疏散模拟软件STEPS与Pathfinder对比研究
pathfinder软件的使用
The Behavior tab allows you to set options for Pathfinder's two primary simulation modes
Simulation modes
SFPE： SFPF模式使用了火灾防护设计手册中的SFPE概念，模式中
行人不会相互影响，即互不避让并可互相穿透。人员的行走速率由每 个房间的人群密度决定，通过出口的人流量则由出口宽度决定，以流 量为基础的选择意味着人员会自动转移到最近的出口。
STEERING： Steering模式使用路径规划、指导机制和碰撞处理相
most basic level, they are simply groups in which rooms, doors, stairs,
ramps, and exits .
You can define it’s property after choosing a floor
Importing Files
You can define Room properties in this panel
Pathfinder is built on the idea of creating floor space on which occupants can walk.
Floors are the primary method of organization in Pathfinder. At their
2D View: This view is very similar to the 3D View, but it provides an additional snapping grid and an top view of the model. You can draw some stand room geometry easily in this view with the help of those grids.
基于Pathfinder的某综合楼疏散模拟研究
基于Pathfinder的某综合楼疏散模拟研究作者：张兆金张永旭来源：《消防界》2023年第21期作者简介：张兆金（1994- ），男，汉族，甘肃陇西人，本科，助理工程师，研究方向：安全管理、工程建设。
摘要：为了提高办公楼等人员聚集场所的人员快速疏散能力，防止发生拥堵踩踏等安全问题。
利用Pathfinder软件对某综合办公楼进行疏散模拟研究，根据楼内人员分布情况，研究不同楼层不同比例楼梯和电梯混合疏散的疏散时间，分析疏散过程中容易产生拥堵、踩踏等事故的情况。
研究结果显示，采用楼梯和电梯混合疏散模式可以缩短疏散时间。
某综合楼疏散容易产生拥堵的区域为一楼电梯厅与楼梯交汇处；主出入口疏散效率不高，在疏散过程中应设置疏散引导员，为综合办公楼日常管理和疏散安全管理提供借鉴。
关键词：疏散模拟；Pathfinder软件；安全管理引言商场、办公楼等大型场所人员聚集度高，潜在危险隐患较多，遇到突发状况时人员疏散难度大，在拥挤环境下极易引发踩踏事件。
踩踏、拥挤等二次事故在一定程度上提高了突发事件的影响程度。
[1]研究人员疏散的行为规律，对避免踩踏伤亡事故有着重要作用[2]。
高效组织疏散是减少突发情况下人员伤亡的重要保障[3，4]，人员疏散过程中会受到较多因素的影响，传统的实验研究方法耗资巨大、周期长，难以取得有价值的成果[5]。
使用计算机仿真软件模拟人员疏散过程，可以得到大量数据，具有直观、可重复使用等特点[6]，可以实时观察人员疏散情况，设置不同条件，减少疏散时间，计算机模拟仿真逐渐成为疏散研究的重要手段[7]。
通过对比常用疏散模拟软件的特点和适用范围，本文选择Pathfinder软件对某综合楼人员疏散进行模拟研究。
已有很多学者针对人员疏散模拟进行研究。
汤煜[8]等利用Pathfinder软件模拟研究了商场建筑防火疏散，提出疏散优化方案。
肖木峰[9]等利用Pathfinder软件模拟研究了装配式建筑施工安全应急疏散，优化了场地内部障碍物布局。
基于Pathfinder的高层建筑应急疏散仿真研究
基于Pathfinder的高层建筑应急疏散仿真研究方潇宇;杨祯山【摘要】The issue of emergency evacuation in high-rise buildings is a major concern of public safety. E-vacuation simulation is an important way to research evacuation behaviors. As per Marchant's theory on evacua-tion and escape and combined the practical case, Pathfinder software is employed to simulate the behavior of pe-destrians′evacuations, to conduct the holistic study of the personnel evacuation in high-rise office buildings. Starting up with the process and steps of modeling, the evacuation mode selection, preferences and the time order analyzing, the simulation of evacuations from rooms, floors and the whole building are conducted respectively, and based on which recommendations to the design of evacuation in high-rise buildings are suggested.%高层建筑应急疏散问题是公共安全的重要组成部分，疏散仿真是研究应急疏散问题的重要手段。
疏散、排烟及火灾风险模拟软件
目前国际上较为流行的常用疏散摹拟软件一览表目前国内性能化防火设计项目中采用较多的疏散模型工具有 SIMULEX 、STEPS 、 BuildingEXODUS ，以及日本避难安全检证法提供的水力模型等，下面简要对其进行介绍。
SIMULEX 软件是由苏格兰集成环境解决有限公司 (Integrated Environmental Solu-tions Ltd ) 的 Peter Thompson 博士开辟，用来摹拟大量人员在多层建造物中的疏散。
可以运行于任何32 位微软操作系统的基于 intel 的 PC (win95/98/ME/2000)，采用 C++语言编制。
STEPS (Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movements ，瞬态疏散和步行 者挪移摹拟)是一个三维疏散软件，由 Mott MacDonald 设计。
办公区、体育场馆、购物中 心和地铁车站都是可以作为事例的地方， 这些地方要求确保在正常情况下的简单运输， 而在应用特征合用于单一出口的多层建造物， 可应用于调查建造 物避难上的相对复杂性问题用来摹拟大量人员的挪移(上限至 700 人)的摹拟， 人员由区域挪移至最近出口的方法是应用最短路径 演算法摹拟大量旅客挪移(上限至30000 人)的摹拟，以 用来设计航站大厦内的旅客容量与流量针对住宅避难者设计， 摹拟人在火灾中所做的决定 和不连续行动的状态以不连续性事件来摹拟高层建造物火灾的避难模 式，可摹拟大量人员情况，仍考虑人的行为特征 摹拟行动的结果成功与否， 检验完成行动所需的时 间用库仑定律的磁场来代表避难空间， 个体人依据磁 场强弱来选择出口和逃生路径看重个体空间、碰撞角度及避难时间等生理行为，同时考虑个人在其他避难者、 环境影响下的心理反应利用图解的界面工具， 来摹拟避难时认知过程的一 种随机模式可在个人电脑或者工作站系统中运行， 用来摹拟大型 空间内大量人员避难的软件。
基于Pathfinder的考虑不同出口位置的舰船舱室疏散问题
基于Pathfinder的考虑不同出口位置的舰船舱室疏散问题黄丹妍;卢兆明;黄玉彪;郑源;杨立中【摘要】The process of evacuation in a living area of the ship was studied to reveal the charactenshcs ot pedestrian evacuation,optimize exit position in the interior cabin and find out the optimal setting of exit under the existing cabin layout condition.Results showed that it is easily to form congestions when people in evacuations,and per capita congestion time occupied 29.41％of the per capita evacuation time,the congestion locations are in the middle of the corridor and the confluence area.After optimization,the evacuation efficiency could be improved by 6.82％,and the optimization efficiency of the leftward arrangement was better than the other two conditions.So it is suggested that the exits of the living area in the ship should be arranged leftward.%通过模拟某舰船生活区舱室人员的疏散过程,得出其疏散规律,并对舱室内部房间出口进行优化,得出最优的出口设置.结果表明:人员在该舱室内进行疏散时,易产生拥堵,人均拥堵时间占人均疏散时间的29.41％,拥堵的位置位于走廊的中部与各汇流区域;优化后,疏散效率最高能提高6.82％,且出口靠左布置的效果明显优于其他2种布置条件,建议采用出口的靠左布置.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】5页(P113-117)【关键词】Pathfinder;疏散;出口位置;舰船【作者】黄丹妍;卢兆明;黄玉彪;郑源;杨立中【作者单位】中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026;香港城市大学建筑与土木工程系,香港999077;香港城市大学建筑与土木工程系,香港999077;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026【正文语种】中文【中图分类】U662随着世界经济的迅速发展，现代船舶的发展也趋于大型化、复杂化以及智能化。
基于FDS与Pathfinder的学生食堂火灾与人员疏散研究-精品文档
基于FDS与Pathfinder 的学生食堂火灾与人员疏散研究i=r近年来，高校学生食堂火灾时有发生，但一直都没有引起社会的足够重视，其中的原因可能是因为大多数火灾发生之后处理及时，并没有造成人员伤亡的发生。
但因为食堂是人流量极大的区域，发生火灾后动则上千人的大疏散，这样不仅严重影响了学校师生的生活秩序、造成了较大的经济损失，而且容易引起学生恐慌，万一处理不及时且人员疏散工作不到位，则易发生踩踏等事故，最终的损失不可估量。
基于此，笔者认为对学生食堂火灾及人员疏散进行研究是很有必要的。
目前，国内外用得较为广泛的火灾和人员逃生模拟软件是FDS(Fire Dynamics Simulator )和Pathfinder，例如，徐艳秋等［1］利用FDS软件研究火场下的人员疏散模型，分析了不同的人员特点对疏散效率的影响。
乐增等［2］利用FDS与Pathfinder对学生宿舍火灾与人员疏散进行了数值模拟，分析了宿舍发生火灾时烟气运动、温度的分布和能见度的变化规律，对现场消防工作具有一定的指导作用。
根据笔者在知网上查询的文献显示，在学校火灾研究中，主要是针对学生宿舍，图书馆等区域的研究，而对学生食堂火灾的研究还鲜有文章提及。
所以，笔者在查阅相关标准与文献的基础上，结合火灾模拟软件FDS和人员逃生软件Pathfinder，建立学生食堂数值模拟模型，并对相关参数进行分析，以期为高校学生食堂的消防防火管理方案提供理论参考。
1FDS 与Pathfinder 简介FDS( Fire Dynamics Simulator )是由美国国家标准技术局开发的火灾动力学模拟工具，是计算流体力学的一种模型，模拟火的能量驱动流体流动。
该软件把设定空间分成多个小的三维矩形控制体或计算单元，计算每个单元内气体密度，速度，温度，压力和组分浓度用质量守恒、动量守恒和能量守恒的偏微分方程来近似有限差分，通过对同一网格使用有限体积技术来计算热辐射、流体流动中存在湍流现象，追踪预测火灾气体的产生和移动，并结合家具、墙壁、地板和顶棚的材料特性来计算火灾的增长和蔓延。
基于Pathfinder的地铁区间火灾人员疏散仿真研究
地铁火灾分为站台火灾、站厅火灾、区间隧道火灾。
地铁系统与外界的联系主要为出口和入口，在发生火灾时人员逃生区域受限制，特别是在高峰期人员密集时,相比于其他两种火灾，地铁区间隧道火灾具有更大的危害性。
区间隧道火灾的特点是热且烟危害严重；人员逃生条件差；消防救援难度大[1]。
列车在地铁区间隧道内发生火灾时，《地铁设计规范》(GB 50157-2013)规定的疏散原则是乘务人员尽量将列车驶出隧道并进入前方车站，此时的通风模式应为站台火灾模式；当列车不能驶入前方车站而停靠在区间隧道内，此时通风模式为区间隧道火灾模式。
目前对于区间隧道火灾模式，通常方案是，区间隧道两端的风机同时启动，靠近火灾一端站台排烟，另一端送新风，使人员迎着新风安全逃生[2]。
规范未针对联络通道做具体规定，但联络通道可对区间隧道火灾消防起到重要作用。
鉴于此，国内外学者对设有联络通道的地铁隧道进行了相关研究。
当前的研究方法主要有计算机数值模拟、实测实验研究、模型试验研究[3]。
由于实测实验研究的成本费用高，模型试验研究不精确，使计算机数值模拟方法的优势逐渐显现并应用。
广州大学的郑志敏、赵相相等研究了列车中部着火且停靠在隧道中部时的通风模式，通过模拟发现，采用着火隧道两端送风，利用区间隧道间联络通道向另一条未着火隧道排烟的通风模式可以使人员安全逃生[4]。
西安建筑科技大学的李岳进行了地铁区间隧道火灾小尺寸模型实验设计和数值模拟，对两种结果进行①基金项目：辽宁省科技计划项目(项目编号：2012231004)。
作者简介：董四辉(1977—)，男，汉，安徽桐城人，博士，副教授，研究方向：灾害预防及控制技术研究。
张昊(1991—)，男，汉，山东东营人，硕士研究生，研究方向：道路与轨道运输安全管理。
DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.01.019基于Pathfinder的地铁区间火灾人员疏散仿真研究①张昊 董四辉（大连交通大学土木与安全工程学院 辽宁大连 116028）摘 要：为了有效解决地铁发生区间隧道火灾时人员逃生距离较长且危险性较大的问题，对于设有联络通道的隧道，可研究人员在区间隧道发生火灾时利用其逃生的安全性。
基于Pathfinder的铁路客运站疏散能力研究
基于Pathfinder的铁路客运站疏散能力研究
王鑫
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2016(000)012
【摘要】大型铁路客运站具有建筑规模宏大、功能复杂、人员密集等特点，如果发生火灾，人员疏散难度很大，将会造成大量的人员伤亡和财产损失。
所以研究大型铁路客运站的疏散能力对保证人员的生命安全起到了至关重要的作用。
文章根据疏散能力的定义，分析了影响客运站疏散能力的主要因素，利用Pathfinder疏散仿真软件构建了成都火车北站1层和2层候车区模型，通过设定模拟条件，进行模拟运算得出车站候车厅在各个时间段的人员疏散数量，最后确定了整个车站的人员疏散能力，并且根据疏散能力和允许疏散时间，推导出了成都火车北站1层2层候车区的最大允许容纳的人员数量。
【总页数】2页(P17-18)
【作者】王鑫
【作者单位】西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都 610031
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于Pathfinder高校宿舍人员疏散模拟研究
2.基于Pathfinder的中小型体育馆人群疏散仿真研究
3.基于Pyrosim和Pathfinder的高速公路隧道火灾人员疏散研究
4.基于FDS和Pathfinder高校宿舍楼安全疏散仿真研究
5.基于Revit和Pathfinder的地铁车站安全疏散模拟研究
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疏散模拟软件STEPS与Pathfinder对比研究杜长宝1,2,3，朱国庆1,2,3，李俊毅1,2,3（1. 中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116；2. 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏徐州221116；3. 中国矿业大学消防工程研究所，江苏徐州221116）摘要：为了解两款疏散模拟软件STEPS与Pathfinder的功能差异及适用范围，本文采用理论研究与实际模拟相结合的方法进行对比分析。
研究发现：STEPS软件采用元胞自动机（CA）模型，疏散规则简单，人员智能化程度低，疏散时人员行为特征与现实情况不完全相符，但路径决策系统很好地解决了上述问题，可以很真实地模拟常态下人员疏散；Pathfinder软件采用Agent-base模型，人员智能化程度高，个体可以回应环境刺激，人员可以轻松规避障碍物，人群中的个体行为特征丰富且与现实情况十分相符，但在出口选择上存在缺陷，只能选择前方的出口而忽略后方的出口，不能模拟常态下人员疏散。
分析得出Pathfinder模拟结果与真实情况相符程度更高，STEPS更适合模拟常态下人员疏散。
关键词：疏散；STEPS；元胞自动机；Pathfinder；Agent-baseComparative Study on Evacuation Simulation Software STEPS and PathfinderDU Chang-bao1,2,3, ZHU Guo-qing1,2,3,LI Jun-yi1,2,3(1 School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221116, China2 Ministry of Education Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines, Xuzhou Jiangsu 221116, China3 Fire Research Institute, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221116, China）Abstract: To know the different of two evacuation simulation software STEPS and Pathfinder in function and scope, this paper uses the analysis method of combining the theoretical research and practical simulation. Found that STEPS theory model is cellular automata (CA), its evacuation rules is simple and intelligence degree is low, the evacuation behavior is not completely consistent with reality, but path decision system solved the problems. In addition, STEPS can simulate the normal population. Pathfinder has a high intelligence degree, its individual can respond to environmental stimuli and also can easily avoid obstacles. Besides, the individual also has a rich attribute that strictly conform to the reality. But it has some flaws in door choice system, individuals can only choose the front direction ignoring the back, and can't simulate the normal evacuation. Finally, concluded that the intelligence degree of Pathfinder is high and its simulation results match the real better, STEPS is more suitable for simulating normal evacuation. Keywords: Evacuation, STEPS, Cellular Automata, Pathfinder, Agent-base1引言以往人员疏散的研究主要集中在对火灾现场的观察分析，对幸存者的访谈记录，对统计数据的拟合整理。
近年来随着计算机技术的飞速发展，人们对火灾中人员逃生行为的研究，逐渐由人工数据分析转变为计算机仿真模拟分析。
根据原理的不同，目前国内外已经提出了多种疏散仿真模型，主要分为离散模型和连续模型两大类。
离散模型能很好研究人员的逃生时间和路线选择问题，连续模型重点研究了人的心理对逃生过程的影响[1-6]。
本文选取基于基金项目：江苏省自然科学基金（BK20131117）；江苏高校优势学科建设工程（PAPD）。
离散模型（元胞自动机）的疏散软件STEPS 和基于连续模型（Agent-base ）的疏散软件Pathfinder 进行对比分析，研究人员疏散时的运动规律，给出疏散软件使用的不同场景，为从业者提供选择软件的依据。
2疏散模型的分类研究疏散模型是研究人员疏散的基础。
依据模型中对人描述详细程度的不同，将模型分为运动模型、部分行为模型和行为模型。
依据对物理平面模化方法的不同，将模型分为离散模型和连续模型[7]。
依据对人员特征表示方法的不同，将模型分为个体分析模型和群体分析模型[8]。
目前国内外学者对疏散模型的研究主要集中在离散模型和连续性模型，如元胞自动机模型（离散模型）、Agent-base 模型（连续性模型）。
2.1元胞自动机模型元胞自动机（Cellular Automata ，简称CA ）是定义在一个具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，并按照一定的局部规则，在离散的时间维度上演化的动力学系统。
该模型最早由冯诺依曼提出[9]。
CA 模型主要由元胞状态集、邻域和局部映射函数构成。
元胞自动机模型将平面均匀地划分为一个个独立的矩形网格，每个网格视为平面的基本单位，被称为元胞。
每个元胞只有两个元素{0，1}，被称为元胞的状态集，每个元胞都有对应的积分值如图1所示。
CA 模型的邻域通常分为两种，von Neumann 模型和Moore 模型，如图2所示。
元胞的所有状态同步更新，更新规则如公式（1）所示。
()112f :s ,,,...,t t t t t i i i i i n f s s s s ++++= (1) t i s 为邻域元胞在t 时刻的状态，f 为映射规则。
图1 网格积分 von Neumann 邻域Moore 邻域 图2 元胞邻域 2.2 Agent-base 模型目前，关于Agent 的定义有许多种，国外学者Wooldridge 给出的弱定义被广泛的接受，即：Agent 是具有主动性、自治性、社会性和反应性的计算机系统[10]。
Agent-based 便是基于Agent 概念建立的一种模型。
Agent-based 模型利用Agent 表示系统中的个体，并利用Agent 的不同属性及其之间的交互关系，来描述系统的行为。
结合简单的行为规则和Agent 之间的交互关系，复杂系统便呈现出了群体的智能性。
系统中的个体不但能够在环境中生存，而且具有自适应性，能够很好地适应环境并优化它们的行为。
Agent-based 模型中个体行为由Agent 间两两相互作用来决定，在大规模人群疏散过程中与真实情况符合程度不太理想[10]。
3疏散软件介绍目前，国内外已提出50多种疏散仿真软件[7]。
根据对物理空间模化方式的不同，将软件分为三类。
精细网格模型，如CRISP 、EV ACNET 、EXIT89等[11] ；粗糙网格模型，如Building EXODUS 、STEPS 、SIMULEX 等[12] ；连续模型，如Legion 、Pathfinder 、MOMAD 等[13]。
本文选取STEPS 和Pathfinder 两款疏散软件进行对比研究。
3.1基于离散模型的STEPS 软件STEPS 是基于经典元胞自动机理论的大型三维疏散模拟软件[14]。
由英国Mott MacDonald 公司设计编写，目前广泛应用于地铁、飞机场、办公楼、大型购物中心等场所的人员疏散模拟。
STEPS 人员疏散过程主要包括以下五个方面：绘制建筑几何模型，设定人员参数，将平面网格化，计算网格积分，人员路径选择决策。
其中，平面网格化和计算网格积分在本文2.1中已有论述，在此不再赘述，本节重点介绍STEPS 中人员如何进行路径决策。
STEPS 提供了丰富的建模工具，如Shapes , Planes , Exits , Stairs , Lifts , Blockage , Location 等。
由于STEPS 可以模拟地铁的人员疏散，因此还提供了vehicles 工具。
软件中对人员几何特征的描述有身高、肩宽和胸厚。
软件提供了8种不同特征的人员类型，如乘坐轮椅、携带手提包、携带拉杆箱等。
软件提供了两种定义人员步行速度的方法，一是由用户设定，二是随机正态分布。
STEPS 中给出了一套复杂的行人路径决策过程，包括以下步骤：1) 计算直接到达出口的时间walk T 和在出口处的排队时间queue T walk D T v= (2) queue N T F = (3)式中，D 为积分潜力表中到达出口的最短路径的距离；v 为人员行走速度，由用户设定；N 为在当前用户之前到达出口的人数；F 为出口人流量，由用户设定。
2) 计算步行调整时间ad walk T -和排队调整时间ad queue T - 2ad walk D T v-= (4) 2ad queue N T F -= (5)式中，D 2为队尾距出口的距离，由紧挨着当前用户前面一个人员的潜力积分表得到；v 为人员行走速度，由用户设定；N 2为当前用户到达队尾时已经离开出口的人数；F 为出口人流量，由用户设定。