人员疏散问题研究

计算机模拟方法
• 粗网格方法(网络方法):
– 建筑物房间,走道,楼梯等作为一个网络单元.各网络单元 之间建立相应疏散关系.一般考虑人群的疏散.
• 细网格方法:
– 将建筑物单元划分为即细的网格(0.2,0.3,0.5米),每一个 网格可以被一个人占据, 要么空白.可以考虑单个人员的 运动,并可以加入各个个体人员的性格,行为特性等.具有 较高的精度。
?人流密度是指在移动过程中单位面积内所拥有的人数?移动速度是指人员在单位时间内移动的距离?人流流量一般是指单位宽度通道在单位时间内所能通过的人数?人员流量人流速度x人流密度x通道宽度?同时在这里人流的移动速度又在很大程度上取决于人流密度
建筑物人员疏散问题概述
疏散问题的提出
• 人员伤亡中大部分是 由于疏散困难或疏散 通道的堵塞造成； • 现代大型建筑人口密 集，路线复杂，疏散 难度加大； • 疏散体现以人为本的 精神
原始建筑CAD图形
除掉冗余信息后的CAD图
LL
SL
Remarks:
LL = lift lobby SL = staircase lobby S1 = staircase 1 similar for other staircase (assuming half of the occupants will use one of the staircase during escape)
f 0.206p
•
f是每米有效宽度楼梯所能通过的人流流量，p是每米有效宽度楼 梯要疏散的人数。
• 对于多层建筑疏散时间,当单位宽度楼梯通过的人数少于 800人时 0.73
T 0.68 0.081p
• 当单位宽度楼梯通过的人数多于800人时:
T 2.00 0.0117p
建筑物人员疏散的计算 机模拟
S1
Down to next floor
最后形成的网络结构图
1kc1 1kc2 1kc1 last floor 1kcm-2 1kcm-1 1kcm
C1
C2
C3
Stair
Cm-2
Cm-1
Cm
2kc1
2kc2
2kc3 Next floor
2kcm-2
2kcm-1
2 kcm
每个节点单元示意图
• 要求记录的信息包括： • 建筑单元几何信息。如角点坐标、面积、形状、 进出口宽度等。 • 人员信息。单元的人员位置、特性等。 • 疏散设计信息。单元疏散流向，如门的开启方向 等。
网络优化方法
• 将建筑物各单元网络化，通过对复杂网络 的优化找出人员可能疏散的路径。
– 主要研究者包括Chalmet, Francis, Gunnar, Macgregor等人。
计算机模拟方法
• 通过计算机记录不同时刻不同人员在建筑 物内的几何位置变化，从而得到建筑物的 疏散时间。
– 据不完全统计,目前世界上约有近20种模型。 – 比较出色的有: 英国的格林威治大学的 E.Galea(buildingExodus), 爱丁堡大学的 Thompson(Simulex), 美国的Fahy(Eixt89)等人。
• 1)、日本Togawa推导的疏散时间近似计算公式 n T0 1 • Te [ N a N i (t ) Bi i (t )dt] T0 0 N B • i 1 • 经过简化可以得到如下公式： • Na ks
Te
•
B N

v
• 这里，Na是建筑物疏散人员总数；Ni(t)，N'分别是第i个出 口和最终出口处的人员流量；n是出口总数；Bi是第i个出口 的宽度；T0是出现定常人口流动时的时间；i(t)为第i个出 口处人员滞留系数；ks是从最终出口到人流起端的距离(可 以简单认为是第一个人员移动到最终出口的距离)；v人流移 动速度。
建筑物人员疏散研究方法
• 出口容量方法 • 网络优化方法 • 计算机模拟方法
出口容量方法
• 单位时间单位宽度出口所通过的人口容量。 • 50~60年代 Predtechenski,Milinski,Melinek,Togawa等 人进行了大量的观测统计工作。 • 后期Pauls等人得到了一些经验公式。
人员疏散行动过程
认知火警 时间NT
疏散行动开 始时间DT
疏散流动 时间FT
图 疏散时间
安全疏散目标：可利用的安全疏散时间ASET > NT+DT+FT
人群疏散基本特征量
• • • • 基本特征量：人流密度、人员(或人流)移动速度和人员流量。 人流密度是指在移动过程中单位面积内所拥有的人数 移动速度是指人员在单位时间内移动的距离 人流流量一般是指单位宽度通道在单位时间内所能通过的 人数 • 人员流量＝人流速度x人流密度x通道宽度 • 同时，在这里人流的移动速度又在很大程度上取决于人流 密度。人流密度越大，人与人之间的距离越小，人员移动 越缓慢；反之密度越小，人员移动越快。 • 一般人员密度小于0.5人/m2，人们可以按自由移动的速度 移动；当密度超过5～7人/m2时，人们几乎无法移动。人 流速度与密度的关
N in N out N m t
输出结果，进行动态显示
• 例1：学校建筑的模拟计算。 • 例2：卡拉OK建筑的计算。 • 例3：香港某剧院的计算。
卡拉OK歌舞厅人员疏散模拟
建筑物内人员疏散速度的确定
• 用拉格朗日方法描述个体人员的运动轨迹：
x ( m, t ) U t y ( m, t ) V t
• 我们可以将人们逃生的速度表示为下述函 数： U＝f(x,y,n,h,e)
一些经验公式如：
1 U0 ( 0.25) D U 0.87 4 3 2 U 112 380 434 217 57, D f
我国传统设计计算方法
• 一般是根据总人数按单位宽度的人流通行能力及 建筑物容许的疏散时间来控制建筑物的出口总宽 度，并限制人员离最近出口的最大距离来进行疏 散设计。用每100人宽度指标等。其基本公式为： •
N B k Ts
• 式中N设计考察的人数，k是单位宽度出口通过系 数（人/m.s）一般取1.3~1.5，Ts是建筑物容许设 计的疏散控制时间，取2~4分钟。
• 2)、英国的Melink 和Booth方程 • 与Togawa方程类似，但该方法主要偏重 计算多层建筑的总体疏散时间。 n • T ( Q ) /( N ' b ) rt
r
பைடு நூலகம்
i r
i
r 1
s
• 这里Tr是第r(r从第1到第n)层以上人员疏散下来的最小时间； Qi为第i层的人数；N'单位宽度楼梯通过的流量，br-1是从(r1)到r层的楼梯宽度；ts是在不受拥挤情况下的人员下降一 层所需的时间，一般取16秒。
两单元内人员移动速度分析
单元i 单元j
速度修正
• 事后修正法
Yj+1
Yj

U
Xi
Xi+1
EXIT
速度修正
• 事前判断法
第一选择方向
第二选择方向
第三选择方向
每个人员的实际坐标
•根 据 每 一 个 逃 生 者 的 初 始 位 置 x0(m,t),y0(m,t)|t=0就可以计算出每个人任意时 刻的几何位置：
• 当Q/(N‘b)>ts，则r=1时时间最长， Te=nQ/(N'b)+ ts； • 当Q/(N‘b)< ts，则r=n时时间最长， Te=Q/(N'b)+n ts；
3)、加拿大Paul的经验方法
• 加拿大Paul经过了大量的演习观测总结出了一系列关 于多层建筑疏散时间的计算方法，并得到人流流量在楼梯 处的经验拟合公式： • 0.27
x(m, t ) x(m, t 1) U m t y (m, t ) y (m, t 1) Vm t
人员在各单元出口的速度
• 取人口密度流量约1.25~2.0人/米/秒。根据 规范，或出口的性质等确定。
各单元之间人员相互关系
• 当某个个体人员接近单元出口时，其距离 出口中心的距离达到0时，即认为已经进入 下一个单元，并开始参加下一单元的计算。 各单元间的人员数量应满足下列平衡关系：