【摘要】：近年來(lái),全球范圍內(nèi)地震災(zāi)害頻發(fā),對(duì)人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。地震發(fā)生后,如何確保建筑內(nèi)人員安全疏散對(duì)于減少地震造成的人員損傷至關(guān)重要。通過分析疏散人群的行為特征、疏散人員的受力以及疏散逃生的最優(yōu)路線等關(guān)鍵因素,提前制定相應(yīng)的應(yīng)急疏散方案是開展震后人員疏散的有效措施,具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)應(yīng)急疏散已經(jīng)開展了大量的研究工作,但是在震后疏散方面,仍存在以下問題有待進(jìn)一步解決和完善:(1)缺少對(duì)群體疏散中組團(tuán)行為的深入探索;(2)對(duì)多、高層建筑內(nèi)震后人群疏散問題相關(guān)研究較少;(3)對(duì)群體疏散中最優(yōu)疏散路徑的規(guī)劃問題有待進(jìn)一步完善。本文以地震后多、高層建筑內(nèi)人群安全疏散作為研究目標(biāo),針對(duì)震后疏散中存在的以上問題展開研究,本論文的貢獻(xiàn)主要包括以下三個(gè)方面:(1)針對(duì)群體疏散的臨時(shí)組團(tuán)特點(diǎn),提出了在震后疏散過程中存在的“羊群效應(yīng)”。“羊群效應(yīng)”是指在突發(fā)狀況下,個(gè)人行為受到周圍人行為的影響,從而跟隨其他行人的一種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。在震后的群體疏散中,家人、朋友、鄰居以及其他密切相關(guān)的人會(huì)依據(jù)親密程度形成組團(tuán)現(xiàn)象,存在“羊群效應(yīng)”。人與人之間的關(guān)系越密切,在團(tuán)體內(nèi)的聚集度越高,并且疏散人群中的這種羊群效應(yīng)在整個(gè)疏散過程中是一直存在的。為了能夠更加真實(shí)地反應(yīng)出人群在疏散運(yùn)動(dòng)過程中的分組現(xiàn)象,本文提出了一種在震后疏散過程中存在的羊群效應(yīng),在研究震后疏散過程中,充分考慮行人與行人之間以及行人與領(lǐng)隊(duì)之間的相互影響關(guān)系,定義了“追趕”和“跟隨”兩種仿真行為模型來(lái)描述震后疏散過程中的典型行為特征和行為規(guī)則。(2)針對(duì)多、高層建筑中震后疏散問題,提出了一種融合羊群效應(yīng)的社會(huì)力模型。本文針對(duì)多、高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密集,導(dǎo)致地震后人群疏散更為復(fù)雜的特點(diǎn),提出了一種融合羊群效應(yīng)的社會(huì)力模型,用于模擬震后的多高層建筑內(nèi)人群疏散。在該模型中,通過加入由疏散行人間的視覺力、聚合力、排斥力組成的“羊群”作用力來(lái)模擬行人與周圍環(huán)境中的其他行人所產(chǎn)生的“追趕”和“跟隨”等交互行為,更加真實(shí)地反映出多、高層建筑內(nèi)震后人群疏散過程中存在的羊群效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加入羊群效應(yīng)的社會(huì)力模型,有效地評(píng)價(jià)出群組規(guī)模、群組關(guān)系、出口數(shù)量以及出口大小等因素對(duì)震后人群疏散產(chǎn)生的影響,能夠更高效、更逼真的模擬出多、高層建筑內(nèi)震后人群疏散運(yùn)動(dòng)。(3)針對(duì)震后疏散中的最優(yōu)疏散路徑規(guī)劃問題,提出了一種融合羊群效應(yīng)與螢火蟲算法的群體疏散路徑優(yōu)化算法。最優(yōu)疏散路徑規(guī)劃問題是指在復(fù)雜的環(huán)境中尋找一條從起始點(diǎn)到疏散出口的最優(yōu)路徑。傳統(tǒng)螢火蟲算法在求解優(yōu)化路徑問題時(shí)存在收斂速度慢、求解精度不高等不足。本文針對(duì)以上不足,結(jié)合震后疏散的特點(diǎn),提出一種改進(jìn)的群體疏散路徑優(yōu)化算法。首先,在疏散初期,結(jié)合羊群效應(yīng)提出一種相對(duì)吸引力機(jī)制,形成多個(gè)小規(guī)模疏散小組;然后,在疏散過程中建立疏散小組間的信息共享機(jī)制,根據(jù)相對(duì)吸引力的大小不斷地對(duì)每個(gè)疏散小組進(jìn)行調(diào)整或重組,從而更加真實(shí)地模擬出震后疏散中組團(tuán)行為對(duì)疏散路徑選擇造成的潛在影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,融合羊群效應(yīng)的改進(jìn)螢火蟲算法能夠有效地降低整體疏散時(shí)間,提高了群體疏散仿真的真實(shí)性,解決了震后疏散過程中的最優(yōu)路徑規(guī)劃問題。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P315.9;TP18
【圖文】：

圖 1-1 中國(guó)強(qiáng)震及地震帶分布圖00-2018 年間，中國(guó)大陸地區(qū) 7.0～7.9 級(jí)地震共發(fā)生了 75 次，8.0 級(jí)以上地震發(fā)，這些地震造成 28 個(gè)省份受到損害，死亡人數(shù)高達(dá) 67.9 萬(wàn)人，傷殘人數(shù)為 11災(zāi)人數(shù)高達(dá)數(shù)億人。特別是 2008 年汶川地震、2010 年玉樹地震、2013 年雅安地17 年九寨溝地震，都造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[2]。震發(fā)生時(shí)房屋或建筑物被破壞或倒塌，引起人們的恐慌，人員來(lái)不及從建筑物中導(dǎo)致人員傷亡嚴(yán)重的主要原因。因此，降低地震災(zāi)害的首要任務(wù)是將人員的傷亡到最小。人員的安全疏散與其自身安全息息相關(guān)，震后將人群從危險(xiǎn)區(qū)域快速有至安全區(qū)域是防止和減少人員傷亡的重要手段[3]。例如，日本處于環(huán)太平洋地震生地震的情況非常頻繁。2008 年，日本東北地區(qū)發(fā)生 7.2 級(jí)地震，導(dǎo)致 7 人死亡人受傷。如此低的傷亡率得益于日本政府定期組織的防震演練及有效的震后疏散大地降低了地震帶來(lái)的危害和損失。因此，積極開展震后疏散方面的研究，具有的現(xiàn)實(shí)意義。著信息技術(shù)的快速發(fā)展，研究人群緊急疏散的方式已從傳統(tǒng)的疏散演習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ǚ抡婕夹g(shù)研究人群疏散行為。仿真模擬可以很好地展現(xiàn)出整個(gè)疏散的過程，同時(shí)

圖 3-4 Netlogo 系統(tǒng)界面定為一個(gè)封閉的空間，整個(gè)空間大小為 25×252，空間右為疏散出口（圖 3-5），這里對(duì) 300 個(gè)人組成的人群進(jìn)行視范圍，基本速度，速度變化量，與距自身最近的行人之驗(yàn)中，參數(shù)值參考人的真實(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，部分參數(shù)設(shè)置如表y=25x=25exit1y=25x=25exit1exit2圖 3-5 單雙門實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

可以清晰地觀察到人群自組織組團(tuán)現(xiàn)象的形成，如圖3-6 所示。在疏散過程中，疏散人員都朝著安全出口匯集，人群流速會(huì)逐漸降低。圖 3-6描述了疏散時(shí)間為 60 秒時(shí)空間內(nèi)行人分布情況，圖中每個(gè)形狀均代表待疏散行人，不同形狀代表不同類型的行人。其中，黑色標(biāo)注的五角星代表領(lǐng)隊(duì)，黑色標(biāo)注的三角形代表已進(jìn)入親友組的行人，黑色標(biāo)注的圓圈代表自發(fā)組織匯聚在一起的疏散小組，白色標(biāo)注的圓

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本文編號(hào)：2791257