本文是一篇工程硕士论文，本文从影响地下建筑人员疏散因素进行了主观和客观分析，为火灾条件下地下商业建筑动态疏散模型的建立提供了理论基础。在考虑人员疏散的安全时间方面，通过火灾环境产物是否达到临界值，确定可用的安全疏散时间。通过分析火灾中人员疏散过程，确定了必要的安全疏散时间。
1绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
近年来，随着我国城市的发展和建设，越来越多的地下商业场所如雨后春笋般出现在城市的各个角落。地下商业场所的疏散问题是城市消防安全的重要组成部分，随之火灾条件下地下商业场所人员疏散问题也日益引起人们的关注。人们在享受地下商业建筑所带来便利的同时，也存在着一些安全隐患。地下商业建筑具有人群密集、空间相对封闭、燃烧物种类繁多等特点，事故发生后人群疏散难度较大且救援力量进入较为困难[1]。近些年来，全国地下商业建筑火灾频繁发生，消防形势不容忽视，国内地下商城典型案例事故表[2]如表1-1所示。在提倡尊重生命、以人为本的现代化社会，如何在火灾条件下确保人员在地下商业建筑能安全疏散显得至关重要。
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1.2国内外研究现状
1.2.1人员疏散行为研究
在20世纪30年初，美国[3]开始研究如何有效地疏散百货商店、大型剧院和政府办公楼等公共建筑中的人员，这是全球着眼人员疏散行为问题最早的国家。为了深入研究人员疏散行为和动态特性，大部分国内外学者主要通过进行数据调查、疏散实验以及计算机仿真模拟三种方式研究分析。
（1）部分国外学者人员疏散行为研究
Bryan等人[4]对人员疏散行为进行了深入研究。在1956年，针对火灾事故幸存者的事后调查提出了人们在火灾情况下需要做出的一系列决策：首先要辨识危险情况，然后确认自己的逃生路线，解释困境和协助其他人员逃生，分析周围环境和风险状况，最后评价和调整自己的逃生计划。1972年，英国学者Wood[5]进行了一项关于火灾中疏散行人心理和行为的研究，通过拜访亲身经历过火灾的人群，总结了火灾中人群疏散的行为。1980年，Pawls等人[6]结合建筑物火灾的特点提出了一个理论，并认为在火灾中，人们的疏散行为可以分为以下五个方面：不采取行动、灭火、通知他人、寻找更多的线索以及疏散逃生。通过对火灾幸存者进行信息统计，Baidal Christopher等人[7]发现文化程度较高的人普遍懂得如何正确使用指路系统，并能够服从管理安排，使得疏散过程有序而井然。
2003年，Marta Becker Villami等人[8]进行了一项研究，探究了人员在紧急疏散情况下的运动特征。表示人员的运动规律受到多种因素的综合影响，其中包括人员的心理状况、疏散路径和隧道环境等。Singh等人[9]进行了实验，将84个人分成几组，并让他们在虚拟现实环境中模拟疏散场景。该实验旨在测试影响人们疏散行为的因素。结果表明，年龄和性别是影响决策的重要因素。年轻人往往有更快的疏散速度，而老年人则比年轻人慢。此外，女性似乎更加遵守规定和管理，而男性则相对不服从管理。
在2006年，英国学者L.Filippidis[10]使用building EXODUS仿真软件来模拟大型单层购物超市，分析了疏散人员和疏散指示系统之间的相互作用。CiroCaliendoa学者[11]利用STEPS模型和CFD模型相结合，对公路隧道进行了仿真模拟，研究了影响疏散时间的因素。在2014年，瑞典研究学者Marten[12]以Viswalk软件为工具，将其仿真结果与真实实验进行对比分析。2016年，Funda Durupnar等人[13]将情感评估模块施加于个体，使得他们能够评估周围环境并自然地表现适当的情绪，这在仿真模型中成功地代表了个体之间的情绪互动，成功地建立了一个基于心理模型的仿真系统。2019年，沙特阿拉伯的学者Alginah[14]利用Legion软件来仿真模拟大型复杂建筑，并分析了人群疏散行为，以便对这些人群进行更好的监控和管理。2021年，Basori A H等人[15]提出了一种利用强化学习实现智能社交情绪控制的人群行为仿真方法。该方法将社会情感参数作为强化学习的输入，以学习带有情绪的个体如何面对拥挤而排队的情形，以产生与现实世界相应的适当行为。
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2地下商业建筑火灾与人员疏散理论基础
2.1地下商业建筑火灾理论基础
2.1.1商业建筑火灾特性分析
（1）火灾发生原因
地下商业建筑发生火灾事故要素通常由人员、物品、环境和管理因素构成基本要素。若这四个要素中任何一个环节没有采取有效的控制措施，就可能存在火灾隐患，甚至引发火灾。造成地下商业建筑火灾事故的原因有很多，主要可分为人员因素、物品因素、环境因素和管理因素四类[62]。
1）人的因素
人的不安全行为是引起地下商业建筑火灾的主要因素之一，为了降低地下商业建筑火灾事故的发生率，对于人为因素应该从以下方面着手。如表2-1所示。
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2.2地下商业建筑人员疏散理论
2.2.1人员疏散影响因素分析
人员疏散过程中涉及到众多因素，包括建筑结构、人员数量、性别组成、人员行为等等。这些因素的不同组合会对疏散过程产生不同的影响。本文主要从影响人员疏散主客观因素进行分析和讨论，希望能够从多个角度探究人员疏散过程中的影响因素。因此，了解各个因素的影响，对于提高人员疏散效率和安全性至关重要。
（1）主观因素
1）年龄分布
不同的年龄段对人员安全疏散产生不同影响。年幼者往往会对紧急疏散产生恐惧、侥幸心理和跟从他人的心理。相比之下，年长者会行动缓慢。然而，中青年人的紧急疏散能力通常与年龄正相关。
2）性别组成
在行人疏散过程中，性别也会产生一定的影响，这是由于行人之间在互动和社会认知等方面存在差异。这种影响主要体现在衣着选择、体型状态、行为模式等方面。女性通常会穿着紧身、繁琐的衣物，这可能会降低她们的疏散速度。而男性可能更倾向于通过推挤等方式来抵达疏散出口，而女性则更倾向于采取更为温和、协调的方式来进行疏散。
3）健康状况
对于身体素质良好的人，在突发事件发生时，比身体状况不良的人更容易感知到灾情，对危险情况的应对策略更加有效，行走速度更快，自我防护能力也更强。
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3 人员动态疏散模型的建立 ............................ 19
3.1 元胞自动机模型理论研究 ................................ 19
3.2 人员疏散路径理论研究............................................ 22
3.3 动态疏散模型的基本构成 .................................. 28
4 地下商业建筑火灾仿真建模 ....................................... 43
4.1 FDS软件及仿真方法介绍 ................................. 43
4.2 地下商业建筑物理模型参数设置 ......................... 43
4.3 火灾工况的设定 ................................ 46
5 地下商业建筑火灾疏散模拟分析 ................................ 54
5.1 地下商业建筑火灾疏散仿真基本条件建立 ................................ 54
5.2 火灾前后疏散结果模拟分析 ................................ 56
5.3 火灾预防与人员疏散建议措施 ................................... 64
5地下商业建筑火灾疏散模拟分析
5.1地下商业建筑火灾疏散仿真基本条件建立
5.1.1疏散模型基本构成
本文疏散模型使用的三角形元胞自动机模型，为疏散人员的行动方向提供了更多灵活性。其主要功能包括场景创建、添加网格、设置初始人员位置数量、火源的位置和蔓延范围，选择移动方式等功能。模型由障碍物墙体、疏散出口、动态指示标志、火源、火灾环境产物几部分构成。该模型共由88000个三角形网格构成，如图5-1所示。指示标志分为疏散指示标志和危险指示标志。无灾害情况发生时，疏散指示标志引导人们前往安全疏散出口。当火灾发生时，危险指示标志将会禁止通行，同时疏散指示标志将会引导人员前往正确的安全出口。
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6结论与展望
6.1结论
当地下商业建筑内发生火灾时，为避免疏散人员受到更多伤害。本文基于相关学者研究、火灾人员疏散理论、元胞自动模型等，提出设计地下商业建筑火灾动态疏散模型。利用FDS仿真模拟软件和地下商业建筑火灾疏散模型，对地下商业建筑火灾及人员疏散情况进行了研究。主要成果有以下五点：
1、为获取地下商业建筑中影响人员疏散主要的火灾环境产物，本文从火灾发生原因、火灾特性、火灾危险性、火灾数值模拟理论几方面入手。明确指出CO浓度、高温气体、能见度等火灾环境产物作为影响人员疏散的主要考虑因素，为FDS火灾模拟提供了理论支撑。
2、本文从影响地下建筑人员疏散因素进行了主观和客观分析，为火灾条件下地下商业建筑动态疏散模型的建立提供了理论基础。在考虑人员疏散的安全时间方面，通过火灾环境产物是否达到临界值，确定可用的安全疏散时间。通过分析火灾中人员疏散过程，确定了必要的安全疏散时间。为本文人员疏散结果的分析提供了标准。
3、通过分析多种二维元胞模型，提出具有14个方向移动的三角形元胞自动机模型。提出了改进的迪杰斯特拉算法作为本文底层移动算法，人群密度算法作为次级移动算法，大幅减少疏散模型计算时间。
4、基于FDS仿真模拟软件建立商业场所火灾建筑模型，对火灾情况进行模拟分析。包括烟气扩散过程、CO浓度、温度、可见度随时间的变化模拟分析。得出能见度对于安全疏散的影响最大。
参考文献（略）