CHƢƠN 3 PHƢƠN PHÁP NHIÊN CỨU
3.2. Mơ phỏng thốt hiểm trong Netlogo
3.2.1 Sơ đồ thuật toán
Phải lập các sơ đồ thuật tốn có liên quan tới việc tính tốn, thiết lập mơ phỏng để thuận tiện cho việc viết chƣơng trình mơ phỏng.Thuật tốn mơ phỏng đƣợc viết theo dạng sơ đồ, gồm các dữ liệu bắt đầu và kết thúc của thuật tốn, các hàm tính tốn, hàm điều kiện của từng chƣơng trình và các vịng lặp để chƣơng trình thực hiện đúng. Để đảm bảo tính đúng của thuật tốn đƣa ra cần xác định các vấn đề cần nghiên cứu.
49
Hình 3.10: Sơ đồ thuật tốn lý thuyết của mơ hình mơ phỏng
Đánh giá hiệu quả của các phƣơng án thốt hiểm trong cơng trình dân dụng và cơng nghiệp thơng qua các thơng số thời gian thốt hiểm hiệu quả, phƣơng án thoát hiểm tối ƣu, cách thức thoát hiểm nhƣ sau:
Xác định vấn đề nghiên cứu:
Đánh giá hiệu quả của các phƣơng án thốt hiểm trong cơng trình dân dụng và công nghiệp
Tham khảo các nghiên cứu trƣớc: internet, thƣ viện, …
Xây dựng mơ hình mơ phỏng Tham khảo M P thực tế
Thay đổi số ngƣời tham gia
Thay đổi các phƣơng án kích thƣớc cửa
Kiểm tra thời gian di chuyển
50
Tham khảo các nghiên cứu trƣớc: internet, thƣ viện: tài liệu tham khảo phục vụ cho q trình nghiên cứu thơng thƣờng từ nguồn internet, sách báo, thƣ viện, và các nghiên cứu có liên quan.
Tham khảo M P thực tế: tham khảo các mơ hình, kích thƣớc hình học của phịng học, cửa thốt hiểm, kích thƣớc hành lang hay cầu thang…
Xây dựng mơ hình mơ phỏng: Từ các kích thƣớc hình học thực tế ta phân tích phần tử của cơng trình thật, mơ hình các dãy tƣờng, cửa thoát, cầu thang… theo trục X, Y.
Thay đổi số ngƣời tham gia: mỗi một lần thực nghiệm tác giả thay đổi số ngƣời tham gia, để đánh giá về ảnh hƣởng của mật độ đến tốc độ thoát hiểm của nhóm đối tƣợng.
Thay đổi các phƣơng án kích thƣớc cửa: thay đổi các phƣơng án kích thƣớc cửa để đánh giá mức độ ùn tắc khi thay đổi phƣơng án cửa.
Kiểm tra thời gian di chuyển: thời gian di chuyển đƣợc tính từ khi đối tƣợng bắt đầu phản ứng với sự cố cho đến khi di chuyển ra khỏi cơng trình. Đƣa ra các phƣơng án thoát hiểm tối ƣu nhƣ: tăng kích thƣớc cửa, hành
lang hay lối đi chung trong phòng để giảm đƣợc mức độ ùn tắc cũng nhƣ tăng tốc độ cho dịng chảy thốt hiểm.
51
3.2.2 Để mơ phỏng phát triển mơ hình trong Netlogo tác giả xây dựng cụ thể nhƣ sau:
Hình 3.11: Sơ đồ phát triển mơ hình trong Netlogo
Xây dựng M P trong Netlogo: Từ kết quả phân tích phần tử của cơng trình thật, mơ hình các dãy tƣờng, cửa thoát, cầu thang… theo trục X, Y
Xây dựng số ngƣời tham gia: Xây dựng số ngƣời tham gia hoạt động trong cơng trình, vị trí hoạt động trong cơng trình
Xây dựng hƣớng thốt hiểm: hƣớng di chuyển quy định trong Netlogo. 3.2.3 Xác định hƣớng di chuyển
iả sử ngƣời ở vị trí tọa độ ( ;x yb b)trong hệ tọa độ (x;y) và tại vị trí góc tọa độ (0;0) là hƣớng cửa thoát
Xây dựng số ngƣời tham gia Xây dựng hƣớng thoát
hiểm
Xây phƣơng án thoát hiểm
Thay đổi một số phƣơng án
Phân tích thời gian và số ngƣời còn lại
Chọn phƣơng án tối ƣu
Xây dựng map trong Netlogo
52
Hình 3.12: Mặt định miền để lập trình hƣớng đi trong Netlogo
Trong Netlogo hƣớng đi đƣợc quy cụ thể nhƣ sau: hƣớng 0
0 là hƣớng bắc, hƣớng 0 180 là hƣớng nam, 0 90 là hƣớng đơng, cịn 0 270 là hƣớng tây.
Hình 3.13: Mặt định hƣớng đi chung trong Netlogo
ựa vào hƣớng đi mặt định đó ta xét ba trƣờng hợp quy định hƣớng đi trong một cái phịng mà vị trí cửa có tọa độ (0;0)
Trƣờng hợp ngƣời thoát ở bên miền : Yb
tan b b y ar x 90 ọi α = heading
53 90 tan b b y heading ar x 90 (90 ) 180 heading
Hình 3.14: Hƣớng đi trong Netlogo trƣờng hợp ngƣời ở miển
iả sử ngƣời ở vị trí tọa độ ( ;x ya a)trong hệ tọa độ (x;y) và tại vị trí góc tọa độ (0;0) là hƣớng cửa thốt
Trƣờng hợp ngƣời thoát ở bên miền : Ya tan a a x ar y 90 ọi α = heading
Trong đó: heading là hƣớng thốt mà ngƣời đó nhận thức đƣợc
90 (90 )
54
Hình 3.15: Hƣớng đi trong Netlogo trƣờng hợp ngƣời ở miển
iả sử ngƣời ở vị trí tọa độ ( ;x ya a)trong hệ tọa độ (x;y) và tại vị trí góc có tọa độ (0;0) là hƣớng cửa thoát
Trƣờng hợp ngƣời thốt ở tọa độ y = 0 thì ngƣời chạy thẳng ra vị trí cửa
Hình 3.16: Hƣớng đi trong Netlogo trƣờng hợp ngƣời ở vị trí tọa độ y = 0
Xây dựng phƣơng án thoát hiểm căn cứ trên cơng trình nghiên cứu thực tế xây dựng hƣớng thốt theo các tiêu chí sau:
Khơng tìm thấy hƣớng thốt do khơng nhận tín hiệu chỉ dẫn hay trong cơng trình khơng có ánh sáng do mất điện hồn tồn trƣờng hợp bố trí ngƣời ở góc.
Khơng tìm thấy hƣớng thốt do khơng nhận tín hiệu chỉ dẫn hay trong cơng trình khơng có ánh sáng do mất điện hoàn toàn trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán.
55
Tìm thấy hƣớng thốt vì nhận đƣợc tín hiệu chỉ dẫn hay trong cơng trình cịn có ánh sáng lọt vào trƣờng hợp bố trí ngƣời ở góc.
Tìm thấy hƣớng thốt vì nhận tín hiệu chỉ dẫn hay trong cơng trình cịn có ánh sáng lọt vào trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán.
Thay đổi một số phƣơng án: Thay đổi kích thƣớc cửa thốt hiểm và tính tốn lại q trình thốt hiểm cho đến khi đạt u cầu thốt ngƣời trong thời gian nhanh nhất.
Phân tích thời gian ùn tắt: Tính toán thời gian di chuyển tại điểm ùn tắt và chạy lại chƣơng trình khi thời gian ùn tắt quá thời gian thoát hiểm theo quy định hoặc nhận thấy khơng thể di chuyển đƣợc quy điểm ùn tắt vì mặt độ quá dày đặc.
Chọn phƣơng án tối ƣu: Phân tích nhiều phƣơng án thốt hiểm và chọn phƣơng án thoát hiểm cho ra thời gian nhanh nhất.
Viết mã lập trình dựa trên sơ đồ thuật toán, ta sẽ xác định đƣợc các biến cần khai báo, trong mã lập trình sẽ sử dụng các hàm, các lệnh nào, quy trình tính tốn. Ta sẽ viết mã lập trình dựa trên các sơ đồ thuật tốn, xuất kết quả mơ phỏng. Kết quả mô phỏng là điều cần thiết nhất cho việc lập chƣơng trình mơ phỏng, ta sẽ xác định các thông số mà từ lúc bắt đầu cần xác định.
Mơ phỏng ngƣời thốt hiểm trong Netlogo
Trong Netlogo ta dùng công cụ tool rồi vào turtle shapes editor chọn
person chính cơng cụ này tác giả sẻ tạo đƣợc mơ hình ngƣời để vẽ trong mơ phỏng
thể hiện nhƣ hình bên dƣới đây
Hình 3.17: Mơ hình hình ngƣời trong Netlogo
Mô phỏng cho trƣờng hợp thoát hiểm xác định đƣợc lối thốt bố trí dịng ngƣời phân tan: trong trƣờng hợp này tác giả mơ phỏng cho các con ngƣời trong mơ hình nhận thức đƣợc vị trí của lối thốt, tức là trong trƣờng hợp thực tế khi xảy ra sự cố mà cịn có ánh sáng hay có bảng chỉ dẫn thốt hiểm phản quang nên con ngƣời xác định đƣợc hƣớng thoát.
56
Hình 3.18: Hình ảnh mơ phỏng cho trƣờng hợp thốt hiểm xác định đƣợc lối thốt
bố trí dịng ngƣời phân tan.
Mô phỏng cho trƣờng hợp thốt hiểm khơng xác định đƣợc lối thốt bố trí dịng ở vị trí góc: trong trƣờng hợp này tác giả mơ phỏng cho các con ngƣời trong mơ hình chƣa nhận thức đƣợc vị trí của lối thốt, tức là trong trƣờng hợp thực tế khi xảy ra sự cố mà hồn tồn khơng có ánh sáng, mất điện hồn tồn vì vậy mọi ngƣời chạy hoản loạn khơng xác định đƣợc hƣớng thốt.
Hình 3.19: Hình ảnh mơ phỏng cho trƣờng hợp thốt hiểm khơng xác định
đƣợc lối thốt bố trí dịng ngƣời ở góc.
3.2.4 Lƣu đồ về sự tƣơng tác của dịng ngƣời thốt hiểm trong chƣơng trình mơ phỏng thuật toán mơ phỏng thuật toán
Cửa
57 3.2.4.1 Nguyên tắc thoát hiểm [8]
Nguyên tắc di chuyển trong thoát hiểm đƣợc giả thuyết có sự ảnh hƣởng của các yếu tố sau:
Đƣờng đi ngắn nhất: Đây là một yếu tố rất quan trong trong việc thoát hiểm trong cơng trình, ảnh hƣởng đến thời gian thốt hiểm, giảm thiểu rủi ro về tính mạng của ngƣời.
Hƣớng có lối thốt: Lối thốt hiểm trong cơng trình là một vấn đề đáng quan tâm, đa số cơng trình bị thiệt hại và ngƣời do sự cố ( hỏa hoạn, đánh bom…) một phần là do thiếu lối thoát hiểm hoặc là vị trí thốt hiểm bị che khuất, con ngƣời khơng thể tiếp cận trong lúc nguy kịch. Vì vậy để đảm bảo an tồn khi có sự cố xảy ra thì việc bố trí hƣớng thốt hiểm là vơ cùng quan trọng.
Hƣớng có ánh sáng: Chiếu sáng sự cố là bộ phận quan trọng trong hệ thống chiếu sáng của các công trình xây dựng. Đặc biệt trong các nhà sản xuất công nghiệp nơi tập trung đông ngƣời lao động với mật độ cao, có nhiều máy móc, thiết bị sản xuất và các nguyên, nhiên vật liệu, các sản phẩm, thành phẩm để ở nơi làm việc hạn chế lối vận chuyển, đi lại. o vậy hệ thống chiếu sáng sự cố là phƣơng tiện chỉ dẫn rất quan trọng và cần thiết khi có sự cố, mất điện, cháy nổ hoặc các rủi ro bất ngờ khác, để ngƣời lao động thoát ra khỏi vùng nguy hiểm.
58
Nguyên tắc di chuyển trong thoát hiểm
Đƣờng đi ngắn nhất Hƣớng có lối thốt Hƣớng có ánh sáng Theo hƣớng chỉ dẫn Theo hƣớng chỉ dẫn: iúp cho quá trình tìm ra lối thoát hiểm nhanh nhất (
Cầu thang bộ, thang máy…).
Cơ chế di chuyển của ngƣời thốt hiểm
Có chỉ dẫn Không chỉ dẫn
Đi đúng hƣớng Đi sai hƣớng
Thời gian thoát hiểm nhanh
Mất nhiều thời gian thoát hiểm
59
3.3. Các viển cảnh mơ phỏng
3.3.1.Thốt hiểm khơng có định hƣớng đƣợc lối thốt:
Thốt hiểm khơng có định hƣớng đƣợc lối thốt là khi xảy ra sự cố trong cơng trình khơng có hệ thống bảng chỉ dẫn và hệ thống điện bị tê liệt hoặc là do q nhiều khói nên khơng xác định đƣợc lối thoát. Trong trƣờng hợp này tác giả mô phỏng hai viễn cảnh nhƣ sau:
Thốt hiểm khơng có định hƣớng đƣợc lối thốt tình huống ngƣời ở góc: tình huống phân bố ở góc thì sẽ bất lợi hơn so với tình huống phân bố dàn trải là do quảng đƣờng di chuyển để thốt ra khỏi cơng trình là xa hơn, trong khi đó tình huống này lại không xác định đƣợc hƣớng thốt vì vậy đây là viễn cảnh tác giả cho là nguy hiểm nhất.
Hình 3.20: Viễn cảnh tập trung tại góc khơng xác định đƣợc hƣớng thốt
Hình 3.21: Mơ phỏng trƣờng hợp thốt hiểm tại vị trí góc khơng xác định
đƣợc hƣớng thốt
Thốt hiểm khơng có định hƣớng đƣợc lối thốt tình huống ngƣời phân bố phân tán: tuy là tình huống ngƣời bố trí ở góc là nguy hiểm nhất nhƣng trong tình huống phân bố phân tán vẫn rất nguy hiểm vì số ngƣời bố trí tại vị trí góc xa vẫn khá lớn. Cửa Quảng đƣờng xa Cửa Hƣớng thốt
60
Hình 3.22: Viễn cảnh ngƣời bố trí phân tán khơng xác định đƣợc hƣớng thốt
Hình 3.23: Mơ phỏng trƣờng hợp thốt hiểm tại bố trí phận tán khơng xác
định đƣợc hƣớng thốt 3.3.2.Thốt hiểm có định hƣớng đƣợc lối thốt:
Thốt hiểm có định hƣớng đƣợc lối thốt là khi xảy ra sự cố trong cơng trình mà trong cơng trình có bảng chỉ dẫn thốt hiểm phản quang hay vẫn cịn ánh sáng nên tất cả mọi ngƣời xác định đƣợc hƣớng thoát và tập trung vào một lối thốt trƣờng hợp này vẫn có thể xảy ra ùn tắt, trong nghiên cứu này tác giả mô phỏng hai viễn cảnh
Thốt hiểm có định hƣớng đƣợc lối thốt tình huống ngƣời ở góc: tình huống phân bố ở góc thì sẽ bất lợi hơn so với tình huống phân bố dàn trải là do quảng đƣờng di chuyển để thoát ra khỏi cơng trình là xa hơn, nhƣng trong tình huống mơ phỏng thì tác giả đã định hƣớng cho hƣớng ngƣời chạy, cũng nhƣ trong thực tế thoát hiểm nếu đối tƣợng xác định đƣợc hƣớng thốt thì xác định hƣớng chạy về vị trí đó. Cửa Hƣớng thốt Cửa Hƣớng cửa thốt
61
Hình 3.24: Thốt hiểm có định hƣớng đƣợc lối thốt tình huống ngƣời ở góc
Tình huống phân bố phân tán tuy là có phân bố ngƣời ở góc, nhƣng trong q trình mơ phỏng thì thời gian thốt hiểm vẫn đảm bảo hơn, cũng nhƣ trong thực tế thoát hiểm nếu đối tƣợng xác định đƣợc hƣớng thoát và mật độ đƣợc chia điều thì thời gian thốt hiểm sẻ hiệu quả hơn.
Hình 3.25: Thốt hiểm có định hƣớng đƣợc lối thốt tình huống
ngƣời phân tán Cửa
62
3.4 Đánh giá hiệu quả thoát hiểm cho các phƣơng án
3.4.1 Phƣơng án bố trí bề rộng cửa 10%
Thời gian (Đơn vị tính
bằng giây)
Số ngƣời cịn lại chƣa thốt ra khỏi cơng trình Trƣờng hợp khơng xác định đƣợc hƣớng thốt Trƣờng hợp xác định đƣợc hƣớng thốt Trƣờng hợp bố trí ngƣời ở góc Trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán Trƣờng hợp bố trí ngƣời ở góc Trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán ố trí cửa rộng 10% ố trí cửa rộng 10% ố trí cửa rộng 10% ố trí cửa rộng 10% 200 80 73 19 7
Bảng 2.16 . So sánh hiệu quả thoát hiểm cho từng trƣờng hợp khi bố trí bề
rộng cửa 10%
Sau khi lập trình mơ phỏng trên Netlogo tác giả đƣa các thông số về phƣơng sai, độ lệch từ kết quả phân tích số liệu thực tế vào chƣơng trình và tác giả mô phỏng cho từng trƣờng hợp, tiếp theo tác giả cho lập trình mơ phỏng chạy theo từng trƣờng hợp bố trí ngƣời và bố trí phƣơng án cửa theo một thời gian nhất định sau đó xuất ra kết quả của từng trƣờng hợp.
Từ kết quả của từng trƣờng hợp đƣợc xuất ra tác giả lập ra bảng so sánh hiệu quả thốt hiểm cho từng phƣơng án bố trí ngƣời nhƣ sau:
Trƣờng hợp thốt hiểm bố trí ngƣời ở góc và bố trí ngƣời phân tán cho phƣơng án bề rộng cửa 10%, trong hai trƣờng hợp này thời gian thoát hiểm cố định cho mỗi trƣờng hợp là 200 giây, ở vị trí 200 giây cho trƣờng hợp khơng xác định đƣợc hƣớng thốt, bố trí ngƣời ở góc số ngƣời cịn lại trong cơng trình là 80 ngƣời còn trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán thì số ngƣời cịn lại là 73 ngƣời. Qua đó cho ta thấy trƣờng hợp khơng xác định đƣợc hƣớng thốt mà bố trí ngƣời ở góc tƣơng đối nguy hiểm hơn so với trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán.
Ở vị trí 200 giây cho trƣờng hợp xác định đƣợc hƣớng thốt, bố trí ngƣời ở góc số ngƣời cịn lại trong cơng trình là 19 ngƣời còn trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán thì số ngƣời cịn lại là 7 ngƣời. Qua đó cho ta thấy trƣờng hợp xác định đƣợc hƣớng thốt mà bố trí ngƣời ở góc sẽ nguy hiểm hơn rất nhiều so với trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán.
63 3.4.2 Phƣơng án bố trí bề rộng cửa 30%
Thời gian (Đơn vị tính
bằng giây)
Số ngƣời cịn lại chƣa thốt ra khỏi cơng trình Trƣờng hợp khơng xác định đƣợc hƣớng thoát Trƣờng hợp xác định đƣợc hƣớng thốt Trƣờng hợp bố trí ngƣời ở góc Trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán Trƣờng hợp bố trí ngƣời ở góc Trƣờng hợp bố trí ngƣời phân tán ố trí cửa rộng 30% ố trí cửa rộng 30% ố trí cửa rộng 30% ố trí cửa rộng 30% 200 40 40 1 1
Bảng 2.17 . So sánh hiệu quả thốt hiểm cho từng trƣờng hợp khi bố trí bề
rộng cửa 30%
Trƣờng hợp thoát hiểm bố trí ngƣời ở góc và bố trí ngƣời phân tán cho phƣơng án bề rộng cửa 30%, trong hai trƣờng hợp này thời gian thoát hiểm cố định cho mỗi trƣờng hợp là 200 giây, ở vị trí 200 giây cho trƣờng hợp