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为何关键时刻楼梯会“塞车”？楼梯的“吞吐量”瓶颈
当发生紧急情况时，整个楼层的人们毫无秩序的涌向疏散楼梯，通常会导致楼梯间人群行动缓慢，不断叠加的拥堵导致楼梯间出现“塞车”现象。楼梯作为重要的疏散通道，需要合理的设计，否则将会变为人群疏散瓶颈，而合理的设计背后需要满足复杂的科学原理。
在紧急疏散中，看似普通的楼梯可能成为制约整体疏散效率的瓶颈。研究表明，楼梯区域的人员拥堵并非偶然，而是由一系列设计因素和行为模式共同作用的结果。
一、楼梯疏散的物理约束与行为博弈
1.基于博弈论的人员疏散
和谐博弈（Harmony Game，HG），策略 A 代表合作，策略 B 代表竞争。在和谐博弈模型中，坐标（合作，合作）是纳什均衡，个体蕞优选择与整体蕞优选择相同，不会造成困境。和谐博弈可以用于研究合作行为策略是个体蕞优选择和集体蕞优选择的场景。
2.群组行为
①人群较大的群组会分解成多个 2-3 人的次群组，且群组在日常和应急情况行走过程中都保持相对稳定、紧凑的空间结构；
②群组之间存在显著的避让行为，包括整体避让、穿插避让和追赶避让，群组偏好整体避让，且人数较多的群组产生的排斥力较大；
③次群组之间存在显著的协调行为，包括保持空间对称的行为和保持稳定间距的行为，且落后的次群组更加积极追赶前方次群组。
3.Fermi 更新模型
Fermi 更新模型考虑了个体的有限理性，个体的选择不一定是蕞佳的行为策略，说明个体进行行为策略选择时存在随机性因素。所以，Fermi 更新模型中，个体可以非理性地进行模仿，引入了噪声参数k 来刻画行人进行策略更新时的非理性策略选择。步高度（h）与深度（d）需满足黄金分割比（h/d≈0.618），偏离该比例时步态稳定性下降。实验表明，h>170mm时膝关节负荷增加37%，导致步速下降0.15m/s。
二、建模与仿真验证
通过知行INS国产人员行为模拟软件，实现建筑还原建模，仿真分析楼梯瓶颈的形成过程,实际建模关键参数如下：
空间布局：设置楼梯宽度（1.2m/1.8m）、踏步尺寸（h=160mm, d=290mm）
人员属性：定义人群分布密度（2人/m²）、年龄结构（青年/老年比例）
行为逻辑：设置“自主寻路”“跟随群体”等行为模式
知行INS在分析楼梯疏散时，能核对多维度的参数。通常来说，它的参数设置都是基于实际的观测数据，可以基于不同区域设定人员密度、疏散优先级、人员移动速度等。例如，我们可以设置楼梯间里人员的疏散速度为符合正态分布，并且软件可以直接导入BIM模型或者FDS文件。建模准确度提高了仿真结果的可靠性，能设计优化提供一个扎实、靠谱的依据。
三、仿真技术：解码楼梯瓶颈的新工具
随着技术不断地提高，传统建筑评估方法无法科学预测楼梯场景下的人员疏散清款。一款由知行LAB团队研发的知行INS人员行为模拟仿真系统正在尝试改变这一局面。
知行INS强大的模拟引擎能够灵活模拟不同类型的人群，包括老人、儿童和残障人士，并能够通过单独的文件配置提供高度贴近的仿真模拟。通过对多个群体中的个体运动进行图形化的虚拟演练，从而可以规划个体在灾难发生时的逃生路径并计算出逃生时间。它包含了自驱动力、行人之间作用力、行人与障碍物之间作用力等多种参数。能准确模拟个体间的互动和避障行为，适应动态变化的环境，适用于复杂和高密度的疏散场景，提供更真实的群体行为为模拟。
通过准确跟踪个体速度和统计速度分布，了解人员移动状态，预测到达时间和分析停留时间，利于疏散和空间布局优化；实时监测和分析人员密度及其变化趋势，预防拥挤事故；评估设施和通道服务水平，优化服务设施；还可分析人员接近程度以及群体行为。在公共场所、应急管理等多个领域有着重要应用，为分析人员在模拟场景中的状态与行为提供数据支持。
四、未来展望
使用知行INS软件进行疏散仿真后，工程师们发现将楼梯转角平台进行优化，大概率能减少30%左右的拥堵延误。看似微不足道的设计细节往往关乎着大家能否顺利疏散。
知行INS能够对容易发生紧急情况的场所进行场景模拟，通过仿真模拟结果发现人员的疏散拥堵点以及可能出现的拥堵点。为应急设施（如安 全通道、疏散指示标志）和人员引导策略的优化提供依据，防患于未然。
若您想下载祝融FDS，请访问知行INS试用下载页面。如果您有其他问题，请联系info@zhixinglab.com。
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