基于力的人群疏散仿真模型

人群疏散仿真研究综述发布时间：2021-07-05T08:10:42.327Z 来源：《科技新时代》2021年2期作者：马佳伟黄锦良[导读] 人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学、合理的人群疏散方案提供重要的知识，有助于帮助人群快速地疏散到安全区域，减少突发事件中人员伤亡和财产损失。

目前对人群疏散仿真的研究越来越引起研究者的关注。

为了能够深入了解人群疏散仿真的发展，本文研究了目前国内外现有的常用的人群疏散模型，各个模型的优缺点，以及模型未来发展趋势。

马佳伟黄锦良（宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波 315211）摘要：人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学、合理的人群疏散方案提供重要的知识，有助于帮助人群快速地疏散到安全区域，减少突发事件中人员伤亡和财产损失。

目前对人群疏散仿真的研究越来越引起研究者的关注。

为了能够深入了解人群疏散仿真的发展，本文研究了目前国内外现有的常用的人群疏散模型，各个模型的优缺点，以及模型未来发展趋势。

1) 0 前言人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学合理的疏散方案提供重要的知识，有助于帮助人群快速的疏散到安全区域，以减少突发事件中人员伤亡和财产损失。

随着计算机技术的迭代，计算机技术的高速发展，以及算力的增强，用计算机进行仿真模拟各种紧急疏散的因素和过程已经成为研究人员最常用的方法[1]。

但是，研究人员的侧重点并不相同，因此人群疏散的模型也大有不同。

现在大量的仿真模型大致分为两大类：宏观仿真模型和微观仿真模型。

随着算力的增强，微观仿真模型因为更加精确、拟真等优点逐渐替代了宏观模型。

2) 1 宏观仿真模型宏观模型是早期的一种疏散仿真的计算机工具，有动力学模型、流模型、排队网络模型等。

排队网络模型是将建筑物抽象为一个平面网络，由节点和连线组成。

该模型的优点是构造简单，所需计算能力不高。

但是有一些无法克服的不足[2]，例如大量的空间信息被省略；人群的行为受所处环境的影响很大，无法模拟人与环境的动态交互[3][4]。

单室人员疏散模型及仿真分析疏散是城市安全管理的重要方面之一，单室是现代城市建筑中常见的建筑形式之一。

在紧急情况下，单室的人员需要迅速有序地疏散，以确保人员的生命安全。

因此，研究单室人员疏散模型和仿真分析，对于加强城市安全管理具有重要意义。

一、研究现状随着社会的进步和科学技术的发展，单室的布局结构和安全管理措施得到了不断的完善和改进。

目前，关于单室人员疏散模型和仿真分析的研究已经成为了学术研究的热点之一。

研究者主要从以下几个方面进行了探讨。

1. 研究单室人员疏散的原理和机理研究单室人员疏散的原理和机理，是认识单室人员疏散规律和特点的重要手段。

研究者使用实验和数学模型等方法，在通道宽度、人群密度、人员行动方式等方面进行了研究，为单室人员疏散提供了可靠的理论基础。

2. 研究单室人员疏散的仿真模型和方法为了更好地研究单室人员疏散，研究者开展了大量的仿真模拟研究。

他们结合实际场景，建立了单室人员疏散的仿真模型和方法，从而可以实现对单室人员疏散过程的全面模拟和分析。

3. 研究单室人员疏散的优化方法针对单室人员疏散中可能存在的问题，研究者提出了一些相应的优化方法。

如增加通道宽度、设置应急出口、优化人员疏散路线等措施，都可以有效地提高单室人员疏散效率和安全性。

二、单室人员疏散模型及仿真分析1. 模型建立单室人员疏散模型是指在特定的场景中，对单室人员疏散过程进行数学模型和仿真模拟。

本模型的主要研究内容包括：单室人员密度、通道宽度、人员行动方式、出口数量、位置和容量等。

该模型可以分为以下几个步骤：（1）建立场景模型在实际场景中，需要细致地测量场景的尺寸和特征，建立起场景模型。

这个过程需要精确的制图技术和准确的测量工具。

（2）添加单室人员将经过人员分类的人群放进场景模型中，同时在该单室内设定几个随机出口。

这个过程需要考虑到单室人员的数量、年龄、性别、行动方式等因素。

（3）设置仿真模型参数本模型根据单室内人员的密度和通道宽度，设置仿真模型参数。

2022一级消防工程师《综合能力》教材知识点火灾疏散模拟一、火灾模拟(一)概述火灾数值模拟是火灾研究的重要内容之一，但由于火灾现象的复杂性，近几十年来才建立起描述火灾现象的实用数学模型。

火灾模型主要分为确定性模型和随机性模型。

火灾数值模型主要有专家系统(E某pertSytem)、区域模型(ZoneModel)、场模型(FieldModel)、网络模型(NetworkModel)和混合模型(HybridModel)。

场模型也即CFD(计算流体动力学)模型，主要是指利用计算流体动力学技术对火灾进行模拟的模型，由于CFD模型可以得到比较详细的物理量时空分布，能精细地体现火灾现象，加之高速、大容量计算机的发展，使得CFD模型得到了越来越广泛的应用。

目前用于火灾模拟的CFD模型主要有FDS、PHOENICS、FLUENT等。

FDS是专门针对火灾模拟而开发的CFD软件，简单易用。

因此，它在火灾模拟中的应用最为广泛。

而PHOENICS和FLUENT是计算流体力学的通用软件，将其用于火灾模拟需要有较强的流体力学背景，因此，应用较少。

目前，国内外对FDS的研究比较多，而对于PHOENICS和FLUENT在火灾模拟方面的应用研究较少，对各个软件的对比研究则更少。

(二)选取从软件易用性来看，火灾专用模拟软件相对简单，在应用中不需要作复杂设置，使用者只需掌握火灾基本知识即可得到合理的结果，而通用CFD软件对使用者要求较高，使用者需要对流体力学知识有深入了解，才能得到合理结果，因此，一般火灾模拟选择专用软件为宜。

利用火灾模型进行数值分析前，应着重考虑该模型对所模拟问题的适用性及预测能力，一般情况下，需要事先利用相关试验(已有其他人员进行的试验或自己进行相关试验)对模型进行确认研究。

从模拟结果的准确性来看，火灾专用模拟软件由于是专门针对火灾开发的，在概念模型层面相对于通用软件更接近于真实模型，其数学模型更能反映火灾过程，因此，一般情况下，建议选择火灾专用软件，除非在专用软件无法模拟的情况下才选择通用软件。

第17卷第4期2021年4月中国安全生产科学技术Journal of Safety Science and TechnologyVol. 17 No. 4Apr. 2021doi ： 10. 11731/j. issn. 1673-193x. 2021. 04. 005室内人员疏散时间快速预测模型研究**收稿日期：2021 -01 - 18*基金项目：国家自然科学基金项目(72074196 )作者简介：江延立，硕士研究生，主要研究方向为公共安全与应急管理$ 通信作者：盖文妹，博士，副教授，主要研究方向为公共安全与应急管理江延立"，盖文妹"，李 群2(1•中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083 ； 2.中国安全生产科学研究院，北京100012)摘 要：为准确快速估算室内人员疏散时间，基于传统Togawa 模型，提出1种基于出口处人员流动速率的室内人员疏散时间快速预测模型，并利用Pathfinder 软件模拟某房间人员疏散过程，对比快速预测模型与传统Togawa 经验公式计算结果。

结果表明：快速预测模型计算量少，可获得更多更精确人员疏散信息$研究结果可为室内人员疏散提供理论支撑$关键词：应急管理；疏散时间；滞留时刻'Togawa 模型中图分类号：X956文献标志码:A 文章编号：1673 - 193X (2021) -04 -0030 -05Research on rapin prediction model of indoor personnel evacuation timeJIANG Yanli 1 , GAI WenmeO , LI Qun 2(1. School of Engineering and Technology , China University of Geosciences # Beijing 100083 # China ；2. China Academy of Safety Science and Technology # Beijing 100012 # China )Abstract : In order te xccurately and quickly estimate the indoor personnel evacuation time , based on the traditionxl Togawxmodel , x rapid prediction model of indoor personnel evacuation time based on the personnel Oow rate xt the exit wxs proposed.Compared with the traditionxl Togawx model , the rapid prediction model did not require the globxl calculation , and the calcu ­lation efficiency wxs higher. The Pathfinder software wxs used te simulate the personnel ewcuation process of x room , and tak ­ing the simulation results xs reference , the calculation results of the rapid prediction model and the traditionxl Togawx empiri ­cal formula were cempared. The results showed thxt the rapid prediction model had less calculation amount and ceuld obtainmore and more xccurate personnel ewcuation information. The research results can provide thearetical suppoS for the indoorpersonnel ewcuation.Key words : emeraency manaxement ； ewcuation time ； detention time ； togawx model0引言人员必需疏散时间由3部分构成：探测报警时间、人员预动作时间和人员疏散时间。

教学楼经济疏散数学模型摘要研究在险情发生时如何在最短时间内组织人员逃出某建筑物这类应急处理问题，是为了寻求到最佳的疏散方案，建立了人流疏散数学模型，该模型考虑到人流速度与人流密度之间的关系，以疏散时间最短为目标函数。

根据此模型求解得到了2号教学楼人员快速疏散的优化方案。

问题一：假设只有单行和双行两种方式。

而人流速度主要与人员密度有关，0.80v v ρ-=-。

通过分析知流量随人流密度的增加先增后减，单行流量小于双行的流量，故我们尽量使人流双行。

经分析得出：540.800.8110[([/1])/2]*/[(2[1/1])]([1/1])ij i j l t N l d c v d v d --==⎧⎫=+-+-+⎨⎬-+⎩⎭∑∑问题二：在问题一的基础上，给出符合实际情况的数据，经求解得出： 当V 0=4.0m/s 时，t=158.18s ；当V 0=3.0m/s 时，t=216.25s得出最佳撤离方案：即先撤出一楼单行的人员，再撤出一楼和二楼双行的人员，最后撤出三至五层楼的人员。

问题三：为方便紧急撤离，我们给出五个改进措施，并画出教学楼的设计图。

为使模型简化，给出了一些合理的假设，简化和数据，从而得出疏散时各楼层的模拟图。

最终列出模型方程：5440.80.810111'[()/3]/[2(1/1)]ij j i j j t N N c l v d --===⎧⎫=-*+-+⎨⎬⎩⎭∑∑∑代入问题二中的数据，得到：当V 0=4.0m/s 时，t=48.6059s ；当V 0=3.0m/s 时，t=65.3174s与问题二中所求的疏散时间相比较，显然我们改进的方案的疏散时间较短。

故我们的改进方案可行性较强。

关键词: 人员疏散 疏散方案 疏散模型 人流密度 人流速度1.问题的重述1.1问题的背景学校的教学楼是一种人员非常集中的场所，当发生地震、火灾等安全事故，或晚自习突发停电等突发事件时，师生需要尽快撤离事故现场，由于学校教学楼开放的安全通道有限，加上缺少合理的人员疏散方案，造成师生上下课时的楼道拥堵。

人群疏散的仿真研究当灾难或紧急事件发生时，人群疏散的效率和安全性至关重要。

为了更好地理解和改进人群疏散策略，研究者们利用仿真技术对人群疏散过程进行了深入探讨。

本文将详细介绍人群疏散的仿真研究方法、实验结果和分析，以及未来研究展望。

一、引言人群疏散是指人员在紧急情况下快速撤离现场的过程。

这个过程受到多种因素的影响，如人群密度、出口大小、指示标识等。

近年来，随着城市人口的不断增长和建筑密度的提高，人群疏散研究的重要性愈发凸显。

仿真研究作为实验科学的一种，可以为人群疏散提供一种安全、可控的环境，以便更好地理解逃生行为和疏散效率。

二、研究背景人群疏散的仿真研究发展迅速，它借助计算机、网络和多媒体等技术手段，通过模拟真实场景中的人群疏散过程，为研究者提供了大量实际数据。

根据仿真结果，可以深入探讨影响人群疏散效率的各种因素，并针对不同场景提出有效的疏散策略。

三、研究方法本研究采用计算机仿真技术，以某大型公共场所为研究对象。

首先，根据实际建筑结构，建立三维仿真模型；然后，通过模拟各种紧急情况，触发人群疏散过程；最后，利用高速相机和传感器等设备收集数据，并利用专业软件进行处理和分析。

四、实验结果和分析根据仿真实验结果，我们发现以下规律：1、人群密度对疏散时间具有显著影响。

随着人数的增加，疏散时间呈线性增长。

2、出口大小对疏散效率有重要影响。

出口过小会导致拥堵和滞留现象，而出口过大则可能导致人员分散和难以控制。

3、指示标识的设立对疏散过程具有积极作用。

合理设置指示标识有助于引导人员快速找到出口。

4、人的行为对疏散效率具有重要影响。

部分个体可能会在恐慌状态下做出不合理决策，从而影响整体疏散效率。

五、结论与展望本研究通过仿真实验发现，人群疏散过程受到多种因素的影响。

为了提高疏散效率，我们提出以下建议：1、根据实际需求合理规划出口大小，避免出口过小导致拥堵或出口过大导致人员分散。

2、在现场设置明显的指示标识，以便引导人员快速找到出口。

不同楼梯布局条件下行人疏散效果仿真研究李若菲;赵永翔;卢团团;刘旭光【摘要】为研究不同楼梯类型的行人疏散效果,改进传统社会力模型,模拟4种常见梯形中行人的疏散过程,并通过总疏散时间和平均疏散速度指标以及微观速度密度分布图分析其疏散效果中存在的内在物理机制.研究表明:从安全和高效疏散角度上看,在限定空间中,单跑无平台梯形布局有利于低密度人群下人员的快速疏散;在中、高密度人群中,双分梯形的分流特点更有利于人员安全、快速疏散.从微观密度、速度分布图可看到这4种梯形在人员疏散过程中均易造成人员聚集拥堵,但发生事故风险的位置不同.单跑有、无平台梯形在楼梯上端和下端均易发生拥堵,且此时速度值大,发生事故的风险高;双分与双跑梯形在楼梯与平台的转角处易发生拥堵.【期刊名称】《中国安全生产科学技术》【年(卷),期】2019(015)004【总页数】7页(P160-166)【关键词】社会力模型;三维建模;楼梯布局;安全疏散;建筑楼梯设计【作者】李若菲;赵永翔;卢团团;刘旭光【作者单位】福州大学经济与管理系,福建福州350116;福州大学经济与管理系,福建福州350116;福州大学经济与管理系,福建福州350116;福州大学经济与管理系,福建福州350116【正文语种】中文【中图分类】X928.30 引言近年来，建筑火灾造成的人员伤亡事件屡有发生，尤其对于人员密集、火灾荷载大的场所，一旦发生火灾极易造成重大人员伤亡和财产损失，甚至造成恶劣的社会影响[1]。

楼梯是各种建筑物中的主要疏散环节，特别是一些大型的人群聚集场所，如火车站、地铁站、商业广场、教学楼等。

在紧急事件发生时(如停电、火灾、地震等)，楼梯也是主要的逃生通道。

而楼梯疏散在疏散速度、步幅宽度、人员间相互影响等方面都不同于平面上的疏散[2]。

因此，针对楼梯区域人员疏散特征进行研究具有重要的现实意义。

对于人员疏散问题，常使用的行人模型主要是社会力模型[3]、元胞自动机模型[4]及格子气模型[5]等。

基于改进社会力模型对人群疏散过程的模拟在现实生活中，人群疏散是一项重要而常见的任务。

无论是火灾、地震、恐怖袭击等突发事件，还是大规模人群集会等日常活动，人群疏散过程的高效与安全至关重要。

为了更好地理解和改进人群疏散策略，我们可以利用社会力模型对人群疏散过程进行模拟，并通过改进这一模型来提高疏散效率和安全性。

社会力模型是一种以人群行为为基础的研究方法，用于模拟和分析人群在特定场景中的运动和互动。

它假设人群行为是由个体之间的相互作用和感知决定的，通过考虑个体之间的社会力和个体与环境之间的力的作用来进行模拟。

在人群疏散过程中，个体之间的相互作用和感知起着重要的作用。

改进社会力模型的一个关键点是加入个体之间的社交网络关系。

社交网络关系可以影响个体之间的认知和决策，从而影响疏散过程的流动性和效率。

通过考虑人群中人与人之间的关系，模型可以更准确地模拟现实中的疏散过程。

另一个可以改进社会力模型的方面是考虑地理环境对人群疏散的影响。

地理环境包括建筑物、道路、出口位置等因素。

这些因素会对人群疏散的流动性和效率产生重要影响。

通过在模型中加入这些地理因素，可以更准确地模拟人群在特定环境下的疏散过程。

例如，人群可能在狭窄的通道处产生拥堵，或者在缺乏明确出口标识的情况下迷失方向。

此外，改进社会力模型还可以考虑个体的差异性。

在现实生活中，人群中的个体有着不同的特点和行为习惯，这会在疏散过程中产生各种不同的行为。

通过在模型中引入个体差异性，可以更真实地模拟人群的行为，从而更好地理解和改进人群疏散策略。

通过改进社会力模型，我们可以进行针对性的优化和改进，以提高人群疏散过程的效率和安全性。

例如，在模型中加入出口疏散策略，可以更好地引导人群流动，避免拥堵和混乱。

又或者，在模型中加入虚拟现实技术，可以对疏散过程进行可视化和交互式分析，进一步优化疏散策略。

总之，基于改进社会力模型对人群疏散过程的模拟可以帮助我们更好地理解和改进人群疏散策略。

20212科技创新DOI：10.19392/ki.1671-7341.202106002基于AnyLogic的地铁应急客流疏散方案的设计周伟陈礼美黄叶清张丹童长安大学陕西西安710064摘要：当前城市地铁已成为行人的重要出行方式，论文以某个地铁站为研究对象，通过基于社会力模型的AnyLogic软件对其进行仿真建模，针对地铁高峰期的应急状况，对现有疏散路线进行优化，设计更加高效的方案，仿真结果表明：优化后的方案节省了乘客疏散时间，提高了客流疏散的效率，为地铁应急客流疏散方案提供了合理的改进方向和措施。

关键词:地铁疏散;AnyLogic仿真；社会力模型；优化1绪论随着时代的发展,地铁作为一种大容量的公共交通工具,在缓解城市交通拥堵问题和可持续发展等方面发挥了重要的作用。

地铁属于客流高度密集的场所，空间较为狭小且相对封闭，随着地铁线路的增多,轨道交通网络趋于复杂,地铁站内的突发事故时有发生。

本文将以西安地铁行政中心站为例探讨紧急状况下的客流疏散方案的优化。

2研究对象2.1地理位置地铁行政中心站位于西安市未央区，具有换乘功能。

该站位于张家堡广场中央，西邻市政府，东邻市委会,周边是熙地港和大融城购物中心、王府井购物中心和城市运动公园，交通便利，人员活动密集。

2.2内部空间结构由地下一层的站厅层、地下二层和三层的站台层构成,地下二层为2号线出行的站台层，类型为三跨岛式车站;地下三层为4号线出行的站台层，类型为侧式车站，车站顶部采用了类似玻璃穹顶的结构。

3仿真分析3.1采集数据3.1.1行人平均速度通过前期调研，绘制了如下不同年龄阶段行人速度的分布列表：性别年龄段初始速度（m/s）男性老年 1.00中年 1.23青年 1.34儿童 1.05女性老年 1.00中年 1.22青年 1.30儿童 1.05将行人的初始速度设定为1.00—1.36m/s。

3.1.2站厅和车厢人数采样经过五次采样，统计站台人数在350—420人之间,列车人数在1400—1600人之间，我们决定以1900人作为仿真模型的疏散总人数。