第8章行为模拟与
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1 当0 x 1 f ( x) 其它 0
0 F ( x) x 1 x＜0 0 x 1 x 1
f(x) f(x) 1 1
0
1
x
0
1
x
图8-2 [0，1]区间随机数的密度函数和分布函数的图形
2）随机变量 ①连续随机变量的产生方法 已知某随机变量的分布函数为F(x),且 0≤F(x)≤1，则可用[0，1]区间的均匀分布随 机数R来表示F(x)，即令 F(x) = R, 通 过此式得到随机变量的样本值x。 ②离散随机变量的产生方法： 离散随机变量的产生也采用逆变换法，但由 于其分布函数是离散的，故不能直接用前述 逆变换法求解，而是产生一个[0，1]区间的 均匀随机数 当作离散随机变量分布函数F(x) 的样本值F(xi)，当时，则取x = i。注意：离 散的概率分布函数 。
A
3.5以上
可以自由选择步行速度，如在大厅、广场 正常下步行速度走路，可以同方向超越，
B
2.5～3.5
20～30
偶尔出现不太严重的高峰 步行速度和超越的自由度受到限制，交叉 流、相向流时容易发生冲突，如进出 口处 步行速度受到限制需修正步距和方向，如
C
1.5～2.5
30～45
D
1.0～1.5
40～60
人群流计算模型
以N代表人群流出系数，以V代表步行速 度，以B代表开口部位宽度。于是： 集结式： Y N(t)B (t)dt 式中， t<t′ 到达出口的最小时间，N（t）=0 t>t′ 到达出口的最小时间，N（t）=1.5 流出式： Y2=NB（T-T0）+α 式中，T0：稳定（正常）人流出现时间 α：达到T0时的集结人数 滞留式： Ψ= Y1- Y2 1 安全疏散避难时间： T NB (Q ) T0 式中，Q：人数总数
本章小结 本章介绍了安全行为模拟的基本内容，对 行为模拟的特点和分类、行为模拟的基本 步骤进行了介绍，尤其详细分析了离散事 件行为模拟和系统动力学模拟技术，对环 境、物的状况对人的安全行为的影响以及 安全设计与人的行为的关系进行了论述， 确定人的行为与工作环境的对应关系并采 用技术手段进行行为模拟对于了解事故发 生的行为因素，树立以人为中心的管理理 念具有重要意义。
第8章 行为模拟与工程设计
本章学习要点 要求掌握安全行为模拟技术的基本内容， 了解安全行为模拟方法，熟悉行为模拟在 工业安全设计中的研究与应用情况，理解 安全行为模拟对于改善安全生产条件，提 高安全生产水平的重要作用。
第一节 行为模拟技术
一、行为管理决策与行为模拟技术 1．行为管理决策 2．行为模拟技术 二、行为模拟的特点和分类 1．行为模拟的特点： 2．行为模拟的分类
二、行为的模式化 1．人的行为模式 （1）行为预测 （2）行为模式化的思路 （3）行为模式的分类 1）工作场所里人与安全相关的行为模式， 按其目的性可列举以下三类： ①行为再现模式 ②计划模式 ③预测模式
2）如果从行为的内容对行为模式进行分 类，同行为种类相对应，行为模式大致 可分成四类。 ①秩序模式 ②流动模式 ③分布模式 ④状态模式
第四节 安全行为对话技术
一、什么是安全行为对话 1．准备阶段（进入交谈前） 2．了解问题阶段（进入交谈） 3．解释问题阶段 4．寻找解决问题的方法 5．解决问题阶段 6．监督与检查阶段
二、 如何将问题考虑充分和创造良好的安全对 话气氛 1．如何预先将问题考虑充分 2．寻找解决问题时的提问 3．良好的安全对话气氛的创造 （1）主观因素 （2）客观因素 三、 安全管理人员（监察员）讲解内容的注意 事项 1．讲解顺序 2．讲解时应注意的问题
·
· Sn
表8-4 空间迁移概率图表（FT表）
表中：Pij：在定时间内从空间Sj向空间Si移动的概率，（当i=j时表示停留于同一空间的概率）
（2）自动控制模式 根据自动控制理念，可以用图表来表示 状态的变化，如表8-5就是对人的行为进 行模式化和自动控制的特征。
空间 状态 时间
S T R0 R R2 T2 R R R2 T3 R R2 R2
n T 1 i 1 0 i
可用上述各式来表示集结、流出和滞留 三种状态，为了求解最终安全疏（避难） 时间，可采用下列实用计算公式： Q K T 式中，K：到最近出口 NB V 的距离
50人
图8-8 人群流计算用的平面图
式中： 取 N=1.5人/m· s（水平移动） N=1.3人/m· s V=1.0m/s T 所以： Y1 0 1.5 1.2(t)dt t<4时 1.5(t)=0 t≥4时 1.5(t)=1.5 Y2=1.8+1.3×1.2(T-4) T0=4 Ψ= Y1- Y2 50
6．非常情况下的行为特性 （1）躲避行为的研究：
（ 2）向光本能 （3）追随本能
躲避方向的特点
躲避方向 向左前方 左侧（%） 19.0
表8-3
物体飞来方向 合计 由正面 15.6 由右前方 16.1 50.7
呆立不动（%）
3.0
10.4
7.3
20.7
右侧（%） 合计（%） 左/右侧比率
11.7 33.3 1.68
③模拟机制 五、系统动力学模拟 1．系统动力学及其特点 2．系统动力学模拟步骤 （1）问题辨识与定义 （2）系统概念开发与结构开发 （3）构造模拟模型 （4）模型行为分析 （5）模型评价 （6）政策分析 （7）模型使用与执行
3．因果反馈系统 （1）因果关系 （2）因果反馈回路与反馈系统 4．系统动力学流图 设状态变量集合为 x= x1 , x2 ,..., xn 变化率R= r , r ,...,r T
S
R0 R0 R0
R0 R R2
表8-5 安全行为的状态模式
S ：发生安全问题的空间环境
S：安全的空间环境 T1：发现安全问题时 T2：处理安全问题时 T3：出现险情时 三、安全行为模拟 1．行为模拟的方法 2．计算机行为模拟 （1）模拟语言 （2）DYNAMO行为模拟 （3）APL对话型行为模拟 四、 安全行为对于工程设计的意义
T 1.3 1.2 4 36(s)
3．恐慌
正常状态
3 3
异常状态 恐慌状态
2
1
图8-9对恐慌状态的处理过程
第三节 安全行为模拟方法
一、 确定人的行为与工作场所的对应关系 1．行为的分类 2．人的行为与工作场所的对应 （1）人在工作场所的位置 （2）人在工作场所的活动轨迹 （3）人在工作场所的的分布 （4）人与工作场所的对应关系
复习思考题： 1．什么是行为模拟？行为模拟的基本步骤有 哪些？ 2．简述离散事件行为模拟和系统动力学模拟 的基本内容。 3．如何确定人的行为与工作环境的对应关系？ 4．安全行为研究对于工程设计有哪些意义？ 5．什么是行为对话技术，试举例说明安全监 督检查人员如何创造良好的安全对话气氛？
作业周期
途中人员 数
在 岗 数
签பைடு நூலகம்率
到岗率
到班率
每班周期
在 岗 差
期望在岗数
第二节 安全行为与安全设计
一、 环境、物的状况对人的安全行为的影 响 二、人在工作场所的流动特性 步行路服务水准的规定
服务水准
步行者空间模拟 2 （m ／人）
流动系数 （人/m•minute
） 20以下
状态
离散事件模拟原理 （1）模拟时钟及其推进方式： （2）未来事件表
未来事件
(EA, t1 ) (EA, t2) (EA, t3) … (EA, tm) A类事件在t1 发生 A类事件在t2 发生 A类事件在t3发生 … A类事件在tm发生
Tnow
t
表8-1 时刻t时的未来事件表
未来事件 Tnow
1
2
n
T
dx R dt
但由于其为非线性关系，通常不可能有解析解， 为此采用数值解法，即假设R在[ t，t+△t] 内 不变，则有 x(t+△t) = x(t) + △t*R
在决策反馈回路中，决策的实施与修改需 要人员流和信息流来维持。人员流表示在 系统中活动的人员，用实线表示。信息流 表示连接状态和变化率的信息通道，是与 因果关系相连的信息的传输线路，用虚线 表示。 有了这些基本要素，即可形成适合于系统 动力学定量的由计算机模拟模型建立的图 形表达——流图，其基本变量及表示符号 如图8-5所示
2．流动模式
To S1 S1 S2 · From · · Si · S2 S3 · · · · · · · Sj · · · · · · Sn
……………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………Pij………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………
三、 行为模拟的基本步骤 １．行为问题描述与定义 ２．数据采集 ３．构造模拟模型 ４．模型确认 ５．计算机编程及试运行。 ６．计算机模拟及结果分析
8.1.4 离散事件行为模拟 1．随机离散事件 例如，某作业系统是由两个工作地点串联 构成。 如图8-1所示。 →ooo工作地点1→ooo→工作地点2 → 完成 Q1 Q2 图8-1 作业系统流程图
t1
(EA, t2) * (EA, t ) (ED, t3) … (EA, tm) ** (ED, t )
A类事件在t2发生 * A类事件在t 发生 D类事件在t3发生 … A类事件在tm发生 ** D类事件在t 发生
表8-2 t1时刻未来事件表
3．模拟技术 （1）均匀随机数 随机事件的模拟离不开均匀随机数。所 谓均匀随机数是指服从均匀分布的随机 变量的样本值。经常用到的[0，1]区间上 的均匀随机数，它的密度函数f（x）和分 布函数F(x)分别为：
7.3 33.3 2.14
9.9 33.3 1.62
28.6 100 1.77
四、安全设计与人的行为 五、 安全设计中考虑的行为特性 1．安全设计中人的行为 2．危险环境下人的行为特性 3．人的心理状态与行为 六、人群行为 1．人群行为的把握 2．人群行为特性
点
图8-7
混杂场所。
不能按自己的通常速度走路，由于步行路 容量的限制，出现了停滞的人流，如 短时间内有大量人离开的建筑物。 处于蹑足前行通行瘫痪状态，步行路设计
E
0.5～1.0
60～80
F
0.5以下
80以上
不适用。
三、 人的行为习惯 1．左侧通行 2．左转弯 3．操进路 4．识途性 5．惯用一侧 6．非常情况下的行为特性
L 状态变量 R 变化率 A 辅助变量 或输出变量 A 函数 C 参数 A 输入变量
函 数 名
未定义变量 信息流 人员数量流 源与汇
（
）
图 8-5 流图的符号
在流图上还设置了辅助变量，辅助变量 在状态变量与变化率之间的信息通道上， 或者在环境与内部反馈回路之间的信息 通道上，具有独特的经济或物理意义， 它的引入使流图的结构和各要素的作用 更为清晰，使复杂的决策过程变的明白 易懂。
0 F ( x) x 1 x＜0 0 x 1 x 1
f(x) f(x) 1 1
0
1
x
0
1
x
图8-2 [0，1]区间随机数的密度函数和分布函数的图形
2）随机变量 ①连续随机变量的产生方法 已知某随机变量的分布函数为F(x),且 0≤F(x)≤1，则可用[0，1]区间的均匀分布随 机数R来表示F(x)，即令 F(x) = R, 通 过此式得到随机变量的样本值x。 ②离散随机变量的产生方法： 离散随机变量的产生也采用逆变换法，但由 于其分布函数是离散的，故不能直接用前述 逆变换法求解，而是产生一个[0，1]区间的 均匀随机数 当作离散随机变量分布函数F(x) 的样本值F(xi)，当时，则取x = i。注意：离 散的概率分布函数 。
A
3.5以上
可以自由选择步行速度，如在大厅、广场 正常下步行速度走路，可以同方向超越，
B
2.5～3.5
20～30
偶尔出现不太严重的高峰 步行速度和超越的自由度受到限制，交叉 流、相向流时容易发生冲突，如进出 口处 步行速度受到限制需修正步距和方向，如
C
1.5～2.5
30～45
D
1.0～1.5
40～60
人群流计算模型
以N代表人群流出系数，以V代表步行速 度，以B代表开口部位宽度。于是： 集结式： Y N(t)B (t)dt 式中， t<t′ 到达出口的最小时间，N（t）=0 t>t′ 到达出口的最小时间，N（t）=1.5 流出式： Y2=NB（T-T0）+α 式中，T0：稳定（正常）人流出现时间 α：达到T0时的集结人数 滞留式： Ψ= Y1- Y2 1 安全疏散避难时间： T NB (Q ) T0 式中，Q：人数总数
本章小结 本章介绍了安全行为模拟的基本内容，对 行为模拟的特点和分类、行为模拟的基本 步骤进行了介绍，尤其详细分析了离散事 件行为模拟和系统动力学模拟技术，对环 境、物的状况对人的安全行为的影响以及 安全设计与人的行为的关系进行了论述， 确定人的行为与工作环境的对应关系并采 用技术手段进行行为模拟对于了解事故发 生的行为因素，树立以人为中心的管理理 念具有重要意义。
第8章 行为模拟与工程设计
本章学习要点 要求掌握安全行为模拟技术的基本内容， 了解安全行为模拟方法，熟悉行为模拟在 工业安全设计中的研究与应用情况，理解 安全行为模拟对于改善安全生产条件，提 高安全生产水平的重要作用。
第一节 行为模拟技术
一、行为管理决策与行为模拟技术 1．行为管理决策 2．行为模拟技术 二、行为模拟的特点和分类 1．行为模拟的特点： 2．行为模拟的分类
二、行为的模式化 1．人的行为模式 （1）行为预测 （2）行为模式化的思路 （3）行为模式的分类 1）工作场所里人与安全相关的行为模式， 按其目的性可列举以下三类： ①行为再现模式 ②计划模式 ③预测模式
2）如果从行为的内容对行为模式进行分 类，同行为种类相对应，行为模式大致 可分成四类。 ①秩序模式 ②流动模式 ③分布模式 ④状态模式
第四节 安全行为对话技术
一、什么是安全行为对话 1．准备阶段（进入交谈前） 2．了解问题阶段（进入交谈） 3．解释问题阶段 4．寻找解决问题的方法 5．解决问题阶段 6．监督与检查阶段
二、 如何将问题考虑充分和创造良好的安全对 话气氛 1．如何预先将问题考虑充分 2．寻找解决问题时的提问 3．良好的安全对话气氛的创造 （1）主观因素 （2）客观因素 三、 安全管理人员（监察员）讲解内容的注意 事项 1．讲解顺序 2．讲解时应注意的问题
·
· Sn
表8-4 空间迁移概率图表（FT表）
表中：Pij：在定时间内从空间Sj向空间Si移动的概率，（当i=j时表示停留于同一空间的概率）
（2）自动控制模式 根据自动控制理念，可以用图表来表示 状态的变化，如表8-5就是对人的行为进 行模式化和自动控制的特征。
空间 状态 时间
S T R0 R R2 T2 R R R2 T3 R R2 R2
n T 1 i 1 0 i
可用上述各式来表示集结、流出和滞留 三种状态，为了求解最终安全疏（避难） 时间，可采用下列实用计算公式： Q K T 式中，K：到最近出口 NB V 的距离
50人
图8-8 人群流计算用的平面图
式中： 取 N=1.5人/m· s（水平移动） N=1.3人/m· s V=1.0m/s T 所以： Y1 0 1.5 1.2(t)dt t<4时 1.5(t)=0 t≥4时 1.5(t)=1.5 Y2=1.8+1.3×1.2(T-4) T0=4 Ψ= Y1- Y2 50
6．非常情况下的行为特性 （1）躲避行为的研究：
（ 2）向光本能 （3）追随本能
躲避方向的特点
躲避方向 向左前方 左侧（%） 19.0
表8-3
物体飞来方向 合计 由正面 15.6 由右前方 16.1 50.7
呆立不动（%）
3.0
10.4
7.3
20.7
右侧（%） 合计（%） 左/右侧比率
11.7 33.3 1.68
③模拟机制 五、系统动力学模拟 1．系统动力学及其特点 2．系统动力学模拟步骤 （1）问题辨识与定义 （2）系统概念开发与结构开发 （3）构造模拟模型 （4）模型行为分析 （5）模型评价 （6）政策分析 （7）模型使用与执行
3．因果反馈系统 （1）因果关系 （2）因果反馈回路与反馈系统 4．系统动力学流图 设状态变量集合为 x= x1 , x2 ,..., xn 变化率R= r , r ,...,r T
S
R0 R0 R0
R0 R R2
表8-5 安全行为的状态模式
S ：发生安全问题的空间环境
S：安全的空间环境 T1：发现安全问题时 T2：处理安全问题时 T3：出现险情时 三、安全行为模拟 1．行为模拟的方法 2．计算机行为模拟 （1）模拟语言 （2）DYNAMO行为模拟 （3）APL对话型行为模拟 四、 安全行为对于工程设计的意义
T 1.3 1.2 4 36(s)
3．恐慌
正常状态
3 3
异常状态 恐慌状态
2
1
图8-9对恐慌状态的处理过程
第三节 安全行为模拟方法
一、 确定人的行为与工作场所的对应关系 1．行为的分类 2．人的行为与工作场所的对应 （1）人在工作场所的位置 （2）人在工作场所的活动轨迹 （3）人在工作场所的的分布 （4）人与工作场所的对应关系
复习思考题： 1．什么是行为模拟？行为模拟的基本步骤有 哪些？ 2．简述离散事件行为模拟和系统动力学模拟 的基本内容。 3．如何确定人的行为与工作环境的对应关系？ 4．安全行为研究对于工程设计有哪些意义？ 5．什么是行为对话技术，试举例说明安全监 督检查人员如何创造良好的安全对话气氛？
作业周期
途中人员 数
在 岗 数
签பைடு நூலகம்率
到岗率
到班率
每班周期
在 岗 差
期望在岗数
第二节 安全行为与安全设计
一、 环境、物的状况对人的安全行为的影 响 二、人在工作场所的流动特性 步行路服务水准的规定
服务水准
步行者空间模拟 2 （m ／人）
流动系数 （人/m•minute
） 20以下
状态
离散事件模拟原理 （1）模拟时钟及其推进方式： （2）未来事件表
未来事件
(EA, t1 ) (EA, t2) (EA, t3) … (EA, tm) A类事件在t1 发生 A类事件在t2 发生 A类事件在t3发生 … A类事件在tm发生
Tnow
t
表8-1 时刻t时的未来事件表
未来事件 Tnow
1
2
n
T
dx R dt
但由于其为非线性关系，通常不可能有解析解， 为此采用数值解法，即假设R在[ t，t+△t] 内 不变，则有 x(t+△t) = x(t) + △t*R
在决策反馈回路中，决策的实施与修改需 要人员流和信息流来维持。人员流表示在 系统中活动的人员，用实线表示。信息流 表示连接状态和变化率的信息通道，是与 因果关系相连的信息的传输线路，用虚线 表示。 有了这些基本要素，即可形成适合于系统 动力学定量的由计算机模拟模型建立的图 形表达——流图，其基本变量及表示符号 如图8-5所示
2．流动模式
To S1 S1 S2 · From · · Si · S2 S3 · · · · · · · Sj · · · · · · Sn
……………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………Pij………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………
三、 行为模拟的基本步骤 １．行为问题描述与定义 ２．数据采集 ３．构造模拟模型 ４．模型确认 ５．计算机编程及试运行。 ６．计算机模拟及结果分析
8.1.4 离散事件行为模拟 1．随机离散事件 例如，某作业系统是由两个工作地点串联 构成。 如图8-1所示。 →ooo工作地点1→ooo→工作地点2 → 完成 Q1 Q2 图8-1 作业系统流程图
t1
(EA, t2) * (EA, t ) (ED, t3) … (EA, tm) ** (ED, t )
A类事件在t2发生 * A类事件在t 发生 D类事件在t3发生 … A类事件在tm发生 ** D类事件在t 发生
表8-2 t1时刻未来事件表
3．模拟技术 （1）均匀随机数 随机事件的模拟离不开均匀随机数。所 谓均匀随机数是指服从均匀分布的随机 变量的样本值。经常用到的[0，1]区间上 的均匀随机数，它的密度函数f（x）和分 布函数F(x)分别为：
7.3 33.3 2.14
9.9 33.3 1.62
28.6 100 1.77
四、安全设计与人的行为 五、 安全设计中考虑的行为特性 1．安全设计中人的行为 2．危险环境下人的行为特性 3．人的心理状态与行为 六、人群行为 1．人群行为的把握 2．人群行为特性
点
图8-7
混杂场所。
不能按自己的通常速度走路，由于步行路 容量的限制，出现了停滞的人流，如 短时间内有大量人离开的建筑物。 处于蹑足前行通行瘫痪状态，步行路设计
E
0.5～1.0
60～80
F
0.5以下
80以上
不适用。
三、 人的行为习惯 1．左侧通行 2．左转弯 3．操进路 4．识途性 5．惯用一侧 6．非常情况下的行为特性
L 状态变量 R 变化率 A 辅助变量 或输出变量 A 函数 C 参数 A 输入变量
函 数 名
未定义变量 信息流 人员数量流 源与汇
（
）
图 8-5 流图的符号
在流图上还设置了辅助变量，辅助变量 在状态变量与变化率之间的信息通道上， 或者在环境与内部反馈回路之间的信息 通道上，具有独特的经济或物理意义， 它的引入使流图的结构和各要素的作用 更为清晰，使复杂的决策过程变的明白 易懂。