步行设施空间特征与行人安全出口选择研究
开题报告
目 录
一、选题背景
二、研究目的和意义
三、本文研究涉及的主要理论
四、本文研究的主要内容及研究框架
（一）本文研究的主要内容
（二）本文研究框架
五、写作提纲
六、本文研究进展
七、目前已经阅读的文献
一、选题背景
随着经济的不断增长和社会的快速发展，我国城市规模与人口数量都急剧增长，大规模的行人聚集与出行都变得非常频繁。为了满足居民出行和群体活动的需求，很多城市都扩大了诸如交通枢纽、体育场馆、电影剧院、综合购物中心、和主题公园等大型行人步行设施的兴建数量和规模。经济与社会的发展使得能够吸引居民出行的日常娱乐休闲活动日益增多，去各类大型购物中心进行休闲和消费日渐成为居民生活一大不可或缺的组成部分。各大体育赛事频繁举行，前往各大体育场馆观摩体育盛事也逐渐成为城市居民文化生活的一部分。此外，城市交通的各项基础设施也伴随行人出行活动的增多而迅速发展，许多城市已经建设了数目可观的大型交通枢纽来满足行人不同的出行目的，各种综合性交通站点的建立也为多种交通方式的并存和衔接、以及不同种交通方式不同线路间的换乘提供了便利。这些休闲中心、体育场馆、交通枢纽等大型行人步行设施聚集了大量行人，并成为人们日常生活中必不可少的场所。这些建筑设施有效地提高了人们的日常生活水平，丰富了我国居民的生活内容，使周边居民的日常出行更加便利。现阶段，大型步行设施主要有三种场景类型：大型交通枢纽，大型购物休闲中心，大型体育活动场馆等。常见的典型城市大型交通枢纽主要提供城市同种交通方式之间的换乘和不同交通方式之间的衔接与接驳等。出行者在交通枢纽内部多以步行的方式完成在步行空间内部垂直或水平方向上的位移。当行人流量增大时，枢纽内行人流线交织严重，给枢纽造成的较大压力，这就严重影响了行人疏散的快速性与安全性。因此，对以交通枢纽站为代表的大型步行设施的空间特征进行研宄并借此找到行人疏散时的薄弱点，对于改善行人在步行设施内的疏散条件有重要的意义。
大型购物休闲中心的生活综合建筑体也开始在城市中广泛兴起。这种综合建筑体集购物、餐饮、娱乐、休闲、乃至艺术为一体，为人们生活带来新的去处的同时，该建筑自身也集合了大量的步行行人流。因此，对于此类多功能购物休闲中心，步行空间设计与行人流线的分析与研究也显得至关重要。大型体育活动场馆也随着我国国力的提升和越来越多的城市幵始承办各项省级、国家级、乃至国际级别的体育赛事而数量快速增长。但由于对大型活动行人疏散所需的空间设施特点的研究仍不充足，导致建筑场馆内存在隐患，尤其是当人群拥堵时很容易发生踪踏事故。然而，大量行人聚集在同一步行设施内的同时，火灾、恐怖事件等突发事件发生时步行设施内的行人在进行疏散时仍时有事故发生。在沙特阿拉伯的圣地麦加每年一度的朝觐活动中，行人踪踏事故时有发生：2001年的朝觐活动探踏事件则造成了 35人死亡；2004年的朝觐活动结束后的疏散中发生拥堵踩踏，造成244人死亡；2006年的朝觐探踏事件导致362人死亡，600余人受伤。印度的曼达德维神庙位于马哈拉施特拉邦，该神庙在2005年的宗教集会活动中发生拥堵探踏事件，造成300多人丧生。在我国，躁踏事故也时有发生。2009年湖南省湘潭市育才学校下课时发生採踏事故，致使8名学生遇难，二十余人受伤。2014年位于宁夏回族自治区西吉县的北大寺在已故宗教人士纪念活动中发生探踏事故，造成14人死亡，10人受伤。尤其是自2015年1月1日上海外滩跨年活动探踏事故造成36人死亡的恶性事件后，如何进行安全出口的设置、如何调整各条疏散路径的行人流量，才可以使疏散行人流在产生恐慌情绪时，也能够进行安全有效地疏散、顺利步行至步行设施外部等问题，成为备受社会各界关注的热点问题。为了解决这一问题，需要对行人聚集的大型步行设施和行人疏散行为两方面进行研究。大型步行设施的空间特征对行人的安全疏散有重要影响。在人们对于步行设施的规模和形态提出更高要求的同时，大型步行设施建筑空间本身却仍存在许多行人疏散问题，对于行人疏散安全性从设计到分析评价等若干方面都需要进行更进一步的研究与探讨。社会经济发展和科技进步带来了行人更多的出行需求，从而引发了居民出行时对各种大型步行设施和步行空间的需要。这些对步行空间的需要带动了城市大型行人步行设施朝着更为立体和复杂的方向发展。与此同时，城市中心和繁华地段高昂的土地价格也要求步行设施建造者在建设步行设施时尽可能地增加单位面积的可容纳行人数量，从而充分利用城市土地和空间的价值。大型综合性步行建筑设施的广泛建造与应用正是在这种趋势下兴起的。建筑综合体的兴起，正是在有限的城市用地上集合了多种复杂的功能。这些大型步行设施运行方式多样、结构形态复杂、建设周期长、功能全面、人员素质层次多样，并且通常规模巨大，行人流线复杂，这就给行人疏散和应急组织工作带来了更为严峻的挑战。因此，在大型步行设施内对步行空间进行合理布局至关重要。它严重影响着正常行人疏散过程中的所用时间、拥挤程度、移动距离、和该步行设施的集散能力与安全性能。首先，设施步行空间的合理布局，有助于提供最佳的行人移动路线、缩短移动距离、缓解行人拥堵，从而提高步行设施的行人集散能力、行人流组织管理的有效性和紧急疏散安全性。相反，设施步行空间的不合理布局，则十分容易造成设施利用效率的降低和疏散安全性的减少。同时，也会导致浪费建筑资源，增加经济成本。为提高步行设施内行人步行效率、步行设施承载能力，缩短移动距离和行人疏散时间，缓解行人流的拥堵、避免发生踩踏事件的发生，在积极对大型步行设施内行人流实施组织、管理、控制和诱导的同时，还需要从设施建设阶段来分析步行设施的空间特征及如何形成合理的空间布局，从而为行人流向运动的组织与管理、引导标识的设置等工作提供合理的理论基础。因此，大型行人步行设施空间疏散特征研宄是建筑设施消防、交通综合枢纽设计等领域研宄旳重要内容。其次，对行人疏散行为进行研宄，掌握行人疏散过程中进行安全出口选择时的行为特点，也是对解决行人疏散问题的重要部分。行人疏散特征与行人流自身的宏微观特征有关，在不同场景下，行人在疏散过程中表现有不同的特点。当步行空间具有多个安全出口时，行人会产生安全出口选择行为。而由于个体差异、环境差异等因素的影响，行人在进行安全出口选择时会采取不同的策略。具有数量充足、布局合理的安全出口的步行设施对行人疏散的安全产生积极的影响。
二、研究目的和意义
研究目的
社会经济的快速发展对大型行人步行设施的疏散效果提出了新的要求，然而目前我国步行设施的空间设计及障碍布局仍存在一些问题，如步行空间设计标准缺乏科学依据，步行空间的集散效率和服务水平无法准确衡量，对行人和步行环境的关系认识不清楚等。本篇论文通过对国内外己有研究成果的借鉴，根据近年来的行人流仿真研宄成果，对步行设施的空间特征和行人安全出口选择行为进行了研宄。通过研宄该空间特征，可以了解影响行人疏散特征的外在因素，提出步行空间的疏散特征的评价指标，对疏散空间的布局合理性进行评价。通过对疏散行人流安全出口选择行为的仿真，可以研宄行人疏散时在选择安全出口的特征，掌握疏散行人流安全出口选择行为的宏观特点，为行人步行设施，如大型综合购物中心、体育场馆、交通枢纽等场所的设计提供技术依据和理论支持，从而对未来更好地设计步行空间提出建议，并有助于解决步行设施的安全疏散问题。
研究意义
影响行人进行安全有效疏散的因素，主要有疏散空间特点和疏散行人流特点两部分原因。疏散行人流在宏观条件下和微观条件下所表现出来特征有所不同。与此同时，步行设施自身的空间特征与设计也会对行人疏散的效果产生较大的影响。因此，为了保障行人的步行行为能够安全、舒适、高效地进行，研究行人步行设施的空间特征、设施内步行人流特征、安全高效的疏散行人流安全出口选择、及上述研究对象之间的相互关系，对于提高行人交通的安全性、减少各类採踏事故的发生、使行人更为安全便利地出行具有非常重要的理论与现实意义。本文正是式基于上述背景，对疏散设施空间的疏散特征及网络化方法进行了分析并提出疏散空间特征评价标准，并通过对设施内疏散行人流的安全出口选择行为进行仿真研究对行人流选择安全出口时的行为特点进行了研宄与探讨。步行设施空间特征分析与评价的研究仍有待进一步深入。行人密集聚集的场所通常是居民生活的必不可少的场所。分析步行设施的空间特征有助于对步行设施的合理性、安全性和便捷性进行深层次的理解，同时也为设计布局合理、安全高效的行人步行设施提供理论依据。建立步行设施空间特征指标评价体系，既有助于对现有步行设施的疏散特征进行评价，也有助于对未来的步行设施的空间设 ；计提供参考。通过基于元胞自动机对行人安全出口选择行为进行仿真，可对行人在多安全出口情况下的不同的出口选择策略所造成的拥堵情况和相关影响进行分析，并对下一步进行疏散路径选择的研宄提供技术依据和理论基础。步行设施空间特征分析与评价和行人安全出口选择行为对分析研宄行人的安全疏散问题、提高行人交通的安全性、减少各类採踏事故的发生具有重要的理论和现实意义。
三、本文研究涉及的主要理论
元胞自动机基本理论与思想的创始人是著名美籍匈裔数学家、同时也是计算机科学家冯?诺依曼。大型并行计算机的首个适用模型即是基于其元胞自动机的思想建立的。元胞自动机自被提出以来，在军事技术方面、社会经济发展方面、和科技创新方面等各个领域都有着广泛而深刻的应用。在交通科学领域，元胞自动机的理论提供了可供借鉴的思想和方法，并被在多个层面广泛应用。元胞自动机是一个离散化动力学模型。在交通系统中，行人、驾驶员、机动车辆、道路条件等元素及其相互之间的影响与联系常被看作是系统内部的粒子，交通系统则是一个由多粒子组成的复杂系统。对于城市交通网络来说，由于交通元素本质上是离散的，因此元胞自动机作为一个完全离散化的模型，被用来进行交通问题的研宄，具有独特的优越性。
在用仿真手段研究行人流的特征与特点时，基于元胞自动机的思想而提出的方法技术在研宄疏散行人流、对向移动行人流、和交叉口处的行人流等方面应用较为广泛。元胞自动机的本质是一种数学模型，这个数学模型需要基于一定的理论假设，即是一种理想化的状态。元胞自动机的本质是定义在一个具有离散且有有限个状态的元胞空间上、并按照一定的局部移动规则和演化规则、在离散的时间轴上进行更新演化的动力学系统[1]，其中，这些元胞空间由若干个预先被定义好状态的元胞组成。元胞自动机通过对某一特定系统中基本单元个体的微观行为特征的模拟，及对基本单元个体间的相互影响规则的指定，来实现这一特定系统整体在宏观层面的研宄和模拟[2]。基于元胞自动机的基本理论，系统内空间被网格划分为若干个子单元，其中网格的划分和制定也由预先设定好的规则而决定。这些规则网格中的每一个单元都被称作元胞，且这些元胞仅能在有限的离散状态集合内进行取值。所有元胞都遵循相同的作用规则，依据事先制定好的局部规则进行更新。数量众多的元胞按照所制定的特定演化更新规则，并通过元胞间相互作用来形成这一动态系统的更新与演化。与一般物理动力学模型有所区别的是，元胞自动机这一理论和模型的规定并不是定义严格的物理函数或方程，而是由一系列人为按照特定目的来制定的演化规则所构成[3]。
从元胞自动机的构成和运行规则这一角度分析，元胞自动机模型通常具备以下特征[5][6]:同质性、齐性，即一个元胞系统内的所有元胞均遵循同一演化规则，空间内每个元胞和每个子元胞群都统一服从相同的规律，按照预先设定的同一演化更新规则而更新；空间离散，即元胞所分布的元胞空间是离散的；时间离散，即演化所用的时间步长是相等的时间间隔；状态离散有限，即元胞自动机模型的状态参量仅能取有限个离散值；同步计算，即元胞自动机模型的处理为同步进行，便于并行运算；时空局域性，每一元胞在下一个时间步长的状态要由其领域内元胞在此时间步长内的状态决定；维数高，元胞自动机所基于的欧几里得空间可以无穷维的发散和拓展，元胞自动机本身也得以借此成为无穷维的动力系统。
四、本文研究的主要内容及研究框架
（一）本文研究的主要内容
首先，本文在对国内外相关研究进行回顾的基础上，基于元胞自动机的理论基础，通过建立疏散瓶颈等相关概念，对大型步行设施疏散空间进行了空间网络化划分，并在网络化的基础上，对步行设施空间特征进行了研宄，并提出了相关评价指标。其次，本文基于元胞自动机的理论基础，对行人疏散时的安全出口选择行为进行了仿真，并通过仿真结果，对行人出口选择时釆取的不同策略及其不同影响进行了评价与分析，并在分析出口选择行为的基础上，为未来进行路径选择行为的研宄提供了研究方向和理论基础。本文内容可分为六个章节。其中，第一章为绪论，第二章为本文所涉及研究内容的相关基础理论和研究前沿的国内外文献综述，第三章对步行设施的空间特征和空间网络化的方法进行了研究，并提出了相应的空间特征评价指标，第四章主要通过仿真手段对行人在多出口疏散空间的安全出口选择行为进行了仿真研究，第五章基于上述分析结论，把美国德克萨斯州达拉斯市的北园综合商业体作为大型步行设施案例进行了案例分析，第六章为研宄结论与展望。论文主要研究内容安排如下：第一章：绪论。本章节提出我国当前在大型行人步行设施空间特征分析和行人流特征分析等方面研究的现状，明确了本次研究的研宄方向，并阐述了本文的研究背景、研究目的及理论和应用意义。同时，对所涉及的相关研究方法也进行了概括。第二章：相关理论基础和文献综述。本章总结了当前在元胞自动机基础理论与仿真模型方面、步行设施空间网络化、设施内行人流特征、网络路径与流量分配方法等方面的国内外相关文献。第三章：行人步行设施空间特征分析。首先，本章对步行设施的空间特征进行了分析；其次，本章节通过建立疏散瓶颈等概念，提出了将步行空间进行网络化的相关方法和构建过程；最后，提出了一系列对空间特征进行描述和评价的指标。第四章：疏散行人安全出口选择策略分析。本章在分析了行人流在疏散空间流向的基础上，用仿真的手段对行人的出口选择行为进行了仿真研宄，并对仿真结果进行了分析。同时，提出了当步行设施为多层次多安全出口时的下一步研究方向。第五章：算例。本章在基于上述研究结果的基础上，以美国德克萨斯州达拉斯市的North Park商业综合体这一大型步行设施作为案例，对其空间疏散特征进行分析研宄。第六章：结论与展望。本章对全文的研宄成果进行总结，并对创新点和不足之处作了阐述与说明。对于有待进一步研宄的问题，本章对其进行了简要概括，并提出了未来研究方向的展望。
（二）本文研究框架
本文研究框架可简单表示为：（略）
五、写作提纲
致谢
摘要
ABSTRACT
目录
图目录
LIST OF FIGURES
表目录
LIST OF TABLES
1. 绪论 1
1.1 依托项目
1.2 研究背景
1.3 研究目的和意义
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究意义
1.4 研究内容与方法
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法
2. 基础理论与国内外研究现状
2.1 元胞自动机
2.1.1 元胞自动机的定义
2.1.2 元胞自动机的构成
2.1.3 元胞自动机的特征
2.2 行人交通流特征
2.2.1 行人流宏观交通特征
2.2.2 行人流微观交通特征
2.3 步行设施空间网络化
2.3.1 网络的组成与特性
2.3.2 树的组成与特性
2.4 网络路径与流量分配方法
2.4.1 行人网络流量
2.4.2 行人流交通分配
2.5 国内外研究现状
2.5.1 设施内行人流组织
2.5.2 元胞自动机的行人流仿真
3. 行人步行设施空间特征研究
3.1 步行设施空间
3.2 设施步行空间网络化
3.2.1 步行空间瓶颈
3.2.2 步行移动网络
3.2.3 移动网络的构建
3.3 步行设施空间特征指标
3.3.1 步行设施空间疏散特征
3.3.2 步行设施空间通过特征
4. 疏散行人流安全出口选择策略研究
4.1 行人流在步行设施中的疏散
4.1.1 设施空间布局对行人流移动影响
4.1.2 行人空间布局对行人流移动影响
4.1.3 多安全出口的行人选择行为
4.2 行人流多安全出口选择仿真
4.2.1 仿真模型基本规则
4.2.2 安全出口选择规则
4.2.3 最短估计距离计算
4.2.4 仿真模型演化规则
4.3 仿真结果分析
4.3.1 安全出口布局
4.3.2 安全出口选择分析
4.4 步行设施内疏散路径选择
5.步行设施空间疏散特征算例
5.1 NORTH PARK概况
5.2 疏散空间网络化
5.3 疏散空间行人路径分析
5.4 疏散空间特征指标计算
5.5 算例分析
6. 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
六、本文研究进展(略)
七、目前已经阅读的主要文献
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