多源點(diǎn)突發(fā)事件應(yīng)急疏散模型問題探討

（浙江長(zhǎng)征職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江·杭州 310025）

1 研究意義

突發(fā)事件，自古有之，以我們目前的科技水平，有些突發(fā)事件完全避免是不可能的，但如何對(duì)某些突發(fā)事件進(jìn)行有效預(yù)防或者在其發(fā)生后，對(duì)其進(jìn)行有效地處置，避免災(zāi)害的進(jìn)一步發(fā)生，將損害降到盡可能低的狀態(tài)是完全可以做到的。

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料來看，應(yīng)急系統(tǒng)管理研究主要分三方面：應(yīng)急系統(tǒng)的政策和制度設(shè)計(jì)；應(yīng)急設(shè)施選址及應(yīng)急物資調(diào)度；突發(fā)事件中人員、車輛等的應(yīng)急疏散。本文將討論應(yīng)急系統(tǒng)中技術(shù)方法層面上的問題，特別是突發(fā)事件中多源點(diǎn)應(yīng)急疏散模型與算法的研究。

應(yīng)急疏散是指面對(duì)洪水、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害以及建筑物火災(zāi)、毒氣泄漏等突發(fā)事故，將處于危險(xiǎn)區(qū)域的人群快速疏散至安全區(qū)域。如何進(jìn)行及時(shí)有效的應(yīng)急疏散是減少生命財(cái)產(chǎn)損失，特別是減少群死群傷事故發(fā)生的重要手段。因此，系統(tǒng)地研究應(yīng)急疏散規(guī)劃、組織管理方法及關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于保證緊急狀況下的人員、車輛的及時(shí)轉(zhuǎn)移，提高疏散效率和應(yīng)急系統(tǒng)的總體救援能力，減輕災(zāi)害或事故損失，保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

2 國內(nèi)外同類研究工作現(xiàn)狀

應(yīng)急疏散理論的研究始于20世紀(jì)30年代，主要通過構(gòu)建宏觀和微觀模型對(duì)正常或者緊急狀況下的人群行為進(jìn)行模擬。在宏觀模型中假設(shè)每個(gè)個(gè)體行為相似，將疏散隊(duì)伍看成車流或者人流形成一個(gè)整體，從群組的角度進(jìn)行研究，主要以網(wǎng)絡(luò)流優(yōu)化為基礎(chǔ)，包括靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型以及連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型等；微觀模型主要是通過模擬待疏散人員的行為來進(jìn)行分析，采用氣體或液體的流動(dòng)來模擬行人的運(yùn)動(dòng)行為，并考慮行人意圖、期望速度和個(gè)體之間的相互作用，主要包括基于元胞自動(dòng)機(jī)的疏散仿真模型、基于物理作用的社會(huì)力模型和近年廣泛應(yīng)用的基于多智能體模擬模型等。

國內(nèi)外諸多學(xué)者基于不同的實(shí)際背景采用不同方法對(duì)該問題進(jìn)行研究，主要采取計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)學(xué)分析方法。計(jì)算機(jī)仿真的重點(diǎn)是基于智能體技術(shù)(AgentTechnology)來預(yù)測(cè)出疏散時(shí)間，評(píng)估疏散方案。數(shù)學(xué)分析的方法主要以網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為基礎(chǔ)，無論是建筑物內(nèi)疏散還是大范圍疏散都可以轉(zhuǎn)化為疏散網(wǎng)絡(luò)的問題。Hamacher等對(duì)疏散問題的宏觀模型進(jìn)行綜述，采用極大流或者快速流來確定疏散方案，這些模型通?？梢源_定疏散時(shí)間的下界。

隨著應(yīng)急疏散管理不斷成熟和發(fā)展，各種不同的新技術(shù)被用于疏散模型，但是利用動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)流來研究疏散問題仍然得到廣大研究者的重視，以期產(chǎn)生更好的上界或者下界，作為其他研究技術(shù)的參考依據(jù)。林詒勛等考慮了應(yīng)急疏散網(wǎng)絡(luò)中最小飽和流問題，并利用最小和飽和流和最大流的關(guān)系來求解該問題。張江華等以疏散時(shí)間加權(quán)和最小化為目標(biāo)，考慮存在優(yōu)先順序的多源點(diǎn)和容量限制情形下的應(yīng)急疏散，利用圖論中網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思想的啟發(fā)式算法通過不斷更新網(wǎng)絡(luò)來確定短路作為疏散方案。

3 探討的主要問題

一旦遇到突發(fā)事件，尤其是類似火災(zāi)、毒氣泄漏、恐怖襲擊等事件，往往需要撤離這些場(chǎng)所中的所有被困人員，而不是轉(zhuǎn)移其中某一小區(qū)域的部分人員。由于這些人員分布是離散的，通常不能將其簡(jiǎn)單地作為單源疏散，本文研究多源點(diǎn)疏散模型。由于不同源點(diǎn)到達(dá)出口的距離不盡相同，每個(gè)源點(diǎn)中待疏散人數(shù)也未必一樣，使得多源疏散遠(yuǎn)比單源疏散復(fù)雜。期望改進(jìn)快速流控制算法得到切實(shí)可行的疏散方案。

多源點(diǎn)疏散問題是考慮如何對(duì)每個(gè)源點(diǎn)上的被困人員進(jìn)行合理分組選擇合適的路徑進(jìn)行疏散，使得疏散網(wǎng)絡(luò)疏散結(jié)束時(shí)間最小化。這個(gè)問題是NP難的，不存在多項(xiàng)式時(shí)間的最優(yōu)算法。在處理具體疏散問題時(shí)，我們需要考慮更多的限制因素，做的并不一定是最優(yōu)方案，而是考慮在有限的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)切實(shí)可行的有效疏散計(jì)劃。我們通?；诰馐枭r(shí)間、容量飽和疏散這兩個(gè)原則來設(shè)計(jì)多源疏散的算法，側(cè)重于啟發(fā)式算法的研究。

4 主要研究目標(biāo)

目前的多源疏散問題研究中沒有考慮到各個(gè)源點(diǎn)與事故發(fā)生點(diǎn)之間距離，無法體現(xiàn)各個(gè)源點(diǎn)受災(zāi)嚴(yán)重程度，而在實(shí)際中各個(gè)源點(diǎn)與事故發(fā)生點(diǎn)距離不同必然要求有不一樣的疏散優(yōu)先級(jí)別，目標(biāo)1：建立體現(xiàn)優(yōu)先順序和相互關(guān)系的多源疏散網(wǎng)絡(luò)模型，使其符合實(shí)際背景。

目前多源疏散問題研究中所考慮的目標(biāo)一般是單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，需要進(jìn)一步對(duì)大規(guī)模的人員疏散進(jìn)行整體優(yōu)化，考慮疏散時(shí)間、疏散距離、到達(dá)安全地點(diǎn)的人數(shù)、疏散風(fēng)險(xiǎn)、網(wǎng)絡(luò)可靠性等多個(gè)優(yōu)化子目標(biāo)。目標(biāo)2：結(jié)合模糊數(shù)學(xué)、多目標(biāo)規(guī)劃等方法來確定完整的疏散方案。

由于疏散過程實(shí)時(shí)信息的缺乏，使得這些疏散方案只適用于疏散開始前的策略制定，而難以應(yīng)對(duì)疏散過程中的突發(fā)狀況。進(jìn)一步考慮集成仿真模型和優(yōu)化模型的綜合型疏散規(guī)劃，既為疏散前期策略的制定提供理論基礎(chǔ)，又能應(yīng)對(duì)疏散過程中的突發(fā)狀況。目標(biāo)3：疫情背景下，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)建立應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)。