大型建筑物內(nèi)人員疏散方案設(shè)計(jì)

孫笑笑

摘 要：針對節(jié)假日期間各博物館、商場等公共場所人員密度高的情況，考慮到發(fā)生緊急情況，人員心里慌張程度以及對周邊環(huán)境的不熟悉度使得疏散時間不定地延長，為了有效減少疏散時間，針對建筑物發(fā)生內(nèi)部災(zāi)害的不同類型，設(shè)計(jì)了本文的具體逃生方案。 結(jié)合分層最短路徑模型與元寶自動機(jī)模型以及anylogic的軟件，通過比較疏散時間與黃金時間的大小，決定應(yīng)急入口的是否開放和處于不同位置處的待疏散人員逃生的最短路徑，有效地縮短了疏散時間。

關(guān)鍵詞：黃金時間；分層最短路徑模型；元胞自動機(jī)

一.引言

隨著生活水平的提高，越來越多人關(guān)注生活品質(zhì)，每逢節(jié)假日，博物館、商場等大型建筑物都會十分擁擠，設(shè)計(jì)合理的疏散方案成為當(dāng)下研究的熱門話題。隨著建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜化，一方面我們可以從建筑物門口位置的設(shè)計(jì)上加以改善，從而減短疏散時間。另一方面，通過各先進(jìn)程序設(shè)備的應(yīng)用，我們可以適當(dāng)改良模型。

二.應(yīng)急通道的開閉

發(fā)生災(zāi)害的救援時間上存在一個黃金時間，在此黃金時間內(nèi)人員疏散完畢對受災(zāi)人群來說是安全的，對不同的災(zāi)害類型有不同的黃金時間，黃金時間可以檢測疏散逃生是否合理，因此利用黃金時間和實(shí)際疏散時間做對比可以得到采用此種方案疏散的人群是否安全。不斷改變待疏待人員的人數(shù)，在人數(shù)確定情況下再不斷改變各人員的初始位置分布，進(jìn)行多次模擬，記錄時間，直至使得在一定的人數(shù)時，存在一種位置分布，模擬人員疏散后的平均時間超過了此種災(zāi)害的黃金時間，記錄此時的人數(shù)設(shè)定，設(shè)為N。若參館游客人數(shù)多于N，則開放緊急出口。

三.Affluences或其他應(yīng)用程序的使用

在各個出口設(shè)置此類應(yīng)用程序，提供每個出口的估計(jì)等待時間的實(shí)時更新，以幫助人員更合理地選擇出口，更好地配合疏散計(jì)劃。

四.元胞自動機(jī)的使用

在競爭能力不同、從眾心理、身體狀況不同、自覺躲避障礙物、人員是否集體行動等不同情況下，通過網(wǎng)格吸引力概率、目標(biāo)方向密度概率、出口影響因子概率的計(jì)算，模擬人員行動方向的選擇，利用anylogic仿真建筑物內(nèi)人員疏散的整體過程，并且可以得到相應(yīng)疏散時間。

五.多層最短路徑模型的使用

將建筑物的各層平面視圖抽象成數(shù)學(xué)中的網(wǎng)絡(luò)圖，把建筑物所有人員疏散的問題提取為一個圖論尋找最短路徑的問題，考慮對每一層待疏散人員進(jìn)行合理分組，按照所處位置的區(qū)域、待疏散人員的類型選擇合適的路徑進(jìn)行疏散，使得疏散網(wǎng)絡(luò)疏散結(jié)束時間t最短，出口處更新的等待時間，同樣也要帶入模型，使得T最短，輸出所求最短路徑。

六.人員疏散安排

取t為待疏散人員模擬逃離后需要的時間，選取T為最長的等待時間，T*為黃金時間，對人員的疏散安排有了如下分類：

1.若t+T

2.若t+T>T*，此時則考慮從其他出口撤離。

此時，我們記錄各應(yīng)急出口的位置，繼續(xù)用多層最短路徑模型求解，此時需要盡可能少的開啟額外的出口，并且滿足疏散時間控制在黃金時間以內(nèi)。把其中一個額外出口添加在網(wǎng)絡(luò)圖中，再進(jìn)行模擬得到添加了某個出口后的疏散時間，在長于黃金對應(yīng)的時間的情況下，不斷地一個個的添加額外出口，直到由更新完的網(wǎng)絡(luò)圖對應(yīng)的疏散時間剛好短于黃金時間為止，此時的添加出口的方案是最佳的，并且由多層最短路徑模型，得到在添加額外出口的情況下疏散的最優(yōu)路徑。

七.應(yīng)急人員的合理進(jìn)入

1.疏散工作要重于應(yīng)急人員進(jìn)入

考慮應(yīng)急人員進(jìn)入建筑物內(nèi)危險(xiǎn)地區(qū)：選取出口中的一個作為起始點(diǎn)，應(yīng)急人員要去的危險(xiǎn)地區(qū)作為終點(diǎn)，選取最優(yōu)路徑，得出應(yīng)急人員進(jìn)入所需要的時間，并且和去掉此出口的疏散時間求和，依次去掉所有出口，判斷得到二者時間和的最小值，將時間最小值下對應(yīng)的入口作為應(yīng)急人員進(jìn)入的入口。在運(yùn)用多層最短路徑模型選取應(yīng)急人員進(jìn)入的最優(yōu)路徑時，考慮應(yīng)急人員進(jìn)入和待疏散人員逃出的路段重疊部分可能會存在瓶頸，使應(yīng)急人員無法進(jìn)入或進(jìn)入緩慢，對此進(jìn)行優(yōu)化：判斷應(yīng)急人員進(jìn)入的路徑和待疏散人員離開的路徑是否有重疊路段，若有重疊路段，判斷重疊路段上的疏散人流量是否大于最大限制，如果大于，求解應(yīng)急人員進(jìn)入的最短路徑時在網(wǎng)絡(luò)圖上刪去重疊的路段，重新求解；如果不大于，則此問題不影響通行。

2.應(yīng)急人員進(jìn)入重于疏散工作

將此前敘述的待疏散人員與應(yīng)急人員角度做轉(zhuǎn)換，重復(fù)執(zhí)行1。

八.實(shí)際情況注意

1.待疏散的受災(zāi)點(diǎn)所處的是一個團(tuán)體

將團(tuán)體整體看作一個單位，計(jì)算這個單位通過的人流量時，將這個單位的人數(shù)不在看作1而是整體人數(shù)的總和；當(dāng)團(tuán)體的人數(shù)超過某路徑上的最大容量時，將團(tuán)體看作[團(tuán)體人數(shù)/最大容量]+1個單位。

2.不同類型人（成年人、老人或小孩、殘疾人）的平均速度

其中人的密度與人群的速度有關(guān)，在此設(shè)為一個線性函數(shù)，其中k表示人的類型，a，b為固定參數(shù)，表示一定范圍內(nèi)人的數(shù)量，表示這個范圍的面積，因此表示一定范圍內(nèi)人的密度。

3.不同類型災(zāi)害

發(fā)生外部災(zāi)害時比如地震，建筑物外的恐怖襲擊，算法的執(zhí)行從低層往高層執(zhí)行；發(fā)生建筑內(nèi)部的災(zāi)害時，比如火災(zāi)，建筑內(nèi)的某處藏有炸彈，算法的執(zhí)行從受災(zāi)害那層開始往高層執(zhí)行，再從最底層開始往高層執(zhí)行，直到受災(zāi)害那層的下一層。

4.路段發(fā)生故障，出口無法通行

發(fā)生事故導(dǎo)致某路段或某出口無法通行時：求解最短路徑時，將原來的網(wǎng)絡(luò)圖去掉無法通行路段或出口結(jié)點(diǎn)，更新網(wǎng)絡(luò)圖重新運(yùn)用算法求解。

九.結(jié)束語

通過比較疏散時間與黃金時間的大小，決定應(yīng)急入口的是否開放和處于不同位置處的待疏散人員逃生的最短路徑，有效地縮短了疏散時間，并且根據(jù)不同類型人群考慮，從而確定了最優(yōu)的疏散方案，可運(yùn)用于多種大型建筑內(nèi)。

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