商場(chǎng)通道障礙物對(duì)人員疏散的影響研究

吳 浩，丁元春，翁發(fā)祿

（1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，江西 贛州 341000）

1 前言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，各種消費(fèi)需求不斷增加，促使各種購(gòu)物中心、商業(yè)綜合體應(yīng)運(yùn)而生，遍地開花。購(gòu)物商場(chǎng)一方面給人們的生活帶來了便利，另一方面也帶來了一定的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，例如火災(zāi)、地震等。商場(chǎng)建筑空間復(fù)雜、人流規(guī)模大，商品的種類繁多且大多燃點(diǎn)低，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，損失可想而知。當(dāng)災(zāi)害來臨時(shí)，如何提高人員的疏散效率，盡可能地降低災(zāi)害帶來的損失，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

商場(chǎng)作為一種聚集性公共場(chǎng)所，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，很容易造成群死群傷。商場(chǎng)事故嚴(yán)重地威脅著人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全，因此為商場(chǎng)制定切實(shí)可行的人員疏散應(yīng)急預(yù)案是必要的。商場(chǎng)通道具有人員密集、流通量大的特點(diǎn)。商家為了提高某些商品的知名度，經(jīng)常在通道處擺放展臺(tái)，對(duì)商品進(jìn)行宣傳和促銷。如圖1 所示。展臺(tái)擺放在通道位置無疑對(duì)緊急情況下的人員疏散會(huì)產(chǎn)生一定的影響?；谝陨锨闆r，本文主要通過計(jì)算機(jī)仿真研究展臺(tái)的形狀及位置對(duì)疏散的影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)為商場(chǎng)通道及展臺(tái)的設(shè)計(jì)及展臺(tái)的擺放提供理論依據(jù)。

2 疏散建模

某商場(chǎng)一樓的平面圖如圖1 所示，其具有4 個(gè)出口及2部上下樓電梯。為了研究展臺(tái)等障礙物對(duì)人員疏散的影響，在此選擇出口1 處的通道部分為研究對(duì)象。該通道寬12 m，長(zhǎng)15 m。為了研究不同形狀障礙物對(duì)疏散的影響，本文選擇了五種典型形狀障礙物作為研究對(duì)象：正方形、三角形、平行四邊形、圓形、梯形物體，如圖2 所示。障礙物距離出口中心線3.5 m，正方形、三角形、平行四邊的邊長(zhǎng)均為4 m、圓形的半徑為2 m、梯形的下邊長(zhǎng)為5 m，上邊長(zhǎng)為3 m，高為4 m。

圖1 商場(chǎng)第一層平面示意圖

圖2 障礙物形狀及其對(duì)疏散的影響

3 障礙物對(duì)人員疏散的影響

3.1 障礙物形狀對(duì)疏散的影響

基于上文所得模型, 將計(jì)算機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生的1 200 個(gè)隨機(jī)被疏散人員放置于商場(chǎng)的第一層，并讓其均通過出口1 進(jìn)行疏散。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真后，得到5 種情況及無障礙物情況下的1 號(hào)出口通行效率，如圖3 所示。

圖3 不同障礙物條件下1 號(hào)出口的通行效率

由圖3 可知，障礙物形狀不同阻礙作用也不同。無障礙物時(shí)的通行效率最高，平行四邊形和梯形障礙物對(duì)出口人員疏散的阻礙作用最大；正方形和圓形達(dá)到的通行效率較高，僅次于無障礙物情形，且圓形的通行效率高于正方形。圖3顯示了疏散過程中某時(shí)刻的人員分布情況。在人員密度較低的情況下，中心線上的正方形和圓形類型障礙物將原本單一的人流平均分割為兩股，兩側(cè)疏散較順暢，不易形成擁堵點(diǎn)，障礙物的邊緣起到一定的導(dǎo)流作用；而梯形和三角形障礙物造成兩側(cè)通道為漸縮形狀，容易形成擁堵點(diǎn)；而平行四邊形造成兩側(cè)通道一邊為漸擴(kuò)，另一邊為漸縮形狀，容易在漸縮一邊形成擁堵點(diǎn)。

3.2 障礙物位置對(duì)疏散的影響

在此選擇上文所述正方形作為障礙物，先將障礙物設(shè)置在1 號(hào)出口中心線上距離出口0.5 m 處，每次疏散結(jié)束后依次將障礙物向室內(nèi)移動(dòng)0.5 m，然后在同等人員屬性條件下進(jìn)行重復(fù)疏散實(shí)驗(yàn)，直到障礙物距離出口6.5 m。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真得到1 號(hào)出口的平均通行效率，如圖4 所示。

圖4 障礙物位置對(duì)疏散的影響

由圖4 可知，當(dāng)障礙物距離出口在0.5～3.5 m 時(shí)，人員通行效率變化基本不大，但3.5～6.5 m 之后急劇下降。因?yàn)樵?.5～3.5 m 時(shí)，障礙物距離出口還較近，出口通道也有一定的長(zhǎng)度，疏散人員從室內(nèi)區(qū)域到出口通道還有足夠的緩沖時(shí)間，這時(shí)候并沒有形成“瓶頸”。而當(dāng)障礙物距離出口3.5～6.5 m 時(shí)，障礙物逐漸逼近走道，“瓶頸”逐漸形成，導(dǎo)致人員在區(qū)域1 大量密集、擁堵，疏散效率快速下降，這時(shí)候瓶頸的疏散效率是主要影響因素。

3.3 障礙物寬度對(duì)人員疏散的影響

在距離1 號(hào)出口位置4 m 處設(shè)置一個(gè)邊長(zhǎng)為0.5 m 的正方形障礙物，控制障礙物縱向長(zhǎng)度不變，每次疏散結(jié)束后依次將障礙物橫向?qū)挾仍黾?.5 m，然后在同等人員屬性條件下進(jìn)行重復(fù)疏散實(shí)驗(yàn)，直到障礙物寬度達(dá)到5 m。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真得到1 號(hào)出口的平均通行效率，如圖5 所示。

圖5 障礙物橫向?qū)挾葘?duì)通行效率

由圖5 可知，障礙物寬度與出口的平均通行效率呈負(fù)相關(guān)，隨著障礙物寬度的增加，出口的平均通行效率逐漸下降，說明其阻礙作用也逐漸增大。高人員密度及低人員密度情況下，兩曲線基本重合，說明這時(shí)候中心線位置的障礙物的橫向?qū)挾纫呀?jīng)成為影響疏散的主要因素。

3.4 障礙物長(zhǎng)度對(duì)人員疏散的影響

取第一層為研究對(duì)象，在距離1 號(hào)出口位置0.5 m 處，設(shè)置一個(gè)邊長(zhǎng)為0.5 m 的正方形?？刂普系K物橫向?qū)挾炔蛔?，每次疏散結(jié)束后依次將障礙物縱向長(zhǎng)度增加0.5 m，然后在同等人員屬性條件下進(jìn)行重復(fù)疏散實(shí)驗(yàn)，直到障礙物縱向長(zhǎng)度達(dá)到6.5 m。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真得到1 號(hào)出口的平均通行效率，如圖6 所示。

由圖6 可知，在低密度人群及高密度人群的條件下，縱向長(zhǎng)度變化對(duì)出口通行效率影響均不大。

4 結(jié)論

本文主要研究了商場(chǎng)通道障礙物對(duì)人員疏散的影響。通過計(jì)算機(jī)仿真模擬可知：①平行四邊形和梯形障礙物對(duì)出口人員疏散的阻礙作用最大；正方形和圓形達(dá)到的通行效率較高，僅次于無障礙物情形，且圓形的通行效率高于正方形。②障礙物靠近出口（距離出口0.5～3.5 m）可提高出口的通行效率；當(dāng)障礙物距離出口3.5～6.5 m 時(shí)，容易形成“瓶頸效應(yīng)”，進(jìn)而降低通行效率。③障礙物寬度與出口的平均通行效率呈負(fù)相關(guān)，隨著障礙物寬度的增加，出口的平均通行效率逐漸下降。④障礙物的縱向長(zhǎng)度變化對(duì)出口通行效率影響均不大。