或社会的影响。 如：e x i t 8 9 ，p a x p o r t , s i m u l e x ，w a y o u t 。 基于行为准则的模型：明确承认个体行为特性，采用基于准则的行为决定 方法，如：b g r a f , c r i s p , e v a c s i m ，e x o d u s 。 基于人工智能的模型：个体能对环境进行智能分析，但取消了计算机用户 对个体的控制权。如：d o n e g a n se n t r o p ym o d e l ，e g r e s s ， v e g a s 。 从社会心理学的角度，人的行为反应 1 4 1 8 可以归结为：回避、固执、亲密 关系和角色。回避：人们感到能够保护自己，在心理上否认自己处于不利的环境。 回避解释了为什么人们会滞后意识到威胁和在很长时间中忽略自己所处的不利 环境。固执：当人们最初感知到火灾等危险信号时，仍经常固执的执行他们的当 前行为。亲密关系：经常出现的情况是，一个群体( 家庭成员和众多朋友) 中的 每个人都准备好之前，没有人开始疏散。角色：建筑物居住者的角色和身份决定 了他们对危险的反应。 人员疏散过程十分复杂，由于它涉及到人的社会关系而使得对人的行为进行 细致的研究存在一定困难。根据研究的侧重点不同，可以认为目前的研究正在两 个方面开展，是在人员疏散时间方面的研究 1 9 2 4 ，这是目前各种设计和评估 规范的基础，开展的较早；二是人的行为方面的研究 2 5 3 9 1 ，由于入的因素较为 复杂，在这方面的进展相对较慢，但显然应该并且已经引起人们的重视。文献 1 4 0 - 4 2 1 6 f l 的模型是基于从方程得到的人员集体行为而非个体行为规贝【j 。研究疏散 中人的行为通常考虑三种相互作用：人与人，人与建筑及人与环境的相互作用。 这些作用会影响人员的行为和决策过程。如：h e l b i n g 等人提出“社会力”模型 4 3 ，4 4 ，借鉴了牛顿第二定律，考虑了三种社会力：自驱动力，排斥力和吸引力。 模拟了自组织( 1 a n ef o r m i n g ) 、堵塞、门口集结( a r c h i n g ) 、快即是慢、相向流 4 ) ) ) ) q “ 6 第一章绪论 的“摆动( o s c i l l a t o r y ) ”等现象。在人的行为方面也进行了一些实验研究，如： 英国人d a n i e l 4 5 和日本人n a o h i r o 4 6 分别在人对闪光灯出口信号的反应和楼梯 上交汇行人流问题进行了实验研究。 总的来说，未来人员疏散的研究将包含更多行为细节，能真实的预测个体行 为，能够模拟大量人群和包含复杂行为特性：能处理建筑结构、环境、人的行为 的复杂相互关系，协调各种疏散因素的矛盾。 1 3 研究目标及思路 通过对研究现状的分析，对人员疏散中人的行为的研究还主要着眼于预疏散 阶段的行为分析，而研究手段主要还是灾后的问卷调查。对运动阶段的人行为的 研究较少，尤其是疏散中常见的一些特殊心理和行为，如从众心理、小群体现象 以及亲情行为的研究还很少。所以非常有必要对上述内容进行深入的研究。本文 的研究目标及思路如下： 在人员疏散元胞自动机基本模型的基础上，加入火灾对人的影响，得到适合 研究火灾中人员疏散的扩展模型 4 7 ，4 8 】。用危险度来描述人对火灾房间危险 的认识，并研究由于火灾烟气遮光性导致的视野半径缩小带来的影响，从而 对实际火灾中的人员疏散提供科学的指导。 针对人员在发生火灾等紧急情况下的疏散过程中出现的一些特殊心理和行 为 4 9 】从众心理和行为、小群体现象、亲情行为等进行元胞自动机模拟。 从而分析这些特殊心理和行为对疏散造成的有利或有害影响，在实际超市算 例中运用和检验以上研究成果 5 0 ，5 1 】；深入分析不利影响的具体危害因素， 以及在不同建筑结构和人员密度等物理条件下，从众心理对疏散的影响。 研究人员个体行为带来的集体行为方式之一：建筑出口人员疏散的动力学特 征【5 2 】；借鉴颗粒流物理的思想，从人员疏散的行人流状态转变与建筑出口 结构的关系上进一步定量分析了对应于密集流稀疏流转变时的出口临界宽 度，并对出1 2 1 间距值进行了探讨【5 3 】。 第一章绪论 1 4 章节安排 本文的章节安排如下： 首先是论文的绪论部分，包括了研究背景和现状以及论文的研究目标及思 路。论文的第二章到第五章论述作者的研究工作。 第二章主要研究的是火灾中视野改变对人员疏散行为的影响。为了论文的可 读性，先简单介绍一下元胞自动机的基本知识和我们的人员疏散元胞自动机随机 模型，然后重点叙述火灾中的人员疏散行为的模拟：用危险度描述人员对火灾房 问危险的认识：着重研究了人员因为烟气的遮光性导致的视野半径的变化对疏散 造成的影响。 第三章主要阐述的是人员疏散的某些特殊心理和行为，包括：从众心理、小 群体现象以及亲情行为。首先，在元胞自动机模型中用人员间的吸引力以及人员 运动方向吸引力来模拟上述特殊心理和行为，再现了真实疏散中的常见现象，并 初步分析了它们的利与弊；其次，进一步分析了从众心理在不同建筑结构和人员 密度条件下对人员疏散造成的影响。将从众心理细分为距离性从众和方向性从 众，从而为如何利用从众心理的积极面，避免其消极面提出了理论依据。 第四章从基础研究的角度探讨了建筑出口结构对人员疏散行为的影响。本章 着眼于没有障碍物且出口分布在建筑物同一边的情况。首先，分析了人员疏散的 出口动力学特征，就建筑的出口大小、出口间距和分布与前人的结果进行了对比， 验证了前人的一些观点同时也得到了一些异于前人的新结论；其次，借鉴了颗粒 流物理的思想，将疏散中的行人流看作是一种有意识的颗粒流动，同样存在稀疏 流、密集流萃丑堵塞相三种状态。从稀疏漉密集流楣态转变与建筑结构的关系角 度，定量地得到了出口宽度的临界值以及出口间距的最佳值。 第五章是论文的结论和工作展望。 最后是作者在攻读博士学位期阀完成的学术论文和获得的奖励。 另外，论文的符号表、图例目录按照出现次序罗列在目录之后，以方便查询。 6 第一章绪论 参考文献 1 】刘茂，王振行人和疏散动力学研究现状及进展安全与环境学报，2 0 0 6 ，6 ( z 1 ) ： 1 2 1 - 1 2 5 【2 】建筑防火性能化设计，李引擎主编，化学工业出版社，北京 【3 】国外建筑火灾人员安全疏散研究( 译文集) 消防安全工程工作组编，北京， 2 0 0 1 【4 】p u r s e rda ，b e n s i l u mm q u a n t i f i c a t i o no fb e h a v i o u rf o re n g i n e e r i n gd e s i g n s t a n d a r d sa n de s c a p et i m ee a l c u l a t i o n s s a f e t ys c i e n c e ，2 0 0 1 ，3 8 ：1 5 7 1 8 2 【5 1 方伟峰，火灾中人员疏散的元胞自动机模型的研究【硕士学位论文】，中国科 学技术大学，2 0 0 3 年5 月 【6 】s a m o c h i n eda ，b o y c ek ，s h i e l d st j a ni n v e s t i g a t i o ni n t os t a f fb e h a v i o ri n u n a n n o u n c e de v a c u a t i o n so fr e t a i ls t o r e s i n ：8 “i n t e m a t i o n a ls y m p o s i u mo nf i r e s a f e t ys c i e n c e b e i j i n g ，2 0 0 5 【7 】阎卫东，梁清山，陈宝智火灾情况下疏散心理和行为在不同层次起点学生中的 差别研究中国安全科学学报，2 0 0 6 ，1 6 ( 3 ) ：8 1 1 【8 】肖国清，温丽敏，陈宝智建筑物火灾疏散中人的行为研究的回顾与发展中国 安全科学学报，2 0 0 1 ，l1 ( 3 ) ：5 0 - 5 3 9 】s c h n e i d e rva p p l i c a t i o no ft h ei n d i v i d u a l b a s e de v a c u a t i o nm o d e la s e r ii n d e s i g n i n gs a f e t yc o n c e p t s i n ：2 n di n t s y m p o s i u mo nh u m a nb e h a v i o u ri nf i r e ， b o s t o n ：m a s s a c h u s e t t e si n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y , 2 0 0 1 ，3 f l o r i t a ff a h y v e r i f y i n gt h e p r e d i c t i v e c a p a b i l i t yi fe x i t 8 9 i n ：2 n di n t s y m p o s i u m o nh u m a nb e h a v i o ri n f i r e ，p p 5 3 - 6 4 ，m a r 2 6 2 8 ，2 0 01 ， m a s s a c h u s e r t e si n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y , c a m b r i d g e ，b o s t o n ，u s a 【11 g w y n n es ，g a l e aer ，l a w r e n c epj ，f i l i p p i d i sl s i m u l a t i o no c c u p a n t i n t e r a c t i o nw i t hs m o k eu s i n gb u i l d i n g e x o d u s i n ：2 n di n t s y m p o s i u mo n h a m a nb e h a v i o ri nf i r e ，p p 1 0 1 - 1 1 0 ，m a r 2 6 2 8 ，2 0 0 1 ，m a s s a c h u s e t t e si n s t i t u t e o f t e c h n o l o g y , c a m b r i d g e ，b o s t o n ，u s a 1 2 s i m ej h u m a nb e h a v i o u ri nf i r e ss u m m a r yr e p o r t c f b a cn o 4 5 0 ，p o r t s m o u t h p o l y , 1 9 9 2 7 第一章绪论 【1 3 t a k a h a s h ii ( ，t a n a k at k o s es i n ：p r o c e e d i n g so f2 “i n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m o nf i r es a f e t ys c i e n c e ，i a f s s ，h e m i s p h e r e ，l o n d o n ，1 9 8 9 ：5 5 1 5 6 0 f 1 4 b r y a njl s f p eh a n d b o o k ，c h a p t e r s 3 1 2 ，2 0 0 2 ，p p 3 - 3 1 5 刁- 3 4 1 1 5 b r y a njl ，b e h a v i o r a lr e s p o n s et of i r ea n ds m o k e s f p eh a n d b o o ko ff i r e p r o t e c t i o ne n g i n e e r i n g ，2 n de d i t i o n , n a t i o n a lf i r ep r o t e c t i o na s s o c i a t i o n , q u i n c y ， m a ，1 9 9 5 【1 6 m e a c h a mbj i n t e g r a t i n gh u m a nb e h a v i o ra n dr e s p o n s ei s s u e si n t of i r es a f e t y m a n a g e m e n to f f a c i l i t i e s ，s o c i e t yo f f i r ep r o t e c t i o ne n g i n e e r s ，u s a 【1 7 c a n t e rd h u m a nb e h a v i o ri nf i r e ，f i r e sa n dh u m a nb e h a v i o r ，2 n de d i t i o n , f u l t o np u b l i s h e r s ，l t d ，l o n d o n ，1 9 9 0 【1 8 p r o u l xg h u m a nf a c t o r si nf i r e sa n df i r es a f e t ye n g i n e e r i n g ，s f p eb u l l e t i n , s o c i e t yo f f i r ep r o t e c t i o ne n g i n e e r s ，b o s t o n , m a ，1 9 9 5 ，p 1 5 【1 9 】方正，卢兆明试论建筑物人员疏散的量化研究武汉大学学报( 工学版) 2 0 0 2 ，2 ：7 1 - 7 5 【2 0 】袁理明，范维澄建筑火灾中人员安全疏散时间的预测自然灾害学报1 9 9 7 ， 6 ( 2 ) ：2 9 - 3 3 【2 1 g w y n n es ，g a l e aer ，o w e nm ar e v i e wo ft h em e t h o d o l o g i e su s e di n e v a c u a t i o nm o d d i n g f i r ea n dm a t e r i a l s ，19 9 9 ，2 3 ( 6 ) ：3 8 3 - - 3 8 8 2 2 a s h eb ，s h i e l d stj a n a l y s i sa n dm o d e l l i n go f t h eu n a n n o u n c e de v a c u a t i o no f a l a r g er e t a i ls t o r e f i r ea n dm a t e r i a l s ，1 9 9 9 ，2 3 ( 6 ) ：3 3 3 - 3 3 6 【2 3 h a r t z e l lge e n g i n e e r i n ga n a l y s i so fh a z a r d st ol i f es a f e t yi nf i r e s ：t h ef i r e e f f l u e n tt o x i c i t yc o m p o n e