建筑通道内小群体逃生行为模拟研究

中国科技纵横 / 2018年10月13日 12:02

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王晓璐 郭玮

摘 要:建筑通道內由于狭窄和拐角等结构特性,会短时间内使人群密度骤升,加剧恐慌,导致群体内部的小群体行为和结构变化更加剧烈,提高疏散过程危险性。研究建筑通道内的小群体逃生行为,对建筑安全疏散和应急指挥有深远意义。

关键词:建筑疏散;多源信息;自组织行为

中图分类号:TU111.195 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)10-0182-02

1 引言

建筑通道内,拐角或狭窄出口通常是疏散瓶颈,因人群密度骤然升高,逃生群体中会有大量小群体频繁发生跟从、裂解等行为,特别是非正式小群体,因具有临时性、不稳定性,其疏散过程更加复杂。目前几乎没有从信息视角分析非正式小群体行为的相关成果,通常是以亲缘性或规定数量的小群体为研究对象[1],研究方法包括真人实验与建模仿真[2-3]。本文提出多源信息场模型,建立个体间的信息交互机制和基于信息认知的非正式小群体形成规则,更真实客观的描述小群体行为。

2 多源信息场模型

采用元胞自动机模型框架建立多源信息场模型,至少描述两种信息及个体间的信息交互机制。

(1)个体和安全出口的路线信息、,用欧几里得距离计算,为从个体位置到其他个体位置或安全出口的最短路线距离。个体对不同有不同的掌握程度。较大时个体有充分路线知识,能按最短路线逃生,故速度较快;则个体只能随机运动。(2)声音、手势或运动方向都可传递逃生路线信息。个体在半径范围内释放载有相同或不同目标路线的信息粒子进行传递,总数为个。图1所示给出了两个个体分别从上、下房间向通道右侧出口逃生过程中信息场的覆盖范围和场值示意图。

若个体所在格子中有粒子,即为收到信息,会增大相应路线的值,表示更熟悉该最短路线,关系为:

基于上述规则,个体会考虑距离和熟悉程度两个因素,以距离最近的和最熟悉路线的出口目标、其他个体目标这两者的综合方向进行移动。当所有被选择作为目标的个体构成了封闭环,则其中总有一个个体成为leader。这些个体共同构成了临时性的非正式小群体。

3 仿真

下面通过仿真研究建筑通道内小群体逃生行为的规律性和疏散效率。在图1场景中设置总人数为100人,初始时平均随机分布在上下两房间内。变化通道长度d,取值范围为{76,72,…,4,0},共16组,单位为格子。则上下房间人流的汇聚点将以4个格子的固定间距向出口靠近。 ,,,。记录每组过程的信息总量(图2所示)和总疏散时间(图3所示)。

结合图2和图3可知:(1)随d值减小,信息总量曲线峰值逐渐减小,峰值出现的时间点逐渐后移。信息总量峰值对应人群密度瞬时最高值。通道长度减小时,上下房间人流汇聚需转弯的角度有所减小,有效缓解了汇聚时人群密度骤增的程度。(2)当通道越长,人流汇聚点与出口越远,信息总量先上升达到最高值后下降,且最高峰值出现在通道最长(d=76)时,此时总时间也位于高值区间(高于450时步)。因此,狭窄空间内人流的汇聚会带来瞬时密度骤升,最不利于疏散。(3)而通道越短(d<=12),汇聚点与出口越近,信息总量曲线越平稳,总时间也较短(低于300时步)。故人群在建筑空间内越均匀分布,消除高人群密度区域,更有利于疏散。

4 结语

本文建立了多源信息场模型,给出了非正式小群体的信息交互机制和形成规则,通过建筑通道内的模拟研究得到结论:(1)从信息传播和信息导向行为视角可以客观真实地描述非正式小群体的逃生行为。(2)狭窄空间内人流的汇聚会带来瞬时密度骤升,延长疏散时间。(3)建筑空间内若消除可能的高人群密度区域,人群尽量分散,会有效缩短疏散时间,更有利于疏散。

参考文献

[1]Wang Z, et al. Effect of vertical grouping behavior on pedestrian evacuation efficiency[J]. Physica A, 2013,(20):4874-4883.

[2]You L, et al. The simulation and analysis of small group effect in crowd evacuation[J]. Physics Letters A, 2016,(41):3340-3348.

[3]Ma Y, et al. Experimental study on small group behavior and crowd dynamics in a tall office building evacuation[J]. Physica A, 2017,(473):488-500.

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