建筑火灾人群疏散中行人的微观运动特征分析与建模

人群疏散是建筑防火领域的研究热点之一，疏散过程中出现的拥挤、堵塞等现象容易造成严重伤亡。实际行人运动既有向前的移动又伴随侧向摇摆等特征，行人与环境之间具有复杂相互作用，人群中作用力传递叠加具有独特规律。而现有疏散模型难以较好量化这些微观运动特征，有可能产生较大误差。本项目将实验研究、理论分析和模型研究相融合，依次开展四项工作：1）研究单个行人的微观运动特征，如侧向摇摆、转身、侧行等，认识行人自由运动的特点；2）研究行人与行人之间因相互作用产生的微观运动特征，如闪避、变向、协调等，力图找到行人运动与邻近行人参数之间的定量关联；3）研究拥挤人群的运动模式，分析不同模式之间相互转变的条件；4）量化行人的微观运动特征，建立更为精细的疏散模型，探索拥挤人群中作用力的产生、传递和叠加机制，认识人群疏散的规律性。研究结果对于揭示火灾环境中人群疏散的基本规律有所推进，可望对相关建筑设计工作有一定指导作用。

将实验研究、理论分析和模型研究相融合，研究了单个行人的运动特征、行人与行人之间的相互作用、拥挤人群的运动特征，建立了体现行人微观运动特征的疏散模型。研究进展包括：1) 开展了开展了疏散运动模型研究，量化了疏散运动的基本特征：建立了两类行人运动基本模型----CDM和视觉场阻模型，获得了行人运动速度和运动方向变化的基本特性；开展行人运动空间分析和路径选择模型研究，得到了行人从出发点到目的地的路径选择对疏散运动的影响；建立了多种车辆换道模型，理解行人与车辆交通的异同点；研究拥挤和烟气对疏散运动的影响，得到关键参数及作用规律；研究建筑物出口、楼梯等瓶颈处的疏散运动模型，认识瓶颈对疏散的影响；建立了一种考虑恐慌传播的疏散模型，研究了行人在恐慌状态时的疏散运动特征；开展疏散引导模型、预动作模型研究，量化这些因素对疏散的影响。2) 开展了行人疏散运动实验研究，获得了第一手科学数据：开展了单列环形运动实验，得到了运动个体的相互作用，以及流量、密度、速度之间的基本关系；开展了多方向行人通过瓶颈和交叉路口的行人实验研究，获得了行人速度-密度、流量-密度基本图以及行人在交叉区域的分层等基本特征；开展了房间疏散和进入流实验，研究低能见度下行人疏散的运动特征；开展行人群组运动研究，得到了群组成员协同运动机制。研究成果发表在国际著名学术期刊IEEE-ITS、Complexity（SCI高影响区期刊）、Journal of Statistical Mechanics、Fire Safety Journal（国际火灾学会会刊）、Physica A、PloS one等，以及PED2014、TGF2013、TGF2015、国际火灾大会、亚澳火灾大会等本领域最重要的国际会议，共表论文31篇，其中SCI论文15篇；发明专利2项，计算机软件著作权2项。研究结果对于揭示火灾环境中人群疏散的基本规律有所推进，可望对相关建筑设计工作有一定指导作用。项目组成员分工明确，开展了密切合作。培养博士生4名，项目负责人获得第十三届中国青年科技奖。开展了卓有成效的国际交流合作，项目组成员多次在重要国际会议担任委员、分会主席等职务并做口头报告。项目负责人申请并获得人员疏散领域最具影响力的国际会议之一“第8届国际行人与疏散动力学国际会议”（PED2016）主办权，这是该系列会议首次来到中国，也是首次来到发展中国家。