國內外應急疏散模型的對比研究

郭小林

摘? ?要：中國特色社會主義進入新時代，公共安全與應急管理工作有了更新的任務和要求，應急疏散是在應急事件發(fā)生時保護人民生命的重要舉措。國內外專家在應急疏散領域提出了很多計算機模型和數(shù)學模型。本文分析了國內外典型應急疏散模型，從應急疏散的個人行為、心理特征、社會環(huán)境等方面進行了對比研究，并基于個體和集群對應急疏散的數(shù)學模型進行了分析，提出了社會力模型可以比較準確的模擬應急疏散過程，大力推薦利用社會力模型開展應急疏散的決策和應用研究。

關鍵詞：應急疏散? 應急管理? 數(shù)學模型? 社會力模型

中圖分類號：TQ086? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0239-03

現(xiàn)代社會中，人與人、人與社會的交流更加頻繁，構成了如今生機勃勃的世界，人的主觀能動性促進人類社會不斷發(fā)展前進。如今的城市中，火車站、地鐵站、商場、學校、體育館、旅游景區(qū)等場所都是大量人員聚集的區(qū)域，一旦發(fā)生地震、火災、恐怖襲擊等突發(fā)事件，需要盡快的安全地疏散人員，保護人民的生命財產安全，保障經濟社會的安全發(fā)展。國內外學者都有大量的研究。

1? 應急疏散行為分析及研究方向

應急疏散本質上是時間優(yōu)化模型，在最短的時間內把人群從一個危險場所疏散到安全場所。在疏散的過程中，將受到人員的個體特性、人群的行為特征、建筑空間的布局劃分等影響。人員個體在疏散過程的行為：反應——分析——撤離、再反應——再分析——再撤離的反復過程;人群的行為包括理性、恐慌、從眾等特征;建筑空間布局包括房間、過道、樓道的容量和通過能力。隨著計算機的發(fā)展，提高了數(shù)學模型的求解能力，越來越多的應急疏散模型應運而生。不完全統(tǒng)計，典型的應急疏散模型超過20種[1]。這些模型大都使用了網(wǎng)絡節(jié)點，模擬建筑物內部空間之間聯(lián)系，以此制定建筑物內部的疏散，但是各個應急模型都有自己疏散理論，故此各個模型的疏散效果和適用范圍都不盡相同。

2? 國內外應急疏散模型的發(fā)展狀況

2.1 國外應急疏散模型

國外應急疏散研究起步比起國內要早一些，典型的有：BFIRES[2]，針對火災和個人行為開發(fā)的應急疏散模型，主要用于醫(yī)療建筑物中，最多同時模擬20個人的疏散，因此只能模擬小型的應急疏散。EXITT[3]，是針對發(fā)生火災時建筑物內人員的疏散，利用建筑物的內部空間聯(lián)系建立網(wǎng)絡結構，定義好人員的位置、安全出口和疏散的路徑和節(jié)點，當火災發(fā)生時，模型會依據(jù)最近的安全出口計算出最佳疏散路徑，運行中一旦某條路徑阻塞或者變得不安全，模型會選擇其他的路徑代替疏散。EVACNET[4]，是利用水流原理的計算機網(wǎng)絡疏散模型，把建筑物內部結構模擬看成水管之間的連接，把人的流動看成水的流動，沒有考慮人的個體行為和群體行為，按照水流疏散的時間選取最優(yōu)的疏散線路，適用于大型建筑物，但是由于沒有考慮到疏散個體差異，實際的疏散時間要比模擬的疏散時間要長。BuildingEXODUS，英國格林威治大學火災安全工學小組開發(fā)出的，模擬的是人與人、人與火災、人與構造物的相互作用[5]，由人員、移動、行為、毒性和危險5個相互交互的子模塊組成，建筑物的空間和時間劃分為由節(jié)點和弧構成的二維網(wǎng)格，適用于醫(yī)院、學校、車站等人員密集的大型建筑物應急疏散。SIMULEX[6]，是基于人的行為模型，以人員在人群中的個體特性作為分析目標，個體行為和環(huán)境互相影響，建筑物的空間劃分為精細網(wǎng)絡模型多精細的網(wǎng)格，該模型在于真實地反映人員在疏散中的行為，有直觀的界面輸出，在模擬的時候可以找到一些潛在的風險點。

國外的應急疏散模型較為系統(tǒng)，大部分為應急疏散的基礎理論，模型各自都有自己的參數(shù)和適用范圍，直接應用性不強，但可供大量科研工作者借鑒，并可以以此為基礎開展二次研究。

2.2 國內應急疏散模型發(fā)展現(xiàn)狀

國內的應急疏散模型的研究開始于20世紀90年代末，目前缺少成熟的模型和軟件[7]，但國內科研工作者也研究出了不少的應急疏散模型。如袁理明等提出的計算疏散時間的數(shù)學模型[8]，溫麗敏等提出的火災群集疏散模型[9]，劉文利等提出的地下商業(yè)街建筑人群疏散模型[10]，王志剛開發(fā)了地下大型商場火災人員疏散計算機模型[11]，陳一州等開發(fā)的人群疏散數(shù)學模型[12]，李峰等從心理學和社會學出發(fā)研究人員聚集疏散問題[13]，鄭霞忠等探究樓梯匯流運動規(guī)律[14]，鄧宇菁等改進社會力模型的人群疏散[15]。

國內的應急疏散模型正在逐步發(fā)展，但由于人群流動和個體特征的復雜性，以及建筑物本身也具備一些特殊性，應急疏散研究成果的難以應用于各種建筑物。

3? 基于應急疏散數(shù)學模型

數(shù)學模型是根據(jù)事物的真實變化，將所有的變化聯(lián)系建立對應的數(shù)學公式，再通過計算求解得出結果的一種數(shù)學方法。如果數(shù)學模型得到的結果不理想，我們可以調整模型參數(shù)得到比較理想的結果。由于數(shù)學模型其獨有的前瞻性、預測性、易調整性和易決策性，應急疏散應用數(shù)學模型來研究更具優(yōu)勢?？梢愿鶕?jù)從疏散的特性借鑒對應數(shù)學模型。

3.1 基于個體特征的疏散數(shù)學模型

Helbing[16]提出的社會力模型是基于個體的微觀疏散模型，應用了流體動力學原理，分析行人運動的受力狀態(tài)，包括心理初始動力、人與人之間的心理排斥力、人與障礙物之間的物理排斥力，這些力綜合作用并影響行人下一步運動行為，最終通過計算得出疏散的時間，還可以反映疏散中出現(xiàn)的擁堵、擠壓等狀態(tài)，數(shù)學模型如公示（1）。

3.2 基于群集特征的疏散數(shù)學模型

李釗[17]等針對現(xiàn)代高層電梯建筑，基于Evacnet利用水流原理，所有的人的特征都一樣，是一種群集疏散，建立的數(shù)學模型如公示（2）。

3.3 綜合個體及群集的疏散數(shù)學模型

陳一州[12]等開發(fā)人群疏散數(shù)學模型，是基于的流體動力學原理，分析了個體特征，結合了人員疏散的移動速度、疏散時間、人群密度等建立數(shù)學模型，并經過大量的模擬耦合，建立了人群疏散數(shù)學模型，如公式（3）。

以上各個數(shù)學模型中參數(shù)的具體含義在對應的參考文獻中有詳盡描述，科研工作者可以根據(jù)對應應急疏散的特征選取對應數(shù)學模型進行定量研究。其中Helbing等提出的社會力模型分析應急疏散行為比較全面，適用面廣，可以很大程度的模擬的真實情況，同時數(shù)學模型參數(shù)的調整和修改比較容易，二次開放相對容易。李釗的數(shù)學模型能很好反應群集疏散，但不能反映個體行為差異。陳一州的數(shù)學模型研究得比較透測，但參數(shù)太多且結構復雜，系數(shù)在今后的變化中可能需要重新調整，再次開發(fā)不太容易。

4? 結語

應急疏散方案盡可能的模擬被疏散對象的個體特征、群體特征和社會環(huán)境因素，要經得住科學和社會的考驗。國內外應急模型都各有特點，在各自的特定適用范圍都有很好的應用型，但隨著經濟社會的變化發(fā)展，會對應著社會參數(shù)和系數(shù)的變化，這些模型都需要繼續(xù)修正和發(fā)展。社會力模型考慮到了心理因素和物理因素，可以比較真實的模擬應急疏散過程，大力推薦利用社會力模型開展應急疏散的決策和應用研究。

參考文獻

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