高速铁路隧道救援站火灾烟气控制理论和应用

人员疏散模型主要分为两类：离散模型和连续性模型。其中：离散模型主要有元胞自动机模型、格子气模型；连续模型主要有Helbing等人[49]的社会力模型、Henderson和Hughes等人的流体力学模型、Okazaki等人的磁场力模型。

5.3.1.1　元胞自动机模型

元胞自动机是把时间、空间和状态离散后，每个变量只取有限个状态，然后在均匀一致的网格上按照一定的局部规则构成离散的动力系统。最早的元胞自动机模型由美国的数学家John Von Neumann和Stanislaw M Ulam提出，起初主要用于模拟生命系统所具有的自我复制功能。元胞自动机模型能模拟人员行为存在差异时的疏散过程，并且得出在高密度人群中，楼梯是影响疏散时间的主要因素。不同时的元胞自动机模型在建模方面的优点主要是：在元胞自动机中，物理和计算过程之间的联系非常清晰；能用比数学方程更为简单的局部规则产生较为复杂的结果；能用计算机对其进行建模，而无精度损失；能模拟任何可能的自然系统行为。

5.3.1.2　格子气模型

格子气模型是以流体分子运动理论中Boltzmann方程和宏观液体力学方程为理论基础发展起来的一种离散非线性动力体系。它模拟流场，将流体存在的空间划分为离散的网格，流体本身由大量只有质量没有体积的粒子组成，每个流体粒子在网格节点上按照离散时间沿网格线运动。它可以选择的运动方向与格子划分方式有关。格子气模型在表达常见流动现象规律的同时能保持较好的计算复杂度，是一种比较实用的疏散仿真模型，但这种模型忽略了疏散群体中个体间的交互作用，对个体的特征描述比较简单。

5.3.1.3　社会力模型(www.xing528.com)

社会力模型是学者Helbing等提出的一种基于经典牛顿力学的人运动模型。该模型认为火灾疏散中个体受到三个作用力的影响，分别是驱动力、人与人之间的作用力和人与障碍物之间的作用力。其中：驱动力是移动个体给自己施加的“社会力”，体现了个体以一定的速度向目的地移动的期望；人与人之间的作用力，是个体试图与其他人保持距离所施加的“社会心理力”和“身体交互力”的总和；人与障碍物之间的作用力，是边界和障碍物对个体移动产生的反向作用力。社会力模型是目前最能刻画人群疏散中个体动力学特征的数学模型，能模拟人群运动呈现的复杂的自组织现象，但它是一种微观模型，对于大群体疏散问题的研究往往具有很高的计算复杂性。

5.3.1.4　流体力学模型

Henderson把行人运动看作气体或者流体的流动。高密度状态下行人的运动特点跟液体分子很相似，而低密度自由运动状态时人流运动特点跟气体分子运动相似。该模型借鉴流体力学的经典方程及平衡统计理论对行人流进行模拟并用实际观测的经验数据进行验证。

5.3.1.5　磁场力模型

Okazaki将人比作磁体在磁场中的运动，把人员和障碍物、墙壁、柱子设为正极，出口和目的地设为负极，然后利用正极之间的互斥来模拟人与人、人与建筑物之间的斥力和正极与负极的引力来模拟出口对于人的吸引力，但磁场力模型一直没有得到很好的发展，在研究工作中，应用不太广泛。