多點進入型地下通道火災應急救援策略研究

摘 要：針對地下發(fā)生火災后，受災人員的傷亡集中發(fā)生在疏散或疏散受阻過程中的問題，對多點進入型地下通道火災應急救援策略進行研究。通過分析地下災變時期人員疏散影響因素、基于最短時間求解最佳疏散路徑規(guī)劃、多點實時監(jiān)控與進入型應急救援路徑智能規(guī)劃，提出一種全新的火災應急救援策略。應用新策略可以有效縮短遇險人員到達安全區(qū)域的時間，為應急救援帶來更有利條件，減少甚至避免火災造成的經濟財產損失和人員傷亡。

關鍵詞：多點進入型；地下通道；火災應急救援

中圖分類號：TU 99" 文獻標志碼：A

1 地下災變時期人員疏散影響因素分析

地下環(huán)境復雜，空間狹小密閉，無法完全避免事故，因此一旦發(fā)生火災，濃煙和熱氣都難以自然排除，且會迅速蔓延整個地下空間。當斜坡道上出現火災事故時，可燃物燃燒并釋放出熱能，進而轉化為對高溫煙氣做功的機械能，從而對地下通道內的氣流施加一個附加風壓[1]?；痫L壓是一種天然風壓，其功能和風機的功能大體相當。這是因為火焰壓力總在向上做功，而當斜坡通道下行時，二者的做功方向為反向。隨著火災規(guī)模變大，火壓的能量也隨之增加，在這種情況下，很容易出現煙流倒流的情況。圖1（a）為煙氣在上行通道坡道內的運動規(guī)律圖。

當水平通道上發(fā)生火災時，煙氣流經的通道標高相同，此時火風壓可以忽略不計。在火勢初期，煙氣的溫度不高，造成的節(jié)流并不明顯，煙氣仍然朝著通風下風向蔓延，其煙氣流動情況如圖1（b）所示。

當火勢逐漸變大，煙氣溫度會隨之升高，此時產生的節(jié)流效應增強，阻力效應將越來越顯著。此時通風的風速變慢，最終當節(jié)流效應與通風阻力相當時，通風風速會為0，此時火災煙氣將會產生逆流現象，朝上風向逐漸蔓延[2]。除此之外，社會心理因素也是影響人員疏散的一個重要因素。恐慌、焦慮、不安等情緒可能會導致人們做出不理智的行為，例如盲目逃生、爭奪資源等，從而影響人員疏散的效率和效果。綜上所述，地下災變時期人員疏散是一個復雜的過程，受多種因素的影響[3]。因此，需要綜合考慮各種因素，制定科學、合理的疏散方案，以保障人員的生命安全，減少損失。

2 基于最短時間求解的最佳疏散路徑規(guī)劃

最短時間求解法不僅能確定人員疏散路線中的多個關鍵因素，而且還能通過大數據試驗，對難以定量的因素進行分析、總結。在考慮其他因素（安全出口的滯留效應、人員密集引起的黏性效應、有效寬度的引入等）的基礎上[4]，提出一種基于遺傳算法的人員疏散模型。在新的算法中，這些因素都能被非常準確地表示出來，這樣就可以使選路時的誤差最小。圖2為人員疏散時間線示意圖。

當進行人員安全疏散時，應當確保ASETgt;RSET，并盡可能地降低RSET的數值。根據以往的研究經驗，當地下通道的高度大于或等于2.0m時，人員可以跑步完成撤離，速度可達到約135m/min。當地下通道的高度小于2.0m時，人員只能夠步行或彎腰撤離，需要結合公式（1）計算此時的撤離速度。

V1=a+bH+cH2+dH3 （1）

式中：V1為撤離速度；a、b、c、d為回歸分析系數；H為地下通道高度，取值在0.56～2.0m。進一步求解通過地下通道的疏散時間如公式（2）所示。

（2）

式中：tp為通過地下通道的疏散時間；lp為地下通道長度。在疏散的過程中，并不能完全利用疏散通道的整個寬度，結合防火工程師協(xié)會給出的相關數據，須對地下通道的有效寬度進行折減[5]，見表1。

結合折減系數法，確定所有疏散路徑中，人員通過疏散路徑所需時間T最短的路徑，即為最佳疏散路徑。計算T如公式（3）所示。

T=t'p?t'm+t'x+t'p+t'j+t'k+tl+∑tα （3）

式中：t'p為折減修正后的地下通道疏散時間；t'm為折減修正后的地下通道內疏散時間；t'x為折減修正后的斜坡通道內疏散時間；t'j為折減修正后的人員通過地下通道斜坡下行的時間；t'k為折減修正后的人員通過地下通道斜坡上行的時間；tl為人員通過安全出入口的時間；tα為人員通過地下通道轉角所需的時間。采用上述方式選擇的疏散路徑可以最大程度地縮短 RSET，為地下人員撤離提供保障。

3 多點實時監(jiān)控與進入型應急救援路徑智能規(guī)劃

完成地下通道最佳疏散路徑的規(guī)劃設計后，應對火災環(huán)境的多點進行實時監(jiān)控，為規(guī)范化實施現場應急救援等相關工作提供技術支持。

在地下通道火災應急救援中，多點實時監(jiān)控是非常重要的一個環(huán)節(jié)。根據地下通道中構筑物的實際構造，通過在關鍵位置設置監(jiān)控攝像頭，可以實時獲取火場內部的動態(tài)和信息，為救援決策提供重要的參考依據[6]。多點實時監(jiān)控布置如圖3所示。

建立攝像頭與計算機間的實時通信與傳輸連接，截取部分監(jiān)控界面實時畫面，如圖4所示。

完成地下空間與通道多點實時監(jiān)控的布置后，根據地下空間的分布、通道橫向最大跨度、通道縱向最大跨度、高度與出入口數量等條件，繪制地下通道標高與軸網[7]。

標高繪制有以下 4 個步驟。1）打開工程文件，在工程繪圖中選擇“樓層”選項，點擊“添加樓層（地下通道）”，在“層高”中填寫地下通道的標高（例如10m）。2）在“樓層類型”下拉菜單中選擇“坑道層”，勾選“啟用重力計算”，重力方向選擇“頂板到底板”。3）在工程繪圖中選擇“軸網”，點擊“添加軸網”，在“起始X軸”和“起始Y軸”中輸入0，在“終止X軸”和“終止Y軸”中輸入地下通道的寬度和長度（例如8m×5m）。4）確認無誤后，點擊“應用”完成地下通道標高的繪制。

軸網繪制共由以下3個步驟構成。1）在工程繪圖中選擇“軸網”，點擊“添加軸網”，在“起始X軸”和“起始Y軸”中輸入0，在“終止X軸”和“終止Y軸”中輸入地下通道的寬度和長度（例如8m×5m）。2）在“軸網類型”下拉菜單中選擇“對稱軸網”，在“中心點X”和“中心點Y”中輸入地下通道的中心坐標（例如0m，0m）。3）確認無誤后，點擊“應用”完成地下通道軸網的繪制。

根據繪制的標高、軸網，生成多點進入型地下通道空間模型，在上述內容的基礎上，使用物理引擎，根據地下通道的布置情況，添加碰撞體組件，建立地下通道障礙物模型。

根據多點實時監(jiān)控反饋的火災現場實時情況，在地下通道空間模型中錄入“著火點”，并根據現場的實際情況，模擬地下通道火災、蔓延趨勢等條件?？梢愿鶕泩龅姆植寂c覆蓋范圍，對地下通道多點進入進行網格劃分。在劃分中使用CreateNode方法，在通道的多個進入方向上，每間隔0.5m布置一個節(jié)點，按照規(guī)范將對應的節(jié)點信息存儲在計算機Grid矩陣中，將應急救援前進方向作為標準，在節(jié)點發(fā)射Ray射線，如果Ray射線前端物體發(fā)生“碰撞”，就說明此路線存在障礙物，無法作為最優(yōu)應急救援路線。為確保救援工作的順利實施，需要明確定義問題，包括應急救援起點、終點、可能的救援路線、道路狀況等信息。以此為依據，生成若干條路線，計算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：F為救援路徑生成；F0為急救援起點；B為節(jié)點加權值；B0為救援節(jié)點約束條件。完成上述內容的設計后，引進人工勢場法，建立救援環(huán)境模型，通過三維建模等技術，建立空地一體化的救援環(huán)境模型，包括地下通道、建筑物、障礙物等。計算過程如公式（5）所示。

（5）

式中：S為救援環(huán)境模型；Q1為最遠救援路線長度；Q2為最近救援路線長度；K為救援路線難以系數。根據救援環(huán)境模型，參照勢場函數和當前位置，定義救援路線和障礙物之間的勢場函數與作用力。結合作用力和運動狀態(tài)，更新救援路線中消防員的運動狀態(tài)，包括速度、加速度等。通過控制作用力的大小和方向，智能規(guī)劃應急救援路線（包括避障、尋路等）。

基于人工勢場法的應急救援路線智能規(guī)劃具有自主性和智能性，可以快速指導救援隊伍的行動方向，提高搜索效率。同時，可以結合實際救援場景和火災發(fā)展態(tài)勢等具體情況，設計合理的勢場函數和運動模型，對應急救援路線進行智能避障和路徑規(guī)劃。

4 結語

多點進入型地下通道火災應急救援策略的研究背景主要源于城市交通壓力、地下通道火災危險性、現有應急救援策略的不足。當應對地下通道火災事故時，多點進入型地下通道火災應急救援策略具有顯著優(yōu)勢和重要性。通過多點進入策略，可以有效地提高救援效率、快速控制火勢、保障人員安全疏散以及為消防救援提供必要的應急物資。在實際應用中，應重視多點進入型應急救援策略的推廣與實施，加強應急預案的培訓與演練，提高消防部門及相關人員的應急反應能力。同時，還應注重提高公眾對地下通道火災的認識和防范意識，共同維護城市地下交通的安全與穩(wěn)定。

通過本文的研究，希望能為城市地下通道火災應急救援提供參考，推動相關領域的發(fā)展。多點進入型應急救援策略在實際應用中須根據具體情況進行適當調整，因此未來的研究方向將聚焦于實踐應用和進一步優(yōu)化策略本身。

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