城市公共场所人群聚集风险理论及应用研究 南开大博士论文

邓文龙

南开大学博士论文 2007年

城市公共场所人群聚集风险理论及应用研究

王振  

【摘要】： 随着经济持续稳定发展,城市公共场所作为经济文化的主要载体承担着越来越多的商业活动,娱乐活动,文化活动,交通运输活动,体育活动,宗教活动等,每一次活动都伴随着大量的人群聚集。近年来,公共场所的人群聚集事故频繁发生,聚集人群的安全问题已经引起人们的高度重视。大型城市公共场所的人群聚集风险主要表现为人群拥挤踩踏风险,作为聚集人群的典型事故灾难,人群拥挤踩踏事故可以单独发生,也可以作为火灾、爆炸、毒气泄漏等事故灾难的次生灾难发生。人群聚集风险事故具有双重演变机制,其发生和发展过程既有确定性的一面,又有不确定性的一面。本论文拟在对大型公共场所内人群聚集风险的发生机理、演变机制、事故后果等问题进行研究的基础上,寻找出其内在规律,提出预防事故的有效措施。 在对以往事故进行分析的基础上,提出了反应人群拥挤踩踏事故的发生机制PMCDT模型;提出了受力时间及致死阙值之间的函数关系;建立起事故现场中的人群密度分布函数;建立了平坦地面及台阶上发生拥挤事故的受力模型;并针对具体场景对事故持续时间、伤亡范围及伤亡后果之间的关系进行了研究,并由此得出事故后果的定量模型。研究发现,拥挤型事故中事故的伤亡后果主要由场所特征及人群密集程度确定,事故持续时间对其影响并不占主导作用。对人群聚集风险中最常见的疏散通道堵塞现象及其恢复过程进行研究,提出了基于人群动力学特征的密度-人流通过率函数,把人流通过率作为变量来研究处于堵塞状态通道的恢复机制;研究表明,正常疏散过程中(非恐慌),堵塞通道的恢复与人群的初始密度,堵塞持续时间密切相关。当初始密度低于3p/m2时,恢复时间大致与堵塞持续时间相当,当初始密度介于3-4p/m2范围内时,恢复时间会迅速增大,甚至很难恢复。对疏散通道中的相向流现象进行研究时发现,相向流比率对最大人流通过率和最大人流通过率下的行走速度都有影响,而对自由行走速度影响不大。特别时在人流比率相差较大时,对最大人流通过率和行走速度的影响非常显著,随着人流比率之间的差别减小,这种影响逐渐减弱。当人流比率为0.5时,通道的最大人流通过率达到最小。此外,在人流比率介于0.7～0.8之间时,疏散通道最容易发生堵塞。提出了用于确定单一出口建筑疏散能力和疏散过程中人群密集状态的离散时间疏散模型(DTEM),模型中考虑了人群密度对出口疏散能力的影响,根据人群疏散轨迹把疏散过程分为L型和C型。研究表明:在相同的出口宽度下,C型疏散时间略小于比L型疏散时间;这种时间差距随着出口宽度的减小而减小。计算结果与Simulex模拟得出的结果近似;建筑物的疏散能力与出口宽度之间呈非线性关系;模型可以确定不同疏散时间下出口处人群聚集的情况,从而确定最佳出口宽度。 以城市公共场所中最常见的火灾事故为幕景,研究某大型超市火灾疏散过程中的人群聚集风险。采用事件树技术确定出不同火灾幕景的发生概率,用CFAST软件对不同幕景下的ASET进行确定,分别采用计算机模拟方法和人群动力学试验方法对不同幕景下的RSET进行确定,对不同幕景下的伤亡风险进行确定。结果表明,当人群密度在2.5～3.5p/m2范围内时,采用人群动力学试验得出的出口人流通过率远比Simulex软件的模拟结果大,而在人群密度达到4.5 p/m2左右时,后者则远低于前者;两种情况分别得出的其ERL值相差达两个数量级;疏散过程中,适当延长疏散准备时间可以有效地防止在疏散过程中出现的人群过度拥挤现象,从而防止拥挤踩踏事故的发生;在疏散人数不同的情况下,疏散准备时间较小时,疏散时间的差距大;随着疏散准备时间的增大,这种差距逐渐缩小;在高密度人群疏散时,在疏散通道中适当设置障碍可以减小疏散时间;而人群密度较低时,反而会延长疏散时间。 采用SSM(Soft System Mythology)方法,以事故发生过程中不同角色的心理学为出发点,从管理、设计角度对近年来事故后果最严重的密云人群拥挤踩踏事故进行分析,寻找出导致事故发生的主要原因。采用计算机模拟手段对人群聚集过程进行模拟;同时采用改进的群集理论对人群聚集过程进行研究,两种方法的结果均可以对聚集时间进行确定并与现实情况相符合;人群聚集过程及灾难发生过程非常迅速,从人群出现聚集现象到整个事故结束仅有23min左右,加强对关键位置的管理可以有效地降低事故发生的概率。
【关键词】：大型公共场所 人群聚集风险 人群动力学 理论研究 拥挤踩踏
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X913
【目录】：
中文摘要4-6
Abstract6-13
第一章 引言13-32
第一节 课题来源13
第二节 选题意义13-15
第三节 研究对象包含的范围与特征15-18
1.3.1 城市公共场所包含的范围15-16
1.3.2 人群聚集风险的研究范围与风险特征16-18
第四节 国外研究现状18-27
1.4.1 试验研究19-20
1.4.2 理论及模型研究20-22
1.4.3 疏散模拟软件的研究22-24
1.4.4 城市公共场所风险分析方法的研究24-25
1.4.5 人群的管理和控制25-26
1.4.6 聚集人群心理学26-27
第五节 国内研究现状27-28
第六节 论文的研究内容及方法28-30
第七节 研究成果的应用前景30-32
第二章 聚集人群的心理学及行为研究32-53
第一节 公共场所中的人群类型33-34
第二节 影响个人行为的心理因素34-37
2.2.1 性格35-36
2.2.2 情绪36-37
第三节 聚集人群的典型心理及行为特征37-39
第四节 聚集人群的自组织行为及运动特征39-46
2.4.1 行人的运动特征40-42
2.4.2 公共场所中人群的形成及自组织行为42-46
第五节 恐慌的理论研究及其对行为的影响46-49
2.5.1 恐慌的理论研究46-48
2.5.2 恐慌状态下人的行为表现48-49
第六节 骚乱行为的理论研究骚乱者的心理状况49-52
2.6.1 骚乱行为的理论研究49-50
2.6.2 触发骚乱的因素50-51
2.6.3 骚乱者的心理状况51-52
第七节 小结52-53
第三章 拥挤踩踏事故的发生机制、伤亡后果及概率风险53-74
第一节 拥挤踩踏事故发生的特征及PMCDT模型53-57
3.1.1 事故发生的特征53-54
3.1.2 PMCDT模型54-57
第二节 人群拥挤踩踏事故后果分析57-65
3.2.1 人群受力分析57-62
3.2.2 拥挤事故持续时间与伤亡的关系62-63
3.2.3 恐慌对拥挤踩踏事故后果的影响63-65
第三节 人群拥挤踩踏事故风险模型65-73
3.3.1 拥挤事故发生的概率分析65-67
3.3.2 拥挤踩踏事故的后果模型67-72
3.3.3 拥挤踩踏事故风险的确定72-73
第四节 小结73-74
第四章 人群动力学特征与人群疏散安全关系74-109
第一节 人群密度、速度及人流通过率的关系74-81
4.1.1 概念74-75
4.1.2 密度－速度关系75-78
4.1.3 密度－人流通过率关系78-81
第二节 疏散通道堵塞及恢复过程的建模与分析81-91
4.2.1 密度－速度方程以及密度－人流通过率方程的建立83-86
4.2.2 初始人群密度对人群堵塞恢复过程的影响86-87
4.2.3 堵塞过程分析87-88
4.2.4 人群恢复运动的过程88-89
4.2.5 堵塞消失时间的确定89-90
4.2.6 小结90-91
第三节 相向流对疏散通道疏散效率影响的模拟研究91-99
4.3.1 buildingEXODUS模拟软件的结构及特点91-93
4.3.2 模拟结果93-94
4.3.3 模拟结果的分析和讨论94-99
4.3.4 小结99
第四节 建筑物出口安全设计的离散时间疏散模型99-109
4.4.1 DTEM疏散模型的建立100-104
4.4.2 案例研究104-108
4.4.3 小结108-109
第五章 火灾疏散状态下聚集人群的风险109-132
第一节 需要安全疏散时间和可用安全疏散时间的构成及特点109-113
5.1.1 需要安全疏散时间（RSET）的特点111-112
5.1.2 建筑类型对疏散时间各组成部分之间关系的影响112-113
5.1.3 可用安全疏散时间（ASET）的特点113
第二节 RSET和ASET的概率分布及火灾幕景下的人员伤亡风险113-115
5.2.1 疏散准备时间及RSET的分布特征113-114
5.2.2 火灾幕景下的人员伤亡风险114-115
第三节 案例分析115-130
5.3.1 建筑物中疏散人数（N）的确定115-116
5.3.2 火灾幕景设计116-119
5.3.3 不同火灾幕景下ASET的确定119-120
5.3.4 采用计算机模拟方法确定火灾幕景下的人群风险120-122
5.3.5 采用人群动力学试验确定火灾幕景下的人群风险122-128
5.3.6 疏散人群风险分析及风险减缓措施128-130
第四节 小结130-132
第六章 密云拥挤踩踏事故案例分析132-150
第一节 事故经过及原因分析133-139
6.1.1 事故经过133-134
6.1.2 原因分析134-139
第二节 人群聚集过程的定量分析139-145
6.2.1 分析假设140-141
6.2.2 修正的群集理论及人群聚集过程的定量计算141-145
6.2.3 人群聚集过程的模拟145
第三节 事故中的受力分析和受害者构成145-147
第四节 应急救援过程147-148
6.4.1 应急救援的时刻表147-148
6.4.2 事故的善后处理148
第五节 小结148-150
第七章 结论150-152
一. 文章的主要创新点150-151
二. 研究的不足之处及下一步工作展望151-152
参考文献152-162
致谢162-163
个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果163-166



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