基于AnyLogic对高校图书馆火灾应急疏散的仿真研究

　　近年来，国内外大型公共场所频频发生严重事故，大型公共场所是行人休闲、娱乐、消费生活方式的枢纽，如人员众多，单位面积密度较大，风险也相应增加。突发事件，没有及时有效地疏散行人，往往导致恶性事故和继发性灾害的发生，近年来发生的安全事故，国内高校图书馆、宿舍、建筑物等大型公共场所都是交通的主要聚集区。当发生紧急情况时，减少人员伤亡和财产损失的唯一办法是迅速有效地疏散行人。目前我国行人紧急疏散研究的理论和实践都存在着严重的不足。因此，应开展应急疏散研究，为不同类型的突发事件制定合理的应急疏散预案，成为科研工作者和管理部门的首要任务。

　　国外也进行了大量的行人疏散仿真研究,从20世纪年代,研究人员紧急疏散行为逐渐带给XX的关注,支持和资助,主要研究方向集中在集群恐慌行为的研究中,研究人员疏散行动能力,等等,借助实验手段如消防演习、消防动力学研究和计算机模拟,建立各种有关建筑火灾人员疏散计划数学模型的行为规则,并开始涉及人员随机研究和人员疏散行为规则的法律研究应急行动。

　　英国、X、德国、日本等国家对紧急疏散行为和模型进行了一系列研究。在对阻塞状态中人的心理研究的基础上，英语中心开发了模型的概念，并开发了大量的人员疏散模型。研究人员被认为是X的代表，他们对安全疏散进行了研究，并详细讨论了火灾中人们的心理反应。日本更加注重消防人员行为统计、人员疏散安全评估方法、火灾风险评估和性能源设计的结合。

　　匈牙利交通专家人员行为反应的定量作为力量，增加了疏散模型，取得了重大进展，成功再现了经典行为群体效应的疏散。此外，还有一些大型的国外咨询公司专门从事这方面的技术咨询服务，一些公司的实力，甚至发展了他们自己的疏散模式，如X和英国的公司。

　　我国对行人疏散的研究始于20世纪90年代[7]，关于行人疏散的研究主要集中在建筑突发事件的行人紧急疏散问题上。与国外相比，中国在理论研究和模型开发方面都处于落后状态，到目前为止还没有成熟的仿真软件开发。然而,整体的角度来看,国内研究行人安全疏散虽然仍处于起步阶段,但也取得了一些成就,如:武汉大学和香港城市大学的创始人赵铭陆行人紧急疏散网格模型建立,并通过建立数学模型计算,模拟建筑疏散,疏散时间中的行人路[1]。

　　中国国家重点实验室宋火卫国重点实验室利用社会力量模型，在模拟紧急疏散行人运动过程中，重点关注疏散时间和建筑结构特征以及行人行为特征之间的关系[2]。中国科学技术大学的杨立中采纳了细胞自动机理论，建立了行人行为的微疏散模型。模型作为行人自身特点的主要因素，主要研究了制约行人紧急疏散的关键因素，如熟悉程度、对环境的紧急状况判断、以及其他行人对行人的个体相互作用等[1]。。

　　城市人口越来越高，图书馆虽然成为生活的必经之路，但由于图书馆自身的建筑特色和员工的高密度，图书馆有很多的安全性。因此，研究图书馆的事故特征和人们疏散的影响因素，为了图书馆的疏散，寻求有效的分散方法，确保正常运行和观光安全图书馆的确保是很重要的。

　　(1)非自适应行为是指，在步行者分散时所发生的不利或无视他人安全的行为[3]。为了让行人迅速逃跑，经常伤害别人，经常伤害到他人的身体。非适性行为是发生突发事件的时候在很多人中常见的行为，其行为的发生使人们的恐慌状态恶化，其危险度比事件本身更大。

　　(2)、图书馆,铁路车站等的巨大空间的环境中,火灾和爆炸等突发事件发生后,人们的视线,可以阻止人们避难通道的分布状况进行判断,无法分散通道的使用,可以避免。由于这些人聚集了很多人，因此其中一部分或一些分歧路过于混乱，而其他分散信道使用较少的情况属于盲目的现象。盲目的人群在拥挤的情况下，为了生存，齐心协力拥挤产生相互作用力可高达4450N/m2，而这4500N/m2的压力足以挤倒墙壁。

　　紧急情况是某一地区突然发生的重大事件，对人类的生命或财产造成重大损失，或对社会产生负面影响[2]。紧急情况可以自然灾害,如地震、洪水、暴风雪、等等。也可以人为暴力等事件,火灾,爆炸,等等。通过使用分类标准和国内外应急的方法,并结合我国图书馆的现状,图书馆事件可以分为三类:自然紧急情况下,紧急情况下,应急技术[4]。

　　(1)自然灾害主要是由地震、洪水等自然灾害造成的，图书馆不能正常运行[5]。

　　(2)发生在图书馆或者纵火、中毒、爆炸事故，如恐怖主义、影响正常阅读、危及读者生命财产安全的突发事件。

　　(3)技术突发事件是指图书馆站设施，设备故障，影响正常阅读，如线路老化，错误导致停电[6]。

　　(1)伤亡人数众多。

　　图书馆有大量的旅客，短暂的逃亡时间，以及图书馆的特殊建设环境。在紧急情况下，读者容易产生焦虑和恐慌。在这种情况下，快速反应和熟悉渠道的读者可以采取正确的自助措施，选择正确的逃生路线，并有更大的逃生机会。然而，自助意识较差的人更有可能遵循从众心理，不能有效地选择逃生路线，行为是慌乱的，很容易造成群体死亡群的伤害。

　　(2)巨大的社会和政治影响。

　　图书馆的突发事件造成巨大的经济损失，大量的伤亡将对社会和政治产生巨大的影响。

　　Anylogic是由俄罗斯xjtechnologies开发的，将离散事件、连续事件、混合动力系统进行模拟化，广泛应用于制造业、交通运输、步行者分散等方面广泛应用的模拟模拟[8]。

　　Anylogic主要由标准库、过程建模、轨道库、步行者等构成，这里主要由步行者用模块完成。Anylogic的步行者模块可以在行人在实际环境中进行运动、运动。在制作使用步行者的产品的模拟模型时，首先将设计的cad图引入Anylogic软件的main，形成背景图。第二，对应步行者之间的空间标记。

　　(例如，在图书馆的墙壁、安全检查路、服务区、服务区等)生成所需的物理环境，在对应模块中点击左键，来改变参数;此后,步行者行动带入模块,步行者行动特性构成逻辑关系图中,同样,对应模块中,参数是否变更或java代码(注册商标)等改变,设定这个属性。最后，Anylogic软件可收集数据，以收集地域的行人密度统计数据、行人疏散时间和单位时间分散等数据，并收集模拟结果数据。在紧急避难处，一套(Anylogic)步行器模块定义两个行动的流程，一组在一般情况下的步行者行动规则，另一个流程是紧急情况下的步行者行动规则。像这样，行人如果将一般的行动规则进行到一定程度的行动，就会触发紧急的避难状况，然后根据被人规定的规则和方案，进行紧急避难，能够达到实际的初期设定。

　　本文研究的是图书馆突发事件下读者应急疏散问题，该问题不仅包括出发厅内读者正常业务问题，还包括突发事件下出发厅内读者应急疏散问题，所以读者行为特性既包含正常业务行为特性，也包含应急疏散条件下的行为特性。刘浩在《基于Anylogic的公共应急业务处理》[9]一文中，已经对图书馆读者正常业务行为特性进行了调查研究，如行人期望速度、违禁品携带状况、自助值机选择比例等，本文在此基础上，侧重介绍应急疏散仿真核心参数的确定与实现。

　　（1）创建物理环境模型。第一步，将画好的CAD图导入到Anylogic软件Main中，形成背景底图；第二步，描绘墙、柱等建筑环境，添加值机柜台、安检通道等固定物理设施；第三步，通过目标线、矩形区域等空间标记模块描绘行人生成源、服务区域、消逝区域等。如图3.1所示。

　　图3.1某高校图书馆仿真物理环境图

　　（2）最后，设置墙、柱、值机柜台以及安检柜台等物理设施属性，完成对仿真物理环境中各具体物理对象属性的设置，如图3.2所示，图中展示的是仿真物理环境中某条墙的设置情况（包含设置墙的名称、颜色、宽度以及高度等）。

　　图3.2某面墙设置示意图

　　（3）在模型中以定值或分布函数来描述行人尺寸这一重要参数。本文设定行人尺寸服从均匀分布函数，表达式为uniform（0.4,0.5），如图3.3

　　图3.3

　　图书馆实际高峰小时借阅流量500人，是在正常流程仿真运行过程中客流生成的人数减去客流消逝的人数到达500人时的客流量。在函数属性的函数体

　　中输入代码

　　pedSource.countPeds()-pedSink.countPeds()-pedSink1.countPeds()，

　　返回图书馆内读者人数，在仿真中实现过程，如图3.4

　　图3.4

　　(4）疏散时间通过Anylogic模块中的函数选项来设置应急疏散总时间，在函数属性中输入代码

　　(alarmEnding==0?(time()-alarmBegining)/second():(alarmEnding-alarmBegining)/second())；最后函数返回应急疏散总时间，如图4.15所示。应急疏散时间的统计是通过"00:00"文本来显示的，具体在文本中输入以下代码alarm?(((int)getEvacuationTime())/60+":"+(((int)getEvacuationTime())%60<10?"0":"")+((int)(alarmEnding==0?(time()-alarmBegining)/second():(alarmEnding-alarmBegining)/second()))%60):"00:00"，如图3.5

　　图3.5

　　（5）应急疏散仿真结果数据的导出通过将建立的＂连接txt＂文件与＂event＂控件属性相关联，将各个主要通道的疏散效率导出在txt文件里，保存在所建模型的附属文件。如图3.6

　　图3.6

　　突发性事件的发生,主要的问题是安全的出口和安全检查区域的人们过于拥挤,面临问题,这里使用的是人工方法分散过程中的安全的出口解决拥挤问题的解决、安全的检查排变更安全安全的领域的过密,解决问题的解决。

　　以人为的回避为前提，由于读者的非常稀疏，为了紧急而疏散，为了这个目的，为了这个原因，我被分为工作人员的语言的流程和现场的广播。因突如其来的事件使读者们呈现出“模糊的现象”现象，这样的现象不仅形成了一些或几个分散通道，导致了安全出口的阻碍，浪费了宝贵的时间。事实上，在发生突发事件的情况下，熟悉图书馆建筑环境的工作人员不仅能减轻读者的恐怖心理，而且还保证读者们能够迅速进入安全，从而最小化受灾程度。人工的人工作用是选择用于步行者的通道，通过读者的安全维持秩序，提高紧急松懈的效果。旅客高峰水平条件下的紧急避难方案中人工次途径增加,模拟软件anylogic上具体实现过程:①物理环境、实现图书馆设计的安全出口,出入图书馆的门,左边楼梯疏散通道和楼梯疏散通道、已故anylogic行人库空间通过标记的“路线”的选项,分别描写到以上三个安全出口附近。②逻辑关系的实现，是在紧急避难过程中增加3个人工路径，在某种安全出口过度混乱的情况下，利用人工的分散路径，转移到其他安全的出口，然后分散到其他安全的出口。途径1、途径2、3及途径,分别为左沿着台阶路,分散了楼梯,右边是分散的通道,2门出入,途径1、途径及路径选择概率,3经验设定比例达到20%,20%,60%,通过PedSink1让读者消逝。

　　图4.1

　　运行该仿真实验，如图4.1所示。从图中可以看出，读者正在按照人工疏导的路径有序地进行疏散，当某个安全出口读者过多时，读者会听从工作人员的安排转而寻找另外的疏散路径。例如右疏散楼梯通道距离安检区域最近，处于安检通道的读者应急疏散时会优先选择最近的安全出口，由于安检通道人数多，应急疏散时右疏散楼梯通道周围聚集了大量的读者，此时经过人工疏导路径的选择，一部分读者会到图书馆进出大门或左疏散楼梯通道进行排队疏散，使之在最短时间内安全撤离。

　　图4.2

　　安检区域疏散仿真情况，如图4.2所示。得到了各自突发事件下读者应急疏散所需时间，并与优化前仿真方案进行对比，优化前方案与优化方案应急疏散时间对比方案类型优化前人工疏导改变安检队列应急疏散时间5分52秒4分26秒4分50秒通过观察以上三个方案的仿真结果可知，当高峰客流水平为500人时，人工疏导以及改变安检队列方式两个仿真方案应急疏散时间均在6分钟以内，不仅满足参照《图书馆设计规范》设定的图书馆6分钟应急疏散时间标准，并且低于优化前的应急疏散所需时间。仿真结果表明两种方案均有效缩短应急疏散所需时间，提高了应急疏散效率。

　　综上所述：应急疏散过程中，对读者进行人工疏导或改变安检队列的方式对读者应急疏散效率的提高作用明显。不仅如此，高校管理部门在应急预案制定过程中除了把上述两种优化方案作为参考以外，还可通过增设备用安全出口，以及加强工作人员安全指导培训等方面的工作，来保障读者安全疏散。当突发事件发生时，高校相关部门才能及时地做出应对策略，使读者应急疏散效率进一步提高。

　　本章根据建立的基于Anylogic的图书馆突发事件读者应急疏散仿真模型，分析了不同客流水平下读者应急疏散状态；具体分析了高峰客流水平下图书馆突发事件读者应急疏散状态，发现在应急疏散过程中，安全出口以及安检区域存在明显拥挤现象；提出了增加人工疏导和改变安检队列方式的两个优化方案，通过重新设置仿真模型参数对优化方案进行了仿真运行。

　　[1]http://www.anylogic-china.com/index.html.

　　[2]方正,卢兆明.建筑物避难疏散的网格模型[J].中国安全科学学报,2001,V11(4):10-13.

　　[3]宋卫国,于彦飞等.出口条件对人员疏散的影响及其分析[J].火灾科学,2003,V12(2):100-103.

　　[4]杨立中,李健.基于个体行为的人员疏散微观离散模型[J].中国科学,2004,V34(11):1264-1270.

　　[5]温丽敏,陈全,陈宝智.火灾中群集疏散的设计方法及计算机仿真[J].东北大学学报(自然科版),1998,V19(5):

　　[6]Helbing D,Farkas I,Vicsek T.Simulating dynamical features of escape panic[J].Nature,2000,

　　[7]中华人民共和国建设部.建筑设计防火规范:GB50016-2014[S].北京:中国计划出版社,2014.

　　[8]郑亮.浅谈高层建筑安全疏散的影响因素及逃生方法[J],安全技术与管理,2010,[35]杨立中.建筑内人员运动规律与疏散动力学[M].科学出版社.2012.

　　[9]马莉莉.建筑消防过程中人员安全疏散问题的计算机模拟研究[D].武汉大学,2004.

　　[10]Sandberg,Anders.Unannounced evacuation of large retail-stores-An evaluation of human behavior andthe computer model Simulex,Report 5009,1997.

　　[11]姜传胜,杨铸.公共安全之人员应急疏散[J].安全,2004,V25(1)