突发火灾人员疏散仿真技术综述

突发火灾人员疏散仿真技术综述指导老师：报告人：报告内容典型火灾事故案例介绍介绍突发火问题主要研究方法阐述人员疏散仿真的关键研究1人员紧急疏散行为规律的研究情况2人员疏散主流建模理论3人员疏散仿真技术经典模型4主流人员疏散数值仿真软件5人员疏散仿真技术在不同工程领域的应用情况6当前人员疏散仿真技术存在的问题内容提要典型火灾事故案例2010年11月5日吉林市商业大厦火灾造成19人死亡。2008年9月20日晚11时许，深圳市龙岗区舞王俱乐部发生一起特大火灾，造成43人死亡、88人受伤，其中51人住院治疗。2005年6月10日中午，广东省汕头华南宾馆因电线短路故障发生火灾，共造成31人死亡。突发火灾问题主要研究方法1、典型火灾事故案例研究——吸取事故教训，具有被动性。2、火灾实验研究——具有破坏性，代价较高。3、计算机数值模拟研究——目前的研究焦点。人员疏散是火灾科学的重要领域国内目前对于人员疏散领域的研究，目的主要是针对具体建筑物、工程结构的结构特点模拟火灾发生时人员疏散的情况和时间来估算人员伤亡情况，进而对于建筑物、工程结构的消防设计进行评估与检验。评估结果可为改善防火设计提供依据。人员疏散仿真的关键研究人员紧急疏散行为规律的研究人员疏散仿真模型的研究人员疏散仿真软件的开发人员疏散仿真技术在不同工程领域的推广应用针对这四项关键研究领域开展论述1人员紧急疏散行为规律的研究情况1、20世纪初就开始了人员紧急疏散行为规律方面的研究。初期阶段多采用观察、描述及访问研究等定性分析的方法。2、20世纪70年代开始，主要的研究方向集中在群集恐慌行为研究、人的疏散行动能力研究等。3、20世纪80年代以后，开始涉及人员随机疏散行为规律的研究领域，对于人在紧急状况下行为规律的研究逐步深入。2人员疏散主流建模理论宏观建模方法将行人视为连续的流动介质，采用流体力学的方法来研究紧急疏散时人流速度与密度的关系。宏观建模方法2人员疏散主流建模理论这种方法忽略了疏散个体的差异性，由于疏散系统是有明显相互作用的多个相似个体的群体行为，组成的疏散系统并不是个体的简单线性叠加，即系统是非线性的，故此，该类模型有较大的局限性。宏观建模方法的缺陷2人员疏散主流建模理论微观建模方法把行人视为相互作用的粒子，最为著名的是社会力模型。在社会力模型中，每个行人被看作是一个微观粒子，粒子的社会心理行为特征用粒子间的物理力来表征。这样可以导出粒子满足的类似于牛顿力学的运动方程。微观建模方法2人员疏散主流建模理论采用微观建模方法构建的模型，优点是直接对行人个体建模，使行人表现出一定的思考能力和对环境的响应能力。该模型受到广泛关注，但其将疏散个体定义为完全理性，即疏散个体掌握完备的各类信息并能做出完全理性的判断，而忽略了人的心理因素对疏散过程的影响，比如会存在盲目跟随人流的从众心理、消极情绪对正常思维的干扰等因素，通常也需要调整因子对结果进行修正。微观建模方法的特点3人员疏散仿真技术经典模型以元胞自动机模型为代表的离散仿真模型以社会力量模型为代表的连续仿真模型可分两大类元胞自动机模型元胞自动机是由大量简单一致的个体通过局部联系组成离散、分散及空间可扩展的系统。元胞自动机模型当元胞自动机模型用于人群紧急疏散时，其基本思想是将建筑物平面进行均匀网格划分，每个网格有三种状态：被墙壁或障碍物占据、被人员占据或为空。模型中的人员占据一个网格(元胞)，同时模型中人员的运动将遵循一定的局部规则并具有一定的智能性。元胞自动机模型的发展在目前大多数元胞自动机仿真模型中，以Kirchner模型最具代表性。在Kirchner模型的基础上，有研究者引入了力的因素，考虑了群体挤压力的度量。宋卫国等人在Kirchner模型中引入了摩擦力和阻力因素。杨立中等人特别针对火灾场景研究了基于元胞自动机的人员疏散模型。在他们的模型中，人员对疏散路径的选择依赖于场景的“总危险度图”或网格点的各种作用力的综合影响。社会力模型在所有群体行为仿真模型中，Helbing等人提出的社会力模型最为成功。社会力模型是一种多粒子自驱动的连续模型，人员被表示成具有一定质量和大小的自驱动的粒子。每个人员都试图以一定的期望速度运动，而人员的实际运动速度最终由一个牛顿力学方程组所决定。所谓的社会力是指人员之间或人员与环境之间的社会心理交互或物理接触。其他的经典模型磁力模型排队论模型气体格子模型4主流人员疏散数值仿真软件EVACNETEvacBuildingEXODUSSTEPSEVACNETEVACNET是一个模拟人员在建筑物内行走并最终疏散到安全地点的计算机模型，它由美国佛罗尼达(Florida)大学开发，EVACNET4是当前的最新版本，也是目前世界上被广泛采用的人员疏散模型之一。EvacEvac是芬兰技术研究中心(VTT)开发的基于连续空间模型的人员疏散模拟软件。第一版本Evac1.0，2006年单独发行，第二版本Evac1.1集成在FDS5.0里。2007.10.1发行，故FDS5.0又称为FDS+Evac，模拟结果可以用FDS自带的可视化软件SmokeView进行动画演示。5人员疏散仿真技术在不同工程领域的应用情况高层建筑物突发火灾时人员疏散仿真地铁突发火灾时人员疏散仿真隧道突发火灾时人员疏散仿真大型游轮突发火灾时人员疏散仿真地下商场、影院等大空间公共场所突发火灾时人员疏散仿真人员疏散仿真技术已获得较为广泛地应用6当前人员疏散仿真技术存在的问题1、当前疏散仿真时一般是单独模拟人员的疏散运动，没有考虑火场环境的实时作用。2、火灾时人员疏散是个复杂的过程，具有明显的随机性。而目前在人员疏散行为研究中，通常假设疏散过程的影响参数为确定值。3、个体的行为很大程度上受其心理因素的影响，而人员的心理因素在目前的建模中反映较少。7结语人员疏散仿真技术在世界范围内得到了广泛应用，然而，现阶段火灾中人群疏散的数值仿真研究仍存在一些不足。基于微观建模方法的微观人员疏散模型是当前研究的热点，也较为接近突发火灾人员疏散实际情况。7结语火场环境会降低人群的判断和活动能力、延长疏散时间，并产生其它不利影响，为此在研究人员疏散时，应将火灾数值模拟与人员疏散仿真相结合，进行火场环境实时作用下的人群疏散仿真研究。