2014年行人与疏散动力学会议（2014年PED） 行人位置和预动时间对人员疏散仿真的影响外文翻译资料

2014年行人与疏散动力学会议（2014年PED）

行人位置和预动时间对人员疏散仿真的影响

Christian Rogsch^a，Ralf Galster^b, Thomas Luthardt ^band Daniel Mohr^b

a,德国诺伊施塔特朋霍费尔海峡,I6，D-67435,消防工程。

b,德国巴林根弗里德里希大街 48. D-72336 ，InRenieurbtiro Riesener 有限公司

摘要

在疏散仿真领域的长期研究中，其中最要的问题中之已经被提出，那便是“在我的疏散仿真中，我应该把行人放在哪里？”和“我应该选择哪个预动时间？”。

为了回答这些问题，行人被放在不同的位置，并显示预动时间的影响，行人被放置在建筑物中，并且预动时间的时间间隔被改变（我们选择均匀分布的时间间隔）。我们发现的是一个边界值，在该值中，计算疏散时间时预动时间间隔的影响改变了。

2014年的作者。由Elsevier B.V.发表，这是一篇用CC BY-NC-ND许可证可自由获取的文章。

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)

在交通运输部和土木工程与地球科学规划学院的责任下的同行评审

代尔夫特理工大学

关键词：疏散；仿真；边界值；行人位置；预动时间

1. 引言

如果疏散仿真是用来显示需要多长时间疏散一个总建筑，那么业主、主管部门和仿真工程师之间有很多的讨论要做。在这种情况下，问题通常不是一种“正确的结果”，他们更喜欢“有选择的输入正确的参数”。关于不同软件工具的不同文学研究，例如， Rogsch等（2007）和Weckman等（1999)，如果输入参数是正确的，该软件工具计算总建筑物疏散的正确的结果可以被显示出。但这些研究只是比较仿真和真实疏散试验的结果，并且作者可以执行多次仿真运行，直到所选择的输入参数运行出正确的结果。在现实中，建筑物将根据大楼建后许多周（或数年）的仿真和疏散试验的结果建造。如果追踪结果与仿真结果吻合，比什么都好，但如果没有，很多问题将会出现。

因为仿真工程师不能够（时间和成本的限制因素）执行成千上万次的仿真运行，以检查每个不同的参数集，例如，改变预动时间，不同人群和建筑物中人的位置，以及不同数量的人，它会由不同类型的建筑物呈现，这些输入参数是如何影响结果的，这些可以通过仅做基于所呈现结果的比较现实的仿真次数来实现。为了有广泛的不同的建筑类型，对三个有特点的建筑类型进行了研究：

高层办公楼

酒店

学校

所有的研究是使用PedeGo软件工具2.3.1版做的，这款软件在不同的研究中得到了验证，比如 Rogsch 等（2007）和Klupfel等（2006）。

1. 预动时间和行走速度综述

预动时间是在行人和疏散动力学领域讨论的最多的问题之一，因为预动时间是基于每个人的个人行为的，因此，它不能以数学方式描述，如人通过建筑物的移动。如果我们基于个人速度比较行走世间和行走距离，通过软件工具仿真的结果是可接受的，并且所计算的平均速度和每个人的自由步行速度是相匹配的。对于不同年龄人的行走速度进行了很好的概括的是Weidmann（1993年）。

在预动时间的情况下它是非常困难的，做“正确的选择”，因为预动时间是建立在不同的因素上的，诸如识别报警信号或实际工作。货币经纪的观察表明，他们不会离开他们的工作场所，计算机。例如，普通的上班族会以平常的方式完成他们的工作电话，或者关闭计算机。在学校的个人观察表明，如果出现报警信号，老师和同学们不会有反应，因为他们简单地认为它是一些学生开的一个玩笑。现实情况也表明，他们开始离开教室时消防官兵已抵达学校。在商场，家庭正常地等待他们的所有成员（例如父母正在寻找他们的孩子），然后开始离开建筑物。正如我们所看到的，反应时间是受许多参数影响的。

在Proulx（2002）中可以看出反应时间在很宽范围（多达8分钟甚至更多）不相同，一篇德国论文（VDMA（2005））表明，从反应到人们开始疏散过程之间的时间是平均3分钟。

因为有不同的术语，如延迟时间，响应时间，识别时间等，在本文中使用的术语是预动时间，因此这应该是一个中性词。

3.调查的建筑和使用的参数说明

3.1高层办公楼

被调查的办公楼包括三个地下室，一层地上空间，一个阁楼，22顶层。在疏散实验期间，一个楼梯被关闭了（参见Seeger等人（1978）），因此，所有的人不得不都使用相同的楼梯。总共有427人留在了顶层，并使用评估楼梯疏散。基于以上描述，不同人群使用的建筑物内：因为不同的员工在一个高层办公楼，在楼内的最大通过人数是880人。这个数字是根据BGI 650（见Verwaltungs Berufsgenossenschaft (2007)），关于工作场所的空间要求的信息都可以在其中找到。要显示不同的参数如何能影响总的疏散时间，不同的组合之间作出以下假设：

原创人口分布，见（Seeger等人（1978））

每层20，30，40人

一层的尺寸是15mtimes;35m。显示在图1(PedGo模型)中,中间。

图1 学校建筑（左），高层办公楼（中），酒店（右）平面图

3.2酒店

酒店建筑是一个虚构的建筑，这代表了在世界各地可以找到许多酒店。它是基于一个PedGo软件演示案例的。酒店有一层楼，在那里有前台，餐厅和15间房间，三个顶层，每层有23个房间。如果所有的房间，每个都有两个客人，最大的人数是168。一层的尺寸是40mtimes;13m。显示在图1(PedGo模型)中，右边。

3.3学校

所调查的学校建筑代表了可以在德国找到的平均的学校建筑类型。学校的建筑由一层底楼和3层顶楼组成。在一楼，是行政人员和教师会议室，因此在“正常”的上课期间，这层被非常少的人占用。这些少量的占用人不影响疏散过程，因此他们将使用办公室附近远离楼梯的出口，这意味着，学生不会使用这个出口。一般教室分布如下：在1楼有6间教室，在2楼有32间教室，在3楼30个教室。特殊科目的教室，如生物学，化学，物理也设在一楼。在假设每一个班级有25名学生的基础上，建筑物内共有1700名学生。因为学生是一群非常相似的人，因此只使用一个速度分布。一层的尺寸是60mtimes;100m。它被示出（在PedGo模型）图1，离开了。显示在图1(PedGo模型)中，左边。

3.4自由行走速度

该PedGo软件用来描述行走速度用“单元”值而不是“m/s”，一个单元是40 x40cm，例如，行走速度3单元/秒指1.2m/s。为了以正确的方式描述速度，正态分布被使用，因为行人组的速度分布看起来像一个正态分布，（Henderson（1971））表示，它是Maxwell

-Boltamann分布，这类似于正态分布。人在不同年龄的自由行走速度可以在Weidmann（1993）中找到，因此，这两个现存的团体将和“慢”与“快”行人组匹配。这两组有如下参数设置：

慢：最小：2单元/秒，最大：5单元/秒，平均：3单元/秒，标准偏差：1单元/秒

快：最小：3单元/秒，最大：5单元/秒，平均：4单元/秒，标准偏差：1单元/秒

所有组也会受磨蹭的影响，从而有可能实现不匹配0.4米/s的速度。每组使用的磨蹭参数是：最小：0，最大：30%，平均：15%，标准偏差：5%。

3.5行人在建筑物中的位置

由于人在建筑物内的分布为合法当局接受疏散仿真结果的一个重要点，因此对不同的分布进行了研究。一组，人们都在建筑物的房间或办公室里。也有不同的人在门的分布，这意味着总人数的人并没有改变，仅仅是在楼层中的人数。例如，学校建筑物是用1700人的总量进行的仿真。仿真是通过放150人在一楼（6个教室），800人在二楼（32个教室），750人在三楼（30个教室）进行的。在另一组仿真中，只有在选定的楼层里的人数，但位置是随机选择的（见图2）。在最后一组的仿真中，1700人在建筑内随机分布，而且每个顶层由566人组成（共1698）。

图2.安置人的不同可能性（红点，左：只在房间里，右：使用总楼

3.6预动时间

如上图所示，预动时间在一个很宽的范围不同，因此，在某些情况下，预动时间选择在0分钟和13 分钟之间，间隔长度是1分钟。因为只有选定的时间间隔对结果的影响，所有的预动时间间隔是从0分钟到所选的时间。此外，预动时间以正态分布为了确保预动时间间隔最小值和最大值不会没有代表性。

4.结果

所有现有的结果是所有的总疏散时间值的95%。每种情况是由至少300个仿真运行进行仿真，以确保这95%是可以接受的。结果被四舍五入至5秒，因为在现实中构建疏散有如此多的影响，因此1秒的精确值是非常可疑地。

4.1人在建筑物中位置的影响

正如上面写的,这是一个非常重要的问题,如果人的分布影响了总疏散时间的仿真结果。表1和图3表明，建筑内不同位置的人不影响总疏散时间,因此影响结果的是人的数量,而不是他们的位置。表1显示的是没有预动时间的仿真结果（慢的一组），图3显示的是预动时间影响了总疏散时间，但是人的不用位置是没有影响的。

表1 人的位置对总疏散时间的影响

图3人在高层建筑办公楼和学校建筑中位置的影响

4.2预动时间的影响

预运动时间是疏散仿真中最大的不确定因素。如上图所示，预动时间在很宽的范围内不同。仿真结果不是预期的那样，因为预动时间不仅是“增加预动时间到无预动时间的仿真中”，它对疏散建筑物的密度分布具有重要影响。如图4所示，预动时间对总疏散时间的影响直至预动时间界线都较小。如果预动时间在界线之内（在学校建筑中：0-2分钟）每增加1分钟预动时间，总的疏散时间仅仅会增加20分钟。在这个界线之后，正如预期的一样，预动时间每增加1分钟，总的仿真时间就增加1分钟。这个奇怪的结果可以通过看仿真密度曲线得到解释。在表2中，显示了使用不同的预动时间，在学校建筑物的每个楼层选定楼梯的不同密度图，可以看出，随着预动时间间隔的增长，楼梯内的密度会增加，直到楼梯内的密度不影响人的移动和最后总疏散时间。通过使用短的预动时间间隔，楼梯内的密度高且拥堵出现，因而这些拥堵的影响比预动时间间隔的影响大。所以，如果预动时间间隔扩大，楼梯内出现轻微拥堵，人们能够加快步伐通过建筑，换句话说：楼梯内轻微拥堵意味着由废旧的建筑中以更大的预动时间间隔更快的疏散。因此，在学校建筑中以那种方式增加1分钟的预动时间间隔，减少楼梯内的密度，这个密度下的疏散将比没有这1分钟预动时间间隔快40秒，因此增加1分钟时间间隔，仅仅增加20秒的总疏散时间。如果预动时间间隔足够大，楼梯内没有密度限制的情况会出现，因此总的额外的预动时间间隔将增加到总的疏散时间中。

图4，在学校建筑中预动时间的影响

在高层办公楼中也可以看到这种现象。如图5和6所示，在建筑物内具有更高的密度，预动时间间隔越大，直到预动时间对总疏散时间有“充分”的影响。这个影响不是建立在选择的行走速度的基础之上的，因为比较图6和图5显示，如果在一层内的30人的预动时间间隔对总疏散时间的的影响从低到高的变化，在约7分钟，每层40人，它变化在约11分钟。如所看到的，这些值是独立于所选择的自由行走速度的。

图5，在高层办公楼中预动时间的影响，慢行动

图6，在高层办公楼中预动时间的影响，快行动

同样重要的是要提到的20秒，这是由于增加1分钟的预动时间间隔而添加到总疏散时间中的，也出现在高层办公楼中。这20秒不受建筑物内原始密度或所选择的步行速度的影响，似乎是一个固定值。

图7，边界值的定义

这个限制，它改变了预动时间对仿真结果从低到高的影响，这意味着这个值可以通过跨越预动时间影响的不同“部分”的两条拟合线找到，是重要的“边界值”。

表2 在学校选定的楼梯上不同的预动时间间隔的密度分布

5.结果的讨论和总结

不同的参数对疏散仿真的影响显示于一个宽的范围中。主要的结果和非常重要的结论是，预动时间间隔的范围对楼内行人运动有重大影响。预动时间间隔影响了楼梯内的密度，因此通过建筑物可以是快的，因为没有拥堵出现。因此这个可能的，通过选择非常宽的预动时间间隔低估建筑物中的点，拥堵将会出现，因此仿真结果表明，在高密度情况下这将不是真的。用那种在建筑物中不出现拥堵的方式选择预动时间间隔是不可能的，因此边界值被提出。这个值表明，工程师或者其他人，必须判断在调查的建筑物中有预动时间间隔影响的仿真，拥堵可以如何进行预测。因此每一个工程师应该计算边界值，以让其他人在他们关于选择预动时间间隔的讨论上有一个好的基础。

而且根据显示，不是一个组中最快的人影响总的疏散时间，而是最慢的人影响总的疏散时间。基于这个结论，未来的讨论不应该是“谁走得快”，他们应该更多地讨论“他们中的一些怎么走得多慢”，因此工程师和建筑设计师应该关注在使用建筑物的小组中，最慢的行动小组，而不是最慢的那一组。

这篇论文表明，人们在建筑物中的位置对总的疏散时间没有影响，工程师只是为了确保，相同数量的人使用相同的楼梯或出口。如果人们只被安置在房间或者总楼层中，不同的布局方法不影响仿真的结果，如果有相等的房间，关于“多少人在房

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