建筑物出口条件对人员疏散的影响分析

人员疏散是建筑安全性能设计中考虑的关键因素,建筑出口条件又是人员疏散的关键环节.研究人员对疏散问题,采用疏散仿真模型对人群疏散进行了仿真,着重研究了出口条件对疏散时间的影响.为保证安全,对于单出口的建筑物,出口宽度有一个理想临界值d≈0.1w(w为包括出口在内的墙总长),使出口宽度大于临界值,减少了阻塞现象,提高疏散效率.对于双出口分布在同一面墙上的正方形建筑,出口间距S≈0.2w,疏散用时最小,并对于方形建筑的理想临界值S会随着建筑物较短的墙宽度减小而增加.仿真表明,双出口分布在不同墙面上方式比没有双出口分布在同一面墙疏散效率高,为建筑物出口设计提供了参考依据.     

基于物理的真实感火灾疏散仿真

人员的疏散是目前防火防灾研究的热点,但是传统的人员疏散研究多集中于人群疏散的离散仿真及可视化显示,无法逼真地表现个体的疏散行为.从火灾时人员疏散的物理特点出发,考虑不同人在火灾情况下的行为特征,采取几何连续的疏散空间,可较准确地计算人员安全疏散的时间及路径;建立了建筑物、火焰和角色动画的三维模型,动态交互地模拟火灾疏散过程,仿真效果逼真.     

低能见度环境下多出口场馆人群疏散研究

为了提高多出口场馆人群疏散效率,针对低能见度环境下多出口场馆人群疏散问题,在基本的社会力模型上加入了领导者吸引力和能见度范围的限制,建立了低能见度环境下多出口场馆人群疏散仿真模型,研究低能见度条件下人群疏散行为及疏散领导者对疏散结果的影响。在改进的社会力模型中,每个待疏散人员只对能见度范围内的其他个体或墙壁存在心理作用力,并且只有疏散领导者和出口附近的个体能够准确地判断出口位置,而其他个体只能根据能见度范围内的环境信息或疏散领导者的领导进行疏散。仿真结果显示,该模型可以较好地模拟出低能见度环境下多出口场馆人群疏散情形,疏散领导者选择距离最近的出口为疏散方向,普通个体会跟随能见度范围内的大多数个体或疏散领导者进行疏散,且疏散领导者的存在和其初始位置的合理设定能够提高疏散效率。     

学生群体紧急疏散仿真及在出口设计中的应用

针对学校大型建筑中人群分布密集的问题,研究了学生群体的紧急疏散仿真。首先分析了紧急情况下的群体行为特点,并根据现实生活中个体差异的统计特征,对逃生人群的不同属性特征进行了分类,然后采用社会力模型实现了学生群体的紧急疏散仿真,解决了传统疏散仿真中人员的无差异性问题。该仿真能够更加真实地反映出现实生活中的人群疏散,达到较好的效果。最后,基于该仿真模型,着重分析了建筑物出口设计对群体疏散的影响,分析结果表明:不同的出口宽度、位置对群体疏散的影响不同,从而可以为大型建筑的出口设计提供有益的参考。     

学生群体紧急疏散仿真及在出口设计中的应用

针对学校大型建筑中人群分布密集的问题,研究了学生群体的紧急疏散仿真.首先分析了紧急情况下的群体行为特点,并根据现实生活中个体差异的统计特征,对逃生人群的不同属性特征进行了分类,然后采用社会力模型实现了学生群体的紧急疏散仿真,解决了传统疏散仿真中人员的无差异性问题.该仿真能够更加真实地反映出现实生活中的人群疏散,达到较好的效果.最后,基于该仿真模型,着重分析了建筑物出口设计对群体疏散的影响,分析结果表明:不同的出口宽度、位置对群体疏散的影响不同,从而可以为大型建筑的出口设计提供有益的参考.     

建筑物火灾中的人群疏散研究

建筑物火灾是我国频发的安全事故,所以应研究建筑物火灾人群安全疏散问题。由于在建筑物火灾中,人群疏散时出现拥堵,存在不安全因素,造成人员伤亡。针对在现有的研究中未考虑人员行为的影响,提出了智能体(Agent)的人群行为建模技术在建筑物火灾中的人群疏散仿真中的应用方法。仿真结果显示基于Agent的行为模型可以仿真出人员特性及决策过程对人群疏散的影响,弥补现有的人群疏散模型的不足。仿真结果证明,Agent的行为建模技术具有仿真火灾全过程中人员疏散行为的功能,适用于建筑物火灾中的人群优化疏散策略。     

支持跨平台的实时人群运动仿真系统

实时人群运动仿真系统通过虚拟现实技术,可在计算机中交互式地显示人群在指定场景中的运动状况.通过对人群设置不同的全局运动路径,可以模拟人群的不同行为,例如人群的集会、疏散、逃生等情况.故该技术可应用于应急疏散演练以减少事故的伤害甚至能发现并解决建筑在设计时可能存在的安全隐患等.目前,常见的人群运动仿真系统往往只能在单一操作系统下执行.随着计算机硬件和移动设备的发展,跨平台的仿真甚至在移动设备上进行人群仿真成为新的需求.本文提出了跨平台的实时人群运动仿真系统的系统架构,通过解析并处理C3D文件实现了人体动作,并通过Mono Game平台实现了跨平台的实时人群运动仿真.     

人群疏散虚拟现实模拟系统——Guarder

人群疏散的虚拟现实模拟就是利用虚拟现实技术,在计算机生成空间中建立公共设施和人群的三维模型,设定各种可能发生的安全危机和相应的疏散预案,模拟并三维地展示人群疏散场景;通过对模拟结果进行统计分析,可以验证人群疏散应急预案的合理性和有效性.介绍了人群疏散模拟虚拟现实系统Guarder设计的核心思想,提出了技术框架,详细阐述了其中的复杂环境语义表示、群体运动仿真等关键技术,并给出了应用实例,最后列举了几个前沿研究问题.     

疏散仿真中关注个体心理的路径规划

为了提高虚拟行人在疏散仿真中路径规划的智能性,在微观仿真框架下提出一种基于个体心理的实时路径规划方法.该方法根据真实行人的认知模式建立以个体为中心的环境认知域,动态获取其周围环境的人群密度、危险强度等相关信息;进行路径规划时,采用mental cost综合考虑了疏散时间耗费、路径安全性以及自主行动能力等因素对路径选择的影响,为每个个体生成一条其主观认为"最优"的路径;在疏散过程中,虚拟行人能够根据动态更新的现场信息,通过重规划对初始疏散路径进行调整.基于个体认知域与mental cost在导航图中搜索路径,提出了mental A*搜索算法,可以进行实时规划.最后针对不同疏散场景进行了仿真实验,验证文中方法的有效性与可扩展性.     

基于物联网技术的历史建筑室内外火灾疏散路径三维模拟

为解决历史建筑室内外发生火灾时,疏散耗时较长等问题,提出基于物联网技术的历史建筑室内外火灾疏散路径三维模拟方法.通过火灾湍流基本守恒构建,利用滤波函数划分尺度分量,分析大涡流场运动特征,通过质量守恒、动量守恒等方程,控制大涡流场运动;设置火灾疏散条件,在疏散人身上以及设备上安装RFID标签,计算模拟路径以及成本信息;通过计算历史建筑室内外火灾疏散路径的长度、宽度以及疏散速度,添加火灾变化因子避开疏散路径烟雾位置,完成疏散路径的三维模拟.仿真结果表明:采用所提方法进行火灾疏散时疏散效果较好.     

基于改进Dijkstra算法的人群反馈调节疏散

针对苏州市金鸡湖城市广场在突发情况下的人群疏散问题,建立了基于实时动态的疏散网络路径规划模型,分析了大型公众区域复杂环境对人群疏散效率的影响.同时提出以人群逃离危险区域的终止时间作为权值参数改进Dijkstra算法,并且利用反馈补偿机制合理分配各出口的疏散人数,实现人群疏散的动态调整和路径规划.通过Pathfinder软件仿真验证算法的有效性,得出改进以时间为权值的Dijkstra算法和提前规划人群疏散特定出口,可以获得更优的人群疏散结果,从而保障疏散人群的生命财产安全.     

基于Agent的人员疏散系统设计与实现

通过分析Agent与社会力模型在人员疏散方面的应用及疏散模拟中人和建筑物对象的存储方式,利用Agent技术结合人员疏散的动力学模型、改进的路径规划算法和人员在一般情况下的心理因素以及建筑物的不同特点,建立能够正确反映疏散时人员行为的Agent模型,运用C++语言实现基于Agent的人员疏散模拟系统。疏散结果显示,该系统能够较真实地模拟人员疏散过程。     

复杂条件下多层建筑人员协作疏散仿真

研究具有复杂多层协作过程条件下的人员疏散控制系统,就能够比较准确地模拟突发情况下人员的疏散情况。本文对元胞自动机进行了改进,综合人员个体特征和从众心理等各种复杂因素,对具有复杂障碍物的多层建筑中人员疏散过程进行了计算机仿真分析,并给出了人员疏散效率与人员的从众系数、障碍物及出口位置等因素的关系。该仿真能够很好地模拟大型公共场所发生突发事件时人员疏散的情况,对在复杂地理环境及人员特性条件下的多层建筑突发事件疏散策略制定具有一定的实际参考意义。     

基于全局路径规划的相互速度障碍物人群疏散方法

针对相互速度障碍物（RVO）模型缺少全局路径规划,只依靠局部碰撞避免不能很好地模拟复杂的疏散场景问题,提出了一种剩余路径代价尽量小的动态全局路径选择方法。该方法包含路径预处理和路径实时更新两部分:第一部分使用快速最短路径算法（SPFA）求取场景最短路径（SSP）;第二部分根据SSP快速动态地计算每个个体的最优疏散路径,并使用KD树优化障碍物阻挡判断过程。最后将方法扩展到多楼层、多障碍物、多通道、多出口的复杂场景实现了近千人的仿真实验。实验结果表明,该方法在多个场景中都取得了良好的路径规划效果。     

Technology for simulating crowd evacuation behaviors

This paper presents a model for simulating crowd evacuation and investigates three widely recognized problems. For the space continuity problem, this paper presents two computation algorithms: one uses grid space to evaluate the coordinates of the obstacle's bounding box and the other employs the geometry rule to establish individual evacuation routes. For the problem of collision, avoidance, and excess among the individuals, this paper computes the generalized force and friction force and then modifies the direction of march to obtain a speed model based on the crowd density and real time speed. For the exit selection problem, this paper establishes a method of selecting the exits by combining the exit's crowd state with the individuals. Finally, a particle system is used to simulate the behavior of crowd evacuation and produces useful test results.     

基于GPU的大规模人群疏散模拟*

基于中央处理器(CPU)串行的人群疏散传统方法对于人群规模较少的场景,可以得到良好的疏散模拟效果,但在人群密度较高的场景中,难以达到实时模拟的要求。为了克服上述问题,实现了一种基于图形处理器(GPU)的人群疏散模拟的方法。该方法通过对个体寻径算法的优化,不仅能使个体快速准确地智能寻径,而且将个体寻径独立性与图形处理器高性能计算特性进行结合,充分利用了图形处理器强大的并行计算能力,从而大幅度提高了人群疏散模拟的人群规模,使人群疏散模拟的实时性得到增强。     

人群疏散平移矩阵算法

建筑物的通行能力研究近年来受到广泛关注,安全高效地流通人群是专家学者研究的重点。首先,通过一组节点和边的定义将建筑物表示为网络,进而利用Dijkstra最短路算法生成最短路径集合,最后在该集合的基础上提出平移矩阵算法,利用0-1矩阵的更新模拟人群在建筑路径上的流动过程。通过设置多组教学楼疏散场景并与Pathfinder软件的对比来验证平移矩阵算法的有效性。对比结果显示,不同密度下两种方法的总疏散时间差都约为50 s,而运算速度平移矩阵算法比Pathfinder软件快10~110倍。该算法为人群疏散的快速模拟提供了新思路,为疏散策略的实时生成提供了可能性。     

结合最短路径改进的社会力人群疏散仿真模型

社会力模型广泛应用于人群疏散仿真,针对该模型在仿真过程中存在行人停滞不前、无法通过非凸边形障碍物和疏散路径与行人实际选择的路径不相符等问题,提出了一种社会力改进模型。该模型基于场景中的障碍物生成路径节点,利用这些节点生成无向图,同时考虑了节点的安全系数和拥挤系数对节点通行性的影响生成最短疏散路径。通过改进后的社会力模型进行了多种场景的仿真实验,实验结果显示行人在复杂障碍物场景中能有效绕过障碍物,生成合理的疏散路径,表明该模型有效改善社会力模型,使人群疏散仿真更加真实。     

基于DI-Guy的校园消防训练仿真

针对高校人口密度大、难以高效组织消防训练、缺乏处理应急事件经验等问题,提出一种基于DI-Guy软件的虚拟仿真训练方法。首先利用MultiGen Creator软件建立校园三维模型并加载到DI-Guy的可视化窗口中进行构建,然后模拟火灾发生场景和消防疏散过程,最后对人群疏散方案效果进行数据分析,同时对仿真模拟过程中的一些关键技术,包括利用自定义模型建立、特效实现、人物的行为控制和碰撞检测等进行研究和应用。仿真结果表明,所提出的仿真模型能够合理地反映人群疏散情况,起到良好的展示作用,为校园应急事件在DI-Guy平台的仿真提供可行性方案。