城市地震次生火灾蔓延模型及应急疏散模拟分析

摘要

地震次生火灾曾给许多城市造成了生命和财产上的巨大损失，如何使得损失达到最小一直是人们普遍关心的问题，就此相关专家和学者对地震次生火灾的蔓延机理及灾后应急条件下的人员疏散问题进行了分析研究。理清地震次生火灾蔓延机制可使消防人员动态地了解火灾发展的过程，为预测具体某一时刻火灾发生的情况、起火点可能蔓延的总面积和最大可能的将有限的消防力量投入到损失最严重的地方提供理论依据：探讨应急疏散对大型突发灾难性事件发生后，有序实施交通组织、提高疏散效率、以确定适合中国国情的应急疏散规划管理研究方向，建立相应的方法体系，减少地震等灾害造成的人员伤亡提供帮助。 地震次生火灾的蔓延机理复杂、不确定性因素繁多，需简化相关条件，利用简单规则来模拟复杂现象。本文基于元胞自动机的基理，利用大量的简单元件，通过简单的连接和简单的运算规则，建立了城市地震次生火灾蔓延模型，从宏观角度对某小区进行了模拟，得到了某几个时刻火灾蔓延情况及面积图；又利用多智能体技术的可视化仿真软件StarLogo模拟分析了此小区人员在地震次生火灾下的应急疏散，比较了一般火灾和震后火灾下的人员疏散时间差异。 本文的主要工作和成果包括以下几个方面： 首先，利用元胞自动机以简单规则模拟复杂现象的特点，针对元胞自动机的五部分基本组成，即元胞空间、元胞状态、邻域、时间及转换规则等，建立了城市地震次生火灾蔓延模型。指出了元胞着火概率和建筑物的特征、震害及环境等因素有关，其中包括热辐射、建筑物的特征、地震对建筑物的破坏、大面积阻火要素的作用及环境的影响等。 然后，利用作者提出的火灾蔓延模型对某小区进行仿真模拟，截取了特定几个时刻的火灾蔓延状态图，得到了在不同条件下的火灾蔓延面积；并从不同状态元胞随时间变化的曲线图中分析了元胞的变化情况，得到了风速风向、消防扑救情况、大面积阻火要素等对某一时刻火蔓延范围的影响。 最后，运用类似logo的并行语言编程，利用多智能体技术仿真软件StarLogo建立了可视化的疏散仿真模型，模拟震后应急疏散中可能出现的由于道路等生命线工程破坏而导致疏散缓慢的情况，并比较分析了在一般火灾和地震次生火灾两种情况下相同疏散群体所用的疏散时间。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2地震次生火灾的危害性

1.3 本文的研究意义

1.4地震次生火灾的扩展蔓延研究现状

1.4.1蔓延模型

1.4.2蔓延模型分析

1.5应急疏散的研究概况

1.5.1 疏散模型

1.5.2疏散模型分析

1.6论文主要工作

2地震次生火灾蔓延及元胞自动机

2.1 引言

2.2城市地震次生火灾蔓延方式、特点及影响因素

2.2.1 蔓延方式

2.2.2蔓延特点

2.2.3主要影响因素

2.3元胞自动机的发展历程

2.3.1 S.Wolfram和初等元胞自动机

2.3.2 J.Conway和“生命游戏”

2.3.3格子气自动机

2.3.4 Langton和“能自我复制的元胞自动机”

2.4元胞自动机的组成

2.4.1 元胞空间(cell space)

2.4.2元胞状态(cell stares)

2.4.3邻域(neighborhood)

2.4.4 时间(time)

2.4.5转换规则(transition rules)

2.5元胞自动机的一般特征

2.6元胞自动机的应用

2.6本章小结

3城市地震次生火灾蔓延模型及动态模拟

3.1 引言

3.2基于元胞自动机的城市地震次生火灾蔓延模型

3.2.1模型的元胞空间

3.2.2模型的元胞状态

3.2.3风对邻域的影响

3.2.4模型的时间取值

3.2.5模型的转换规则

3.2.6模拟算例

3.3本章小结

4城市地震次生火灾应急疏散模型及动态模拟

4.1 引言

4.2多智能体理论

4.2.1 多智能体的定义和属性

4.2.2多智能体与传统计算机模型的比较

4.2.3多智能体的应用

4.2.4多智能体与元胞自动机

4.3 StarLogo

4.4应急疏散的模拟分析

4.4.1模型概况

4.4.2避难场所的设定

4.4.3流程图

4.4.4模拟有组织疏散

4.4.5结论

4.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢