276基于matlab的疏散仿真程序简介

基于matlab的疏散仿真程序简介

朱伟向大海刘方

重庆大学城市建设与环境工程学院 400045

摘要：本文简要介绍了人员疏散仿真现状，作者基于matlab平台开发了疏散仿真模型，该仿真模型基于精细网格模型，对人员运动行为进行了改进，仿真程序能动态显示人员在房间中的疏散运动，以及各时间步长下人员分布情况。采用作者开发的模型，对某单一房间进行人员疏散模拟。该程序计算的人员运动过程及疏散时间与其他疏散模型较为吻合。

关键词：疏散模型建筑火灾

1 引言

疏散模型的研究，从二十世纪五十年代，John Bryan开始研究火灾中人员行为，到1977年NBS出版的《建筑中紧急疏散评估的技术手册》，通常认为是初期阶段。在八十年代以后，随着计算机数值模拟技术的发展，以Canter为代表的用计算模拟的方法研究火灾发生后人员的疏散问题中得到广泛应用。1998年在爱尔兰Belfast召开第一届国际火灾中人员疏散问题研讨会后，进一步加深了人员疏散问题的研究(陈智明等，2003)。现阶段，随着虚拟实现技术的不断发展，虚拟实现技术也不断在模拟火灾中人员的疏散问题上得到应用。虚拟实现技术可以模拟真实感的火灾场景，可以模拟到心理层面。在进入计算机数值模拟技术阶段以后，可以直接模拟人员在建筑物内的移动过程，并且记录不同时刻人员的几何位置变化，同时可以得到人员的疏散时间。本文对现有的疏散模型进行简要综述，介绍作者所开发的疏散仿真程序，并进行单一房间疏散模拟。

2 国内外疏散模型研究现状

基于计算机的人员疏散分析采用的基本方法有:优化法、模拟法和风险评估法

(1)优化(optimization)模型:将人看成具有共同特征的整体，假定人员以最有效的方式进行疏散。如:EVACNET+和TAKAHASHI’S MODEL。

(2)模拟(simulation)模型:如BGRAF，DONEGAN’S ENTROPY MODEL，EXITT，EGRESS，E-SCAPE，EVACSIM，EXIT89，EXODUS，MAGNETMODEL，PAXPORT，SIMULEX，VEGAS。

(3)风险评估(risk assessment)模型:如CRISP，WAYOUT。它能识别火灾时与疏散有关的危险或相关事故，并能对最后的风险进行量化。通过多次重复计算，可以估算出不同防烟分区设计或防火保护措施有关的各种重要变量的统计数据。

3 几种流行疏散模型简要介绍

3.1 EXIT98

EXIT98是一个适用于大型建筑的疏散模型，该模型的一个最大特点是能够描述火灾中烟气对于疏散人员的影响，对火灾烟气和毒气的流动进行了模拟，使得模型能够更进一步与

实际的火灾场景相似。该模型同样用网络的方法对建筑物进行描述，可以输入房间的各种参数，包括房间出口的大小、房间里面人员的数量以及一些与烟气相关的参数。对于模型中烟气的设置可以人为设定一些烟气参数也可以用模型进行计算求出这些参数。EXIT98在火灾场景描述方面以及人员的特性方面有比较大的进步，但是EXIT98能够模拟的建筑物类型比较少，一些参数的取值也有待更进一步论证。

3.2 EXITT

EXIT是火灾综合分析程序HAZARDI的一个模块，专门用于计算人员在建筑平面内的疏散时间。

EXITT也是基于网络的疏散模型。在建筑平面方面，该模型也必须建立各个网络单元、各个单元的出口以及连接各个节点。允许用户为疏散人员设置各种参数，如速度、体型尺寸、年龄、当时是否清醒等。该模型在一定程度上考虑了灾害环境对于人员疏散的影响，但是该模型的正确性是建立在灾害模型的正确性基础上的，同样该模型对于人员在疏散过程中的各种行为缺乏必要的考虑。

3.3 SGEM

空间网格疏散模型(SGEM)概述武汉大学与中国香港城市大学发展的空间网格疏散模型(Spatial—Grid Evacuation Mode1)，是将建筑物划分为不同粗细的网格空间，即网格模拟疏散计算方法。在模拟计算过程中，首先根据建筑物的结构布置关系划分疏散网络，将建筑内的房间、走道、大厅、楼梯等作为网络单元节点，这些节点通过门、出等相连，因此整个建筑按照人员的流动方向构造成一个网络，在网络单元中人员按一定的密度分布并以相应的速度运算法则向前移动。SGEM 将着火层和非着火层的人员状态分别进行了不同的处理。即在某一时间间隔△T (时间步)内，着火层内用个体坐标表示人员的实际位置，而在其它楼层则根据其与出口的距离来表示某人的相对位置。非着火层的群体计算方法：SGEM 认为人流具有一定的密度、速度、方向及流量，对此类流动不考虑人流内各个人员的具体特征。

3.4 疏散程序界面简介

作者提出的疏散模型是基于网格模型。将整个建筑平面进行精细网格化，取网格默认大小0.5m×0.5m进行网格划分，不考虑墙体的厚度对网格的影响，看做0厚度墙，可通过相应参数设置改变所划分网格的尺寸大小，从而获得不同网格尺寸下人员疏散情况。人员在网格点上的移动行为就近原则，并受周围环境（障碍物，人员密度，离出口的远近等）影响，具有一定的自主能动性。通过模拟获取最终全部人员疏散出建筑物所用时间（步长数)n×t(时间步长)，作为建筑人员所需安全疏散时间。图1为该疏散程序的主界面。图2和图3分别为该疏散程序的参数输入主界面和图形显示主界面。

图1 程序主界面窗口

图2 参数输入主界面窗口

图3 图形显示主界面窗口

4 案例分析

作者为了分析程序的可信性，以某市已经进行过消防安全性能评估的工程项目中两个房间作为模拟计算对象。该项目位于该市商贸中心地表以下，本文取其第九防火分区的两个房间作为模拟对象。

第九防火分区示意图见图4。模拟计算房间参数见表1。

图4 建筑防火分区示意图

图5 房间R1模型图及初始时刻人员分布

5模拟结果对比分析

按经典的疏散时间计算公式()()0

010

1

[]T

n e a i i i

i T

N N t B t dt T N B φ==-+''∑?及其简化式计算可用的疏散时间约为t 1≈6s ,用疏散软件SGEM 软件模拟，疏散时间t 1

=6.25s 。使用本模

拟程序疏散时间为t 1

≈5s.

图6 2s 个时 房间内人员分布

图7 第4s时房间内人员分布

图8 房间R1 r人数随时间变化图

6 结论

本文在对现有疏散模型进行简要介绍的基础上，介绍了基于精细网格模型开发的疏散软件。通过与日本Togawa推导的疏散时间近似计算公式，以及由武汉大学开发的SGEM软件进行对比，发现：本模拟程序所得结果和公式计算结果以及SGEM模拟基本一致，误差分别在20%左右。

本文建立的疏散模型以及疏散软件，需要进一步通过实验验证。目前，该仿真程序在进一步的完善。

参考文献：

[1] 国外建筑火灾人员安全疏散研究(译文集).消防安全工程工作组编，北京2001.

[2] 方正，马莉莉，卢兆明.人员安全疏散模型及其在性能化消防设计中的应用[J].消防科学与技术,2002

[3] 晁海鸥.疏散模型在建筑设计中的应用.《消防科学与技术》.2007年26卷5期

[4] 杨立中，方伟峰等，基于元胞自动机的火灾中人员逃生的模型，科学通报(P).第47卷，第12期，2002年

注：朱伟，男，1985年9月生，重庆大学在读硕士研究生，地址: 重庆大学城市建设与环境工程学院，邮政编码：400045，电话：136********， Email: zhuwei7870@https://www.docsj.com/doc/6215391170.html,