基于小鼠实验的双出口紧急疏散研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengyunemo
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在突发事件中,有效的疏散可以减少人员伤亡。双出口疏散场景普遍存在,而人群在紧急疏散时会出现出口堵塞、双出口使用不均衡等现象,研究双出口紧急疏散具有现实意义。动物实验可以解决实验研究中紧急状态真实性的问题。因此,本文选择小鼠作为实验对象,开展双出口紧急疏散研究。首先,开展小鼠单列运动实验和瓶颈实验,研究小鼠基本运动规律,明确小鼠疏散实验的合理性。在单列运动中,小鼠速度随前向距离先迅速上升,达到自由速度约为35.5cm/s后稳定;在通过瓶颈时,小鼠群体间断地分成大小不同的簇并服从指数分布;相邻两只小鼠通过出口的时间间隔分布呈现幂律尾部。小鼠运动速度随前向距离的分段线性变化形式,以及瓶颈的间断堵塞特性与行人运动规律相似;而小鼠在运动中表现出重叠、拥挤等现象,使单列密度ρn*0.4时速度随密度下降缓慢,以及小鼠通过较窄瓶颈时达到较高的单位宽度流量。然后,开展小鼠双出口紧急疏散实验,研究不同出口布局场景的疏散效果。实验证实了双出口使用不均衡;在不同相对位置场景中,出口位于邻侧的疏散效率最高;在不同出口间距条件下,疏散时间随出口间距的增大先上升,后下降并趋于平稳,最后当出口位于角落时效果最好。出口前方小鼠聚集区域的密度和相对位置影响疏散效果。此外,观察到小鼠变更路径、跟随等现象,并且当双出口聚集区域明显分离时,利于发挥小鼠跟随现象对疏散促进作用。最后,使用社会力模拟不同出口间距下的行人疏散,将小鼠实验结果和模拟结果对比分析,总结本文场景规模下出口间距对疏散效果的作用规律。当出口间距d=0时,由于小鼠通过较窄出口时排布更加紧密,双出口的疏散效率高于同等总宽度单出口,而模拟结果相反;当出口间距约小于2倍行人身体尺寸时,出口间距增大,堵塞情况加剧;随着出口间距趋近于行人聚集区域特征尺寸R,疏散效果回升;当出口间距大于及,疏散效果不随出口间距变化。当出口位于角落时,疏散效果最优,而造成模拟和实验结果的原因不完全相同。
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