城市軌道交通車站行人疏散與火災演變綜合仿真

《城市軌道交通車站行人疏散與火災演變綜合仿真》是依託北京交通大學，由王子甲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：城市軌道交通車站行人疏散與火災演變綜合仿真
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王子甲
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

城市軌道交通車站行人密集，空間封閉，研究其火災狀況下的逃生問題意義重大。由於理論方法的局限性，當前研究主要從行人疏散仿真的角度展開，而國家規範僅給出統一的疏散時間要求，沒有考慮火災位置、煙控措施和煙火擴散過程等對行人疏散的動態影響。本研究擬根據火災條件下行人行為特性及其與火災發展的關係，構建並融合連續空間行人疏散模型和基於格子Boltzmann方法的火災發展模型。首先基於智慧型體方法，建立火災狀況下的連續空間粒子行人疏散模型，重點構建行人智慧型體與煙火、溫度的互動機制，實現行人動態感知煙火併調整逃生策略的方法，利用粒子受壓模型模擬擁擠人群的擠壓力；然後採用格子Boltzmann方法，構建包含溫度、速度信息的雙分布函式模型描述車站火災的動態發展，為行人模型提供實時的火災場景信息。最後基於兩個模型採用C++語言開發綜合仿真工具，實現對車站行人疏散和煙火發展的動態可視化綜合仿真。

結題摘要

捷運系統作為城市公共運輸的骨幹系統承擔了大量的日常出行客流。捷運車站作為客流的集散場所，設施複雜，環境封閉，容易發生安全事故；其中火災事故占了一半以上，使得火災條件下車站內人員疏散成為領域研究熱點。然而，目前捷運車站火災疏散評價標準僅採用單一固定指標進行評價，忽略了車站特性，與實際情況差異較大。相關研究嘗試採用單獨進行火災演變仿真，再將仿真數據導入人員疏散仿真軟體中進行疏散評價的方法；但是，該方法存在重複建模的缺點，甚至可能由於模型不匹配導致較大的計算誤差。同時，目前研究偏重人員疏散模型完善，對於火災演變模擬方法探究較少。因此，本文採用新方法構建了易於融合的火災仿真模型，與人員疏散模型進行結合以實現綜合仿真。 首先，對捷運站內火災演化的流體動力學特點進行了分析，並分析了仿真模擬需要滿足的基本控制方程以及較為複雜的湍流現象的模擬，為模型的建立及完善提供理論基礎。結合捷運車站內火災特點對格子Boltzmann基礎模型從微觀層面進行了理論分析和多方面的修正完善，包括構建雙分布函式模型實現熱傳遞模擬、建立亞格子模型實現大瑞利數流體模擬、添加障礙物繞流邊界處理條件，實現障礙物繞流的模擬、加入了採用半拉格朗日方法實現的煙霧擴散模擬方法。 然後，基於經典人員疏散仿真模型特點的分析，確定社會力模型為本文人員疏散模擬的基礎模型。總結分析了火災環境對疏散人員產生的影響；基於這些影響，從疏散人員與環境互動的角度構建了智慧型體模型：包括感知外界信息的感官模型，反映自身生心理狀態的心理模型和生理模型，以及外界信息對疏散人員生理狀態的影響模型。 最後，基於Microsoft Visual Studio 2008的MFC編程平台，實現了本文構建的火災演變模型和人員疏散模型的融合，並對模型的輸入、輸出進行了可視化。分別構建了簡化的捷運車站火災仿真模型和火災環境下的人員疏散仿真模型，利用開發的仿真工具進行了模擬計算，驗證了模型和仿真工具的有效性。