費(fèi)熹

【摘要】本文圍繞露天體育場的人員疏散路徑規(guī)劃問題展開研究，以西北民族大學(xué)民康體育場為例，基于分片網(wǎng)絡(luò)和體育場特點(diǎn)構(gòu)建了人員疏散模型，并提出了基于該模型的分片化多目標(biāo)疏散路徑優(yōu)化算法.另外，本文對(duì)分片化多目標(biāo)疏散路徑優(yōu)化算法的模型運(yùn)行機(jī)理等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，最后利用Pathfinder軟件模擬的方法來求出相應(yīng)的指標(biāo).

當(dāng)人員滿座時(shí)，首先考慮在最理想狀況時(shí)即忽略一切因素的影響，只考慮每個(gè)疏散口可以出入的人數(shù)，通過分析得到其疏散人數(shù)的總和趨于等差數(shù)列，通過計(jì)算，疏散時(shí)間為140.0 s；然后依據(jù)體育館的對(duì)稱性將其均分為八個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域依據(jù)樓梯出口的位置把人員分為兩個(gè)片，對(duì)一個(gè)區(qū)域的數(shù)值來求解出其總疏散時(shí)間為144.0 s.最后通過分片化多目標(biāo)疏散路徑優(yōu)化算法得出的時(shí)間（144.0 s）與最理想狀況下的情況相比，本文得到的模型基本接近于理想狀況，因此，疏散分區(qū)方案可認(rèn)為是人員滿座時(shí)的最優(yōu)方案.

在比賽期間，觀眾有集中于某一區(qū)域和分散于整個(gè)看臺(tái)兩種情況.對(duì)此，本文建立體育場局部模型和整體模型，通過對(duì)比，體育場模型疏散時(shí)間少于單區(qū)域，在人員不滿座并集中于某一區(qū)域時(shí)，疏散時(shí)間與人員總量成正比例關(guān)系；在人員不滿座并分散于整個(gè)看臺(tái)時(shí)，疏散時(shí)間與人員總量呈線性關(guān)系.最終得出，兩個(gè)方案的最優(yōu)分區(qū)方案均是以疏散口為中心，均分為14個(gè)區(qū)域.

【關(guān)鍵詞】分區(qū)域；多目標(biāo)；Pathfinder軟件模擬

一、背景介紹

隨著我國體育事業(yè)和經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展，體育場的建設(shè)呈現(xiàn)出愈漸復(fù)雜的趨勢.由于體育場自身擁有人員大量聚集、密集度高、使用時(shí)間較為集中的特點(diǎn)，所以一旦發(fā)生緊急情況，往往會(huì)造成嚴(yán)重的人員死傷.因此，進(jìn)行體育場館內(nèi)人群疏散研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

分區(qū)疏散策略運(yùn)用在體育場上時(shí)，首先要考慮到其建筑結(jié)構(gòu)與人員的分布情況，接著，通過對(duì)人員所在的體育場進(jìn)行區(qū)域劃分，從而確定不同區(qū)域人員的疏散路線及對(duì)應(yīng)的疏散出口.在座位固定的體育場中，由于觀眾持有的入場券上標(biāo)示著具體的座位號(hào)，所以觀眾均明確知道自己所在的位置，因此，可以利用出入口的不同來將人員劃分到不同的區(qū)域，并把分區(qū)結(jié)果標(biāo)識(shí)在入場券上，這樣就可以讓在體育場的觀眾在遭遇突發(fā)事件時(shí)，能夠按照入場券上指示，高效、均衡利用各個(gè)疏散出口，迅速撤離現(xiàn)場.

本文從實(shí)際出發(fā)，以西北民族大學(xué)中的“小鳥巢”體育場為例，分析其在遭遇突發(fā)事件的人員疏散分析.

二、對(duì)模型的建立進(jìn)行假設(shè)

1.假設(shè)災(zāi)難發(fā)生時(shí)體育場看臺(tái)內(nèi)部逃生通道不受影響，且疏散人員有足夠的身體條件疏散到安全地點(diǎn)；

2.假設(shè)發(fā)生的災(zāi)難為常見災(zāi)難，例如，火災(zāi)等，且各部分同時(shí)疏散；

3.假設(shè)在疏散過程中，人流量與疏散通道的寬度成正比分配.

三、體育場館人員疏散影響因素

人員的安全疏散所要滿足的要求分別為：第一，保證體育場內(nèi)所有人員在可允許的時(shí)間內(nèi)均能到達(dá)避難場所；第二，在疏散的過程中不會(huì)由于人群的滯留和通道的擁擠堵塞等引起事故的發(fā)生.

人流流量系數(shù)是單位時(shí)間內(nèi)單位寬度通過的人數(shù)，經(jīng)計(jì)算，體育館散場人流流量系數(shù)為1.5人/（m·s），體育館散場下樓梯的人流流量系數(shù)為1.3人/（m·s）.

而人群的疏散速度在大多數(shù)情況下取決于人群密度：密度越大，人與人的間距越窄，疏散的速度就會(huì)越慢；反之若密度變小，那么疏散速度也會(huì)相應(yīng)變快.研究表明，當(dāng)密度小于0.5人/m2時(shí)，人們可以按較為舒適的速度疏散；而當(dāng)密度超過5到7人/m2時(shí)，人們的移動(dòng)將變得十分困難.而行走速度與其密度之間的關(guān)系如下：

五、以西北民族大學(xué)民康體育場為例進(jìn)行體育場人員疏散問題的解決

（一）考慮人員滿座時(shí)的情況

1.滿座時(shí)人員平均分配（最理想的狀況下）

首先考慮在最理想的狀況下進(jìn)行人員疏散，并對(duì)情況進(jìn)行以下的假設(shè)：

（1）假設(shè)每個(gè)人都從距離自己最近的那個(gè)出口進(jìn)行疏散，且不考慮個(gè)體之間的差異.

（2）假設(shè)在第一個(gè)人從自己的位置到達(dá)離自己最近的出口的時(shí)候，所有從這個(gè)出口出去的人員都已經(jīng)到達(dá)該出口，其間無時(shí)間差.

（3）當(dāng)人們經(jīng)樓梯到門口出去時(shí)，由于人員較多不可能同時(shí)出去，肯定會(huì)有等待的人，因此，假設(shè)在下樓梯后由于等待的人員存在，在下樓梯時(shí)考慮為已經(jīng)到達(dá)最終的出口位置.

西北民族大學(xué)民康體育場共有四個(gè)大門，每個(gè)門口并排可以通過11人，第一個(gè)人到達(dá)大門的距離為90米；看臺(tái)上面到操場大門出口的樓梯有2個(gè)，每個(gè)樓梯可以并排通過2個(gè)人，樓梯的總長度為4米；看臺(tái)中間的樓梯口共有14個(gè)，每個(gè)樓梯可以并排通過4個(gè)人.根據(jù)疏散過程的基本情況說明，本文根據(jù)疏散的時(shí)間與人員的關(guān)系，進(jìn)一步得出人員疏散的人數(shù)與時(shí)間（t）的關(guān)系：當(dāng)t<10時(shí)，疏散人數(shù)為14×4×t；當(dāng)1014時(shí)，疏散人數(shù)為14×4×t+11×4×（t-10）+2×2×（t-14）.故而在滿座的情況下進(jìn)行人員疏散時(shí)，最理想的狀況下所需要的時(shí)間為：

t=14 00014×4×t+11×4×（t-10）+2×2×（t-14）.

根據(jù)該公式可以求出：t≈140 s.

最后，本文把按照分片化多目標(biāo)疏散路徑優(yōu)化模型所得出的時(shí)間（144）與最理想狀況下的疏散時(shí)間（140）進(jìn)行比較，得出以上的分區(qū)方案是較為科學(xué)合理的較優(yōu)方案.

2.滿座時(shí)按照出口的位置對(duì)體育館分區(qū)

首先對(duì)學(xué)校體育館的圖形進(jìn)行采集，本文分別選取了學(xué)校體育館的俯瞰圖和二分之一圖.由于民康體育場是東西南北完全對(duì)稱的橢圓形狀，因此，本文首先把其分為東西兩個(gè)區(qū)域，然后再把東西兩個(gè)區(qū)域平均分為南北兩個(gè)分區(qū)，接著在每一個(gè)區(qū)域按照樓梯口位置分為左右兩個(gè)區(qū)域，最后，本文把體育館整體平均分為8個(gè)區(qū)域，共16個(gè)子區(qū)域.對(duì)看臺(tái)其中一個(gè)區(qū)域的兩個(gè)子小區(qū)（A，B表示）進(jìn)行人員疏散分析.

體育場有4個(gè)大門，場內(nèi)人員可以由此快速疏散，看臺(tái)人員也可以先進(jìn)入場內(nèi)再通過大門疏散.

通過地圖軟件對(duì)體育場場內(nèi)進(jìn)行測距，本文得到民康體育場東西長182 m，南北長215 m，通過實(shí)地測量，看臺(tái)座椅主要有30×10座、50×10座兩種集中分布形式，此外還有樓梯周圍，看臺(tái)上部曲線區(qū)域的不規(guī)則部分座椅，對(duì)此，本文在用Pathfinder軟件進(jìn)行體育場四分之一區(qū)域模擬時(shí)，設(shè)定場內(nèi)為長100 m，寬90 m的三角形區(qū)域，大門位置為對(duì)角線上距頂點(diǎn)40 m處，人數(shù)250人.經(jīng)模擬，最小疏散時(shí)間為50.02 s.故在緊急情況下體育場場內(nèi)人員可在50.02 s內(nèi)全部疏散，同時(shí)，看臺(tái)少數(shù)人員可在看臺(tái)樓梯擁擠時(shí)通過場內(nèi)樓梯從大門疏散.

體育場看臺(tái)共有16個(gè)樓梯出口，看臺(tái)人員主要由此疏散，其中兩個(gè)通往場內(nèi)，但由于樓梯寬度僅為1 m，少數(shù)人員通過迅速，但大量人員通過易形成堵塞，故不詳細(xì)說明.通過測量，14個(gè)看臺(tái)樓梯間距平均為45.04 m，樓梯寬度為3 m，平均每個(gè)看臺(tái)樓梯可疏散1 000人，對(duì)此我們?cè)O(shè)定樓梯周圍區(qū)域長45 m，寬15 m，樓梯周圍1 000人（座椅高度同臺(tái)階高度相近，在疏散時(shí)可視為臺(tái)階，模擬時(shí)忽略座椅和臺(tái)階，設(shè)為平面），經(jīng)模擬測試，該區(qū)域最小疏散時(shí)間為144.03 s.故在人員滿座情況下，可在144.03 s內(nèi)全部經(jīng)看臺(tái)樓梯疏散，同時(shí)，經(jīng)過場內(nèi)樓梯從大門也可疏散部分人群，實(shí)際疏散時(shí)間少于144.03 s.

（二）考慮人員不滿座時(shí)的情況

在大多數(shù)時(shí)間，體育場看臺(tái)處于無人或有少量人員狀態(tài)，在比賽期間，體育場看臺(tái)會(huì)有大量人員觀看比賽，這時(shí)觀眾會(huì)有集中于某一區(qū)域和分散于整個(gè)看臺(tái)兩種情況.對(duì)此，本文利用Pathfinder軟件建立體育場局部模型和整體模型.

接著，進(jìn)行體育場模擬測算.在體育場舉行活動(dòng)時(shí)，人員常常是為了最好的視覺體驗(yàn)而選擇座位，這就會(huì)產(chǎn)生某一區(qū)域人員密集而其他區(qū)域稀疏的情況.這種情況下，疏散時(shí)間主要取決于此區(qū)域下的人員總數(shù).

通過Pathfinder軟件進(jìn)行模擬測試，設(shè)定在45 m×15 m的平面上有100-900人通過一個(gè)3 m寬的樓梯疏散，測試疏散所需時(shí)間.并得到某一區(qū)域人員總數(shù)不同時(shí)的疏散時(shí)間，得出在人員不滿座并集中于某一區(qū)域時(shí)，疏散時(shí)間和人員總數(shù)呈正比例關(guān)系.

根據(jù)體育場測量參數(shù)，運(yùn)用Pathfinder軟件，建立長210 m，寬180 m的體育場模型，將體育場內(nèi)出口進(jìn)行適當(dāng)簡化，設(shè)定看臺(tái)人員為1 000～10 000人，進(jìn)行模擬測試，從測試結(jié)果可以得知，體育場看臺(tái)人員不滿座并分散于整個(gè)看臺(tái)時(shí)，疏散時(shí)間和人員總數(shù)呈線性關(guān)系.

【參考文獻(xiàn)】

[1]梅季魁.現(xiàn)代體育館建筑設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[2]曾濤.體育建筑設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[3]謝大勇，唐海，李濤.人員疏散分析在體育場館設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2005（3）：301-305.