高层建筑人群垂直疏散特性与疏散策略计算机仿真研究

【摘要】随着城市化进程加快,高层建筑在世界各地不断涌现。它们在给人们带来生活便利的同时,也给公共安全带来了巨大的隐患。高层建筑一旦发生火灾或者遭受恐怖袭击,事态发展迅速,人员疏散较困难,如果疏散策略不合理,方法不得当,非常容易造成许多额外的生命财产损失。近些年来,各类建筑(如地铁、商场等)的疏散都得到了广泛地研究,相应的一些研究方法,比如疏散演练、行人流通调查、实验研究及疏散建模等都已被用于研究各类建筑的疏散。同时许多研究成果也在现实疏散中获得了一定应用。众所周知,对于各类建筑的疏散,楼梯目前仍是最为传统且唯一倡导的疏散及逃生方式,但是随着现代建筑物规模的不断扩大,建筑结构的多样化以及建筑物高度的不断提升,楼梯疏散碰到了无法克服的客观弊端,如：疏散时间长、安全性较差等,而且也不利于老弱病残幼的疏散。如果只用楼梯疏散,相当一部分人员都会因时间来不及而被困在楼上。而其他传统的垂直疏散工具,如云梯、避难扶梯、缓降机、避难袋等,它们也都只能满足少数人的逃生需要,且其具体应用还受到多方面制约,无法适用于大规模人员疏散,特别是高层建筑内人员的逃生。如何使建筑内所有人员安全、高效地疏散到安全区域,是一个越来越受各界关注和重视的问题。电梯疏散具有疏散路程短、运送时间少、体能损耗低等优点,对于高层建筑人员的疏散具有重大意义。且随着目前电梯的可靠性与智能化不断提高,承担日常垂直交通任务的电梯势必会成为一种有效的垂直疏散途径。如何充分利用电梯的辅助作用,提高高层建筑的疏散效率是一个值得深入研究的问题。本文主要针对建筑物内楼梯汇流平台特性、梯形结构、人员属性、疏散优先顺序等影响整体疏散时间的因素和楼梯-电梯耦合疏散策略进行研究,旨在通过对建筑人员紧急疏散时出现的人员汇流现象、疏散时间和行人流流动特性等进行分析,为建筑的结构设计和紧急疏散时的人员应急管理提供一定的指导与支持。本文主要运用计算机仿真(如Pathfinder仿真模拟、MATLAB算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算编程等)研究了高层建筑人群疏散过程中在楼梯平台的汇流情况,探讨了电梯-楼梯耦合的疏散特性。论文的主要工作包括以下几个方面：(1)研究了楼梯疏散的汇流特性,通过调整进入汇流平台的门的位置,寻找各种疏散要求下有利的汇流方式,并进一步研究楼梯结构对疏散的影响,通过双分楼梯与双跑楼梯的疏散仿真对比,研究两种梯形的疏散特点及障碍物对两种梯形疏散的影响程度；(2)研究了电梯-楼梯耦合疏散的特性,寻求电梯与楼梯耦合疏散的最佳方式。同时,通过设置人员属性,研究人员特性对耦合疏散的影响规律。考虑到目前大部分文献采用的疏散顺序都是从上到下,本文还进一步研究讨论了从上到下与从下到上两种不同疏散顺序疏散方式各自的利弊情况；(3)通过数学建模,建立了垂直疏散的数学模型。基于此数学模型,研究保持疏散通道通畅情况下的楼梯疏散策略与方法,并进一步研究电梯-楼梯耦合情况的最优疏散策略；(4)基于元胞自动机模型研究了楼梯及电梯-楼梯耦合情况下的疏散,并讨论恐慌心理及超越行为对整体疏散的影响。
【作者】丁元春；
【导师】杨立中；
【作者基本信息】中国科学技术大学，安全科学与工程，2014，博士
【关键词】垂直疏散；人员汇流行为；计算机仿真；元胞自动机；电梯-楼梯耦合疏散；恐慌心理；超越行为；

【参考文献】
[1]左百军.自体骨膜包裹肌腱重建兔前交叉韧带对腱骨愈合影响的研究[D].河北医科大学,外科学,2014,硕士.
[2]陈莉莉.武汉FZ公司绩效考核体系再设计[D].华中科技大学,MBA,2012,硕士.
[3]宋少净.元杂剧第四折研究[D].河北师范大学,中国古代文学,2004,硕士.
[4]金欣磊,马龙华,吴铁军,钱积新.基于随机过程的PSO收敛性分析[J].自动化学报,2007,12:1263-1268.
[5]张萍.2型糖尿病患者空腹胰岛素水平与胰岛素抵抗综合征的关系探讨[D].河北医科大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[6]郭新.海底超声波定位系统设计[D].吉林大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[7]陈学松,刘富春.一类非线性动态系统基于强化学习的最优控制[J].控制与决策,2013,12:1889-1893.
[8]刘耀亮.河南三杨庄全新世以来的气候变化与洪水事件的沉积记录[D].河北师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[9]周开军.关于建立非物质文化遗产传承人管理体系的思考[D].华中师范大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[10]王安静.陕西省金融发展与经济增长的关系研究[D].西安科技大学,企业管理,2014,硕士.
[11]韩萍.影视特效与观众心理研究[D].湖南师范大学,设计艺术学,2014,硕士.
[12]袁经纬.XX公司IT服务管理平台项目管理研究[D].南京邮电大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.
[13]汤海萍.小学黑板报存在的问题及对策分析[D].西南大学,教育学原理,2014,硕士.
[14]陈慧.批评性话语研究[D].湖南农业大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[15]高云雷,赵东林,白利忠,景磊.锂离子电池用石墨烯基负极材料的研究进展[J].电池,2012,05:293-295.
[16]应舒.我国东西部城乡一体化发展模式比较研究[D].苏州大学,区域经济学,2014,硕士.
[17]杨阳.基于CPFR的旅游供应链协同模式研究[D].燕山大学,旅游管理,2013,硕士.
[18]安锦,薛继亮.基于产业视角的京津冀都市圈人口有序转移研究[J].中央财经大学学报,2015,02:83-89.
[19]赵卓琳.初中物理中实施体验式学习的实践[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[20]梁栋栋.不同类型旅游地的旅游用地研究[D].安徽师范大学,人文地理学,2004,硕士.
[21]王海棠.大学公共英语教学中英语文化教学的问题与对策研究[D].中央民族大学,教育学原理,2004,硕士.
[22]马超飞,刘建强.遥感图像多维量化关联规则挖掘[J].遥感技术与应用,2003,04:243-247.
[23]董晓筠.论我国表见代理制度的司法适用及完善[D].华东政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[24]刘义祥.废墟表层顶撑机器人研究[D].哈尔滨工业大学,机械工程,2013,硕士.
[25]赵顺.移动式混凝土搅拌站模块化设计与主钢架结构力学性能研究[D].青岛理工大学,机械工程,2013,硕士.
[26]朱永泰,王晨,洪铭胜,汪卫,施伯乐.ESPM——频繁子树挖掘算法[J].计算机研究与发展,2004,10:1720-1727.
[27]程晔.人工合成网片用于治疗女性阴道前壁膨出的Meta分析[D].华中科技大学,妇产科学,2013,硕士.
[28]金超超.微电子封装结构冲击失效的数值研究[D].浙江工业大学,固体力学,2012,硕士.
[29]闫翠丽.基于遗传算法的项目决策优化模型研究[D].吉林大学,工程项目管理,2013,硕士.
[30]刘莹莹.不同原料生物质炭基本性质及其对溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附特性的研究[D].南京农业大学,土壤学,2012,硕士.
[31]蒋金泓.基于多巴胺自聚—组装行为的聚合物分离膜表面修饰与性能研究[D].浙江大学,高分子化学与物理,2014,博士.
[32]李小庆.银行数据仓库逻辑设计[J].华南金融电脑,2005,01:49-51.
[33]唐雯.从目的论视角看《参考消息》的新闻编译[D].华中师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[34]李晋江.Mobile Agent计算理论及其应用[D].太原理工大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[35]刘玉东.大鼠肝切除附加主肝静脉阻断后残余肝脏再生能力的实验研究[D].青岛大学,外科学,2003,硕士.
[36]王宁.多采样率数据下的主元分析及其在过程监测中的应用[D].东北大学,控制理论与控制工程,2011,硕士.
[37]邓峰,吴海兵,娄丽芝.外资对我国餐饮业竞争力影响的实证研究[J].经济纵横,2014,06:97-101.
[38]谭青惠.湛江“广州湾”时期（1898-1945年）的建筑艺术研究[D].广东工业大学,设计学,2013,硕士.
[39]严波.基于实例推理的车床主轴部件智能CAD系统研究[D].东北大学,机械制造及其自动化,2010,硕士.
[40]张肖红.英国对中国征用在华英资企业的反应（1949-1952）[D].华东师范大学,世界史,2013,硕士.
[41]汪小帆,孙金生,王执铨.控制理论在Internet拥塞控制中的应用[J].控制与决策,2002,02:129-134.
[42]刘婷.任务型教学法在初中英语口语教学中的应用[D].河北师范大学,学科教育,2012,硕士.
[43]吕昌灵.基于集中式控制的空间态势感知系统[D].北京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[44]骆建华.用虚拟仪器改造YD200A型圆度仪[D].天津大学,机械工程,2004,硕士.
[45]李春萍.某三级甲等医院高危妊娠孕产妇围生期服务需求的调查分析[D].青岛大学,护理学,2013,硕士.
[46]王大海.输出反馈任置极点的精确解与粗壮性[J].自动化学报,1989,03:217-223.
[47]凌琳.不同频率重复经颅磁刺激对脑梗死患者运动功能影响的研究[D].南方医科大学,康复医学与理疗学,2012,硕士.
[48]王世海.吴冠中的艺术探索与启示[D].河北大学,美术学,2014,硕士.
[49]石碧.基于RTL级实现的ADPCM编解码器[D].合肥工业大学,微电子学与固体电子学,2004,硕士.
[50]刘婷婷.我国上市公司股权结构与公司价值的关系研究[D].北京化工大学,企业管理,2013,硕士.