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基于多主体的城市轨道交通车站应急疏散引导研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 疏散模型参数

1.2.2 应急条件下的疏散行为分析

1.2.3 理论建模

1.2.4 疏散仿真模型

1.2.5 国内外研究现状分析

1.3 本文研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 论文结构及技术路线

2 城市轨道交通车站行人特征与控制方法

2.1 城市轨道交通车站人员疏散行为分析

2.1.1 人员生理因素

2.1.2 人员心理因素

2.1.3 对疏散环境的熟悉程度

2.1.4 人员所处状态及位置

2.1.5 突发状况下人员行为特征

2.2 城市轨道交通车站疏散设施

2.2.1 扶(楼)梯与水平通道

2.2.2 闸机

2.2.3 出入口

2.3 控制人群运动特征的关键因素

2.3.1 疏散安全影响因素

2.3.2 群体行为的控制干预

2.4 应急疏散引导策略分析

2.4.1 应急疏散客流引导策略

2.4.2 引导点选取

2.4.3 设施设备状态

2.4.4 城市轨道交通站内通道疏散能力评估

2.5 本章小结

3 基于多主体的元胞自动机疏散模型研究

3.1 基于元胞自动机的环境模型

3.1.1 元胞自动机的构成

3.1.2 车站环境模化

3.2 基于多主体的行人模型

3.2.1 Multi-Agent理论

3.2.2 Multi-Agent疏散计算框架

3.3 基于多主体的元胞自动机模型的改进

3.3.1 基本疏散模型

3.3.2 地面场疏散模型

3.3.3 基于多主体的元胞自动机模型的改进

3.4 基于多主体的元胞自动机模型疏散模拟

3.4.1 仿真平台的搭建

3.4.2 仿真分析

3.5 本章小结

4 基于多主体的疏散引导者研究

4.1 引导者应急疏散客流交互模型

4.1.1 基于多主体系统的人员交互感知模型

4.1.2 疏散路径决策模型

4.1.3 期望速度决策模型

4.1.4 密度控制疏散模型

4.2 引入引导者的仿真结果与分析

4.2.1 引导者信息素参数与疏散时间的关系

4.2.2 引导者扩散影响因子分析

4.2.3 引导者数量与疏散时间的关系

4.2.4 疏散引导者最优数量分析

4.3 疏散人员心理承受值分析

4.3.1 心理承受值感知模型

4.3.2 心理承受临界度

4.4 引入引导者的仿真案例分析

4.4.1 案例站台简介

4.4.2 设置引导者的站台疏散仿真研究

4.5 本章小结

5 智能疏散指示标志优化设计

5.1 应急疏散指示系统概述

5.2 智能疏散指示标志系统指向设计方式

5.2.1 智能疏散指示系统主要特点

5.2.2 根据出口宽度指示人员疏散

5.2.3 人员疏散与人员密度的关系

5.2.4 智能疏散指示标志作用下的疏散模型

5.3 智能疏散指示标志设置方式研究

5.3.1 智能疏散指示标志设置区域研究

5.3.2 出口指示标志布点设置规划

5.3.3 边界指示标志和地面指示标志疏散效果研究

5.4 智能疏散指示标志的人流控制

5.4.1 贝叶斯网络的理论基础

5.4.2 基于贝叶斯网络的人流控制

5.5 智能疏散指示标志指向设置原则

5.6 本章总结

6 宋家庄地铁站应急疏散条件分析

6.1 车站工程概况

6.2 火灾状况下城市轨道交通车站人员应急疏散分析方法

6.2.1 疏散分析主要方法

6.2.2 疏散时间(RSET)预测

6.2.3 危险到来时间(ASET)

6.3 城市轨道交通车站火灾规模的确定

6.4 疏散宽度

6.4.1 疏散路径有效宽度确定

6.4.2 宋家庄地铁站疏散宽度

6.5 疏散分析参数确定

6.5.1 人员类型与步行速度

6.5.2 疏散通道流量

6.5.3 疏散人数分布

6.6 宋家庄地铁站应急疏散指示标志现存问题分析

6.7 本章小结

7 火灾下宋家庄地铁站疏散引导设计方案

7.1 5号线、10号线与亦庄线的防火分隔

7.2 亦庄线疏散场景分析

7.3 5号线、10号线区域疏散场景分析

7.4 本章小结

8.1 工作总结

8.2 创新点

8.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间主持和参与的科研项目

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摘要

城市轨道交通运营因其高效、准时以及便捷等优点,日益成为当今城市中主要的公共交通工具之一。轨道交通车站的安全问题需要引起极大的关注,一旦发生火灾、恐怖袭击等灾害性事件,如不能快速、有序的引导人员撤离到安全区域,会造成不可估量的严重后果。
  突发事件下的人员应急疏散这一课题关联多方复杂因素,本论文结合轨道交通的特点,通过对地铁车站的站内结构、行人特征等方面的分析,建立基于多方复杂因素的人员应急疏散仿真模型,深入探讨引导者和指示标志在疏散管控中的设置方式和有效性。以得到相对合理的应急管理措施,为轨道交通车站应急疏散预案提供优化的方案和建议。研究工作主要从以下几个方面展开:
  (1)在精细网格划分的元胞自动机建模的基础上,引入多主体理论来刻画和展现人的行为,建立了人员应急疏散行为模型。模型中对元胞自动机微观离散建模技术进行改进,引入出口宽度、过道吸引因素、温度场等相关参数,从而解决人员疏散路径的选择问题。通过个体微观行为特征及相互间的作用来反映群体的疏散特征,分别描述个体与建筑或其他行人的吸引、排斥和追随作用,具有较强的描述能力和扩展能力。
  (2)建立引导人应急疏散客流交互模型,依据实地调研,将地铁中疏散人员进行分类,并将乘客的心理承受值进行量化,对压力状态下的速度进行调整。利用动态场的传递原理,提出引导者的信息传递模式。在应急疏散过程中设定引导者进行疏散引导管控,确定路径决策和期望速度决策模型,对引导者对疏散过程中的密度控制、恐慌人数控制进行讨论。研究得出将路线信息准确、及时的传递给逃生人员,能够有效提高疏散效率。仿真得出引导者在固定疏散场景、固定疏散人数及固定安全出口个数及疏散人数等设置下的最优值,为应急疏散管理中设置引导人数量提供理论依据。
  (3)综合考虑建筑物内部结构、人员密集程度、逃生人员心理、人流控制等因素,对智能疏散指示标志的安装位置、逃生线路指向、开启状态等设置进行优化改进。将指示标志的控制作用引入人群分布预测模型中,使得逃生路径优化、人群分布、和疏散控制决策纳入到一个模型框架下。通过模拟紧急情况下不同比例对流人群的疏散场景,得到一定场景下疏散指示标志指向的设置原则。
  (4)以北京宋家庄地铁站为例,出于对地铁运营特征的考量,进行了疏散分析主要方式的确立。实地调研站内各设施设备,确定各设施设备有效宽度及人流量,通过对站内的人流和结构进行分析确定高峰客流时期各区域疏散人员数量。深入分析了当前宋家庄地铁站应急疏散指示系统存在的不足及安全隐患问题,建立宋家庄地铁站三维仿真模型,针对不同线路特点、火源位置、火灾发展情况及客流分布等影响因素提出了一整套疏散引导优化设计方案,并对疏散策略进行验证分析。

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