基于宏观场景模型的人员疏散仿真研究

一．引言  

随着我校办学规模的不断扩大，我校教学楼内往往有许多学生或教职工停留或者移动。为了减少校园出现紧急情况（如火灾，地震等）时的人员伤亡，如何使人群快速并安全的疏散，已经显得越发重要。为此，本小组进行了研究与材料收集。

二．关键词

场景模型      人员疏散         最佳方案

三．提出问题

  对于本班所处的一号教学楼，共有5层，每天约有95%的教室使用率（五楼除外），右侧有一个1.5米宽的上下楼梯，左侧12米处亦有一个1.5米宽的上下楼梯。

<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->结合一号教学楼的结构，建立适当的数学模型，制定一个合理的学生紧急疏散计划。

<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->考虑选择撤离集散地的情况下，建立适当的数学模型，制定一个合理的学生紧急疏散计划。

四．研究方法与研究过程：

方法：数学建模法

<!--[if !supportLists]-->1、 <!--[endif]-->我们根据研究问题进行分析。学校主楼是一个主要的教学区域，根据教室所在区域及楼层分别考虑疏散问题。分析的问题还包括人在楼梯、走廊、教室的疏散速度的确定，教室到走廊的疏散，教师的人员分配，楼层之间的整体疏散和使用电梯疏散四个模型。

<!--[if !supportLists]-->2、 <!--[endif]-->模型假设

<!--[if !supportLists]-->1） <!--[endif]-->假设上课时办公室、教研室、老师休息室及卫生间为空；

<!--[if !supportLists]-->2） <!--[endif]-->所有老师在走廊疏散速度和楼梯通道速度及教室疏散速度相同去V=1.0m/s,且是有顺序的疏散

<!--[if !supportLists]-->3） <!--[endif]-->假设没有学生旷课、请假及老师补课现象

<!--[if !supportLists]-->4） <!--[endif]-->人员间距、每个人的厚度及肩宽都是相同的

<!--[if !supportLists]-->5） <!--[endif]-->假设教室前门均向内打开不阻碍走廊人员前进

<!--[if !supportLists]-->6） <!--[endif]-->任何个体均遵守原则前进，不试图超越前方个体，亦不会留出大的间距

<!--[if !supportLists]-->7） <!--[endif]-->上课时所有安全通道均打开

<!--[if !supportLists]-->3、 <!--[endif]-->模型的建立：

模型1：(教室到走廊的疏散)

此模型只针对一个教室内所有人员从一个安全出口疏散。

模型2：（教室的人员分配）

此模型针对一个教室内所有人员从两个出口疏散，要对教室中所有人位置进行分配。

模型3：（楼层间整体疏散）

特性：人们一般会向有空间的地方疏散，而最快的撤离方法就是有序排队，也是对人员的合理分配。该模型就是将人员的安排合理化。

模型4：（使用电梯的疏散）

这个模型只有保证在电梯能够在一段时间内正常运作的时候才可以有效建立，根据电梯的运行速度和一次运载最多人数（实际运载时电梯速度不随人数变化而变化），来建立电梯模型。

研究过程：我们小组主要通过查找文献和结合实体情况进行分析总结，并通过实验员模拟逃生情景，在测量和计算后得出最佳的逃生的路线。

结论: 人员疏散本身是比较复杂的, 涉及到人的心理素质、教育、生活习惯等难以量化的因素, 这些影响因素也很难准确地用数学模型来进行描述, 必然造成求解结果的偏差。从一个侧面证实了有序撤离比无序撤离时间短, 所提出的建筑物人员疏散方案值得重视, 应该根据楼栋不同特性进行合理设计。

基于模型的求解和分析, 对有关部门提出了若干建设性意见:

a. 在人流比较多的楼栋, 各楼栋的楼道门要确保是畅通的, 管理员不能嫌麻烦而少开楼道门;

b. 各楼栋管理员要加强学习逃生守则, 掌握某固定楼栋的最佳逃生方案, 以便在意外事件发生时, 有效指导楼内所有人员尽快逃生, 并让楼道内人员知道自己安全撤离的大致时间, 以舒缓他们紧张的情绪, 稳定逃生秩序;

c. 相关部门应该组织人员定期给楼栋人员进行安全逃生讲座, 教导楼栋人员要从全局出发, 自觉遵守逃生规则, 并抽空进行疏散撤离演练;

d. 有关部门应抽空进行疏散撤离演练, 从以上实验结果看出安全逃生训练具有极强的可行性和必要性;

e. 建筑公司在建造楼栋时应考虑到楼栋的用途, 以便合理确定楼道宽度, 走廊宽度, 出口宽度等相关参数, 这样可以增加疏散队列数, 从而减短整体逃生时间。

f． 如果学校经费有限，也可以不花一分钱就可以消除这个消防隐患，就是合理安排上课的教室，避免每个楼层的所有教室都被用于上课。每层至少可以空出几个，这样就会大大的缓解人员疏散不利带来的危险。但是这样也有弊端，就是没有充分利用教室的使用价值，浪费资源。

g.通过观察，学校为了便于管理，一般情况下教学楼安全通道2关闭及安全通道5只打开一个门，在关闭的情况下疏散时间会相对增加，建议学校在平常也将他们打开，以应突发事件；

h.在教室疏散过程中不会出现堵塞现象，但是楼梯通道5及楼梯通道2相对较窄，建议适当加宽；

i.本小组在计算过程中，全部假设秩序良好，在现实中达到这种效果比较困难，需要做的是平时加强人员疏散的练习，对指挥人员进行专门训练，以实现在紧急疏散时不会发生太混乱的情况；

j.在设计疏散路线时，要注意人员的分流，尽可能避免出现人员拥挤现象；疏散路线要避免危险源，以避免发生更多的此类灾害。