基于Pathfinder 的郊区集市人员疏散行为研究

庞力文；金成；黄赵涵

（中国矿业大学（北京），北京100083）

0 引言

郊区集市贸易在经济中具有重要的地位和作用，培育与发展集市贸易就具有重要意义[1]。但这类集市集市交通不便，拥堵现象屡见不鲜，且交易活动环境恶劣，存在大量安全隐患[2]，容易发生安全事故[3]。在半开放空间里发生突发事件容易造成人员伤亡事件。因此，对郊区集市等半开放空间的合理疏散进行分析对提高此类空间的安全性具有重要意义。本文通过对北京某郊区集市进行调研，并选用FDS 和Pathfinder 作为工具手段，研究了不同方案下集贸市场内疏散人员的流量、速度、疏散时间等参数变化特征，为集市等场所进行人员疏散方案的合理设计提供依据和参考。

1 场景介绍

实验模拟选取地点是北京海淀区某一层层露天集市。该空间长45m，宽32m，营业面积为1440m2，在市场左右两侧分别设有宽2m 的安全出口。营业时间为7:00-22:00。

通过FDS 建立的集市模型如图1 所示。人员初始均匀分布在八块区域。

图1 集市模型及分区（图中黑色区域为柜台等障碍物）

2 模拟参数设置

2.1 Pathfinder 算法原理

Pathfinder 算法是一种有效的网络简化和分解的方法，适用于又向和无向加权网络，该算法由两个基本的参数决定——r 和q，r 决定两个不直接相连接节点之间的距离测度算法，q 限定一个节点在一个路径中可以的最多节点数，节点之间的距离由闵可夫斯基距离测度[4]：

当r=1 时，其等于路径中所有连线权重之和；当r=∞时，其则等于一条路径所有连线中的最大值。

2.2 计算参数设置

通过多次调研得到集市内人员总数在400-500 人，本文取最高峰数据500 人进行模拟实验研究。

2.3 人员参数设置

经过调查，集市毗邻大学和居民区，人员主要为学生和中老年人。据调查，青年男性的行走速度为1.35m/s，青年女性的行走速度为1.25m/s，中·年男性行走速度为1.28m/s，中年女性速度为1.18m/s；大客流量时段顾客的性别占比男性35.7%，女性65.3%。其中青年为42.8%，中老年为57.2%。模型的碰撞体积为50cm。

人员在货架前的位置随机，根据实际情况进行模拟，所以人员的起始位置也是均匀分布。

2.4 方案设置

整个实验设置两个实验组，一组使用空白对照，不加入人员干预，获取实验数据，一组进行指挥干预，调整人员疏散路径和设置疏散延迟，并对每个出口的人员疏散数量进行合理分配，方案设施情况如表1。

方案Ⅰ为在SFPE 模式（即基于出口人员流量的运动模式）[7]下的模拟实验疏散，这种模式下人们会自动选择最近的出口进行疏散。方案Ⅱ为在Steering 模式（即控制制导模式）下，本实验将整个疏散区域分为两大块，设置区域1、2、3、4、5 人群向 D1 疏散，区域 6、7、8、9、10 人群向 D2疏散；并设置人员疏散延迟启动，位置越远延迟时间越长，按照距离出口的距离分成 0s、2s、5s、10s、15s 五个档。

表1 出口划分及延迟参数设置

3 结果分析

3.1 出口疏散速率

图2 出口的疏散速率

由图2a）可见SFPE 模式下整个实验在开始时人员的启动速率相差不大，都在18s 左右达到饱和，并趋于平稳，但在D1 号出口处人员在84s 时接近疏散完毕，但D2 号出口处却还有57 人，此时实验继续进行到102.5s 所有人员才疏散完毕。出口出现不饱和状态，需要的疏散时间变长。由图2b）可见在Steering 模式下实验初期的人员启动速率和SFPE 模式下的前期疏散速率图几乎保持一致，并趋于同一稳定值，说明在Steering 模式下的疏散模型也处于饱和状态，而且两条曲线的走势基本一致，前期拥有一小段时间的峰值，与延迟疏散的时间基本吻合，证明延迟疏散策略拥有一定的增加疏散速度的效果。且曲线在同一时间结束，在疏散过程中没有出现安全出口使用的真空期在不加人为引导下，人员疏散出口随机，在一方疏散完毕之后无人再使用，造成逃生资源的浪费，延长了疏散时间，在人员心理焦虑的情况之下无疑加大了人员疏散的难度和踩踏等事故发生的机率。

3.2 疏散人数和滞留人数

图3 疏散人数和滞留人数

图3a）中斜率越大表示安全出口的疏散速度越快，需要的疏散时间越短，在84s 之前，图线的斜率稳定，说明安全出口的利用率处于饱和状态，在84s 之后，斜率变小，说明更加安全。图3b）的斜率基本不变也证明了两个出口的充分使用没有出现真空期，是最理想的一个疏散方式，也是疏散时间最短的一个疏散策略。所有人员疏散完毕时间到达92s，相比SFPE 模式下缩短了10s。

根据晋良海，易小钰对公共建筑人群疏散流线负荷的拓扑解析模型研究可知，ΔT=0 表示疏散空间利用率最高达到疏散的临界状态。

4 结论

本文对封闭式的露天集市人员疏散场景进行模拟，对基于Pathfinder 所构建的场景的疏散实验模拟结果的各项数据进行分析，结果表明：①在有人指导和无人指导时，疏散的效率明显不同，在指挥协调之下，疏散速度明显加快。②疏散时间与安全出口的利用率有关，利用率越高，疏散越快，利用率越低，疏散越慢。