火場安全疏散方案優(yōu)化探析

1、火場安全疏散方案優(yōu)化探析摘要：本文提出了一種基于運輸模型和最短路問題的火場 安全疏散方案優(yōu)化方法，可得到針對某特定建筑在各種場景 下疏散而不出現(xiàn)人群滯留現(xiàn)象的最優(yōu)疏散方案。該方法考慮 了所有疏散路徑在疏散中的使用和各疏散路徑最不利通行 段及共用通行段的疏散能力大小，以及某個疏散初始位置所 容納疏散人員的個性特征。關(guān)鍵詞：安全疏散方案優(yōu)化運輸模型最短路問題中圖分類號：p624文獻標識碼：a文章編號：1引言近年來，隨著我國人民物質(zhì)文化生活水平的提高，各類 建筑越來越多地涌現(xiàn)，隨之而來的發(fā)生火災(zāi)情況下安全疏散 問題顯得越來越重要。目前，我國的建筑設(shè)計防火規(guī)范對安 全疏散方面，比如疏散樓梯的數(shù)量、到達

2、樓梯的距離、樓梯 的寬度、防排煙設(shè)施、內(nèi)部裝修材料等都有明確規(guī)定。但是 現(xiàn)行標準中缺少與之配套的性能指標、評價方法。所以，對 人員疏散安全性的評價方法研究顯得很重要。在人員疏散安 全性評價方法中，對于某一特定建筑的安全疏散方案的優(yōu)化 問題亟須研究。研究疏散主要解決的是如何在最短時間內(nèi)使得疏散人 員全部到達安全區(qū)域，使火災(zāi)發(fā)生情況下傷亡事故減少?；?災(zāi)發(fā)生后確保人員安全疏散的條件可用如下公式表不1:aset2rset其中aset表示可用安全疏散時間，rset表示需要疏散 時間。aset是指從開始著火至火災(zāi)發(fā)展到安全疏散臨界條件 的時間。臨界條件的判定已經(jīng)有了較多的研究，該文中不作 敘述。rset

3、包括三個部分：一是火災(zāi)探測報警時間（dt）； 二是疏散準備時間（pmt）；三是人員疏散時間（ft）o火災(zāi)探 測報警時間dt對于某一特定建筑是可以估算的；疏散準備 時間pmt的估算方法也有很多研究，在此不作具體闡述，人 員疏散時間ft的估算方法有很多種，但是現(xiàn)有的方法大都 是將空間分為多個單元，考慮臨近的單元相關(guān)參數(shù)從而對疏 散進行模擬計算的，而本文提出的基于運輸模型的疏散方案 優(yōu)化方法站在整個疏散方案的高度，將疏散方案進行優(yōu)化。2運輸模型在安全疏散方案優(yōu)化問題中應(yīng)用的可行性 探討運輸模型解決單一貨物從多個產(chǎn)地向多個目的地輸送 的計劃安排問題。與運輸問題進行對比可以發(fā)現(xiàn)，在疏散問 題中，人員疏散

4、前所在位置可看成是運輸問題中的產(chǎn)地，安 全區(qū)域可看成是運輸問題中的銷地，某條疏散路徑的通過時 間可看做是運費。從疏散的個體來說，疏散方案期望每個疏 散人員都用最短時間抵達安全區(qū)域，所以每個疏散人員抵達 安全區(qū)域的最短時間對于整體疏散方案的設(shè)計是有著極其 重要的意義的，它從某種意義上表征了某個特定建筑發(fā)生火 災(zāi)的情況下安全疏散的最優(yōu)方案。所以，本文提出的優(yōu)化方 法確定初始解的過程便是求解每個疏散人員抵達安全區(qū)域 的最短時間。3安全疏散方案的設(shè)計與優(yōu)化方法3. 1初始可行解的確定首先應(yīng)當對所有疏散路徑一一列出，并將每個疏散路徑 分割成若干個通行段，例如將一個路徑分割為若干個樓梯通 行段，走廊通行段

5、，大廳通行段。然后對每個通行段的疏散 能力進行評估，將最不利通行段和兩條或兩條以上路徑共用 的通行段的通行能力（人/s）標出，作為求出可行方案后進 行再次賦值的依據(jù)。確定疏散各個人員初始位置分布情況即每個初始位置 實際容納的疏散人數(shù)和安全區(qū)域的位置以及該區(qū)域的最大 容納人數(shù)以及沿每條路徑的疏散時間。在確定好所有通行段的通行時間后，將整個建筑的通行 段用圖的形式畫出，并確定權(quán)矩陣，以便于利用圖論中的 floyd算法對其最短路進行求解。floyd算法是借助于圖的 權(quán)矩陣直接求出任意兩點之間的最短路。在這里用表示從 點到點的通過時間，將所有的點與點之間的通過時間列成 德矩陣就是初始權(quán)矩陣。在這里用f

6、loyd算法就可以算出 任意一個疏散初始位置到任意一個安全區(qū)域所需要的最短 時間。3.2初始安全疏散方案的優(yōu)化按照上述方法求出的方案并不能代表該疏散方案的最 優(yōu)方案。因為在這個方案中每個疏散路徑的通行段不能保證 不出現(xiàn)人群滯留現(xiàn)象，也就是說對于某個疏散通行段有可能 在某個時間段內(nèi)疏散人數(shù)大于疏散能力，從而導(dǎo)致危險地發(fā) 生。對此問題需要對每個疏散路徑的最不利通行段和共用疏 散通行段進行檢驗，看在整個疏散時間內(nèi)是否出現(xiàn)人群滯留 現(xiàn)象。如果出現(xiàn)人群滯留現(xiàn)象，則需要對該疏散通行段所在 的疏散路徑進行再次賦值，即根據(jù)疏散通行段的位置等具體 參數(shù)適當增加所在疏散路徑的疏散時間，增加的幅度為不 應(yīng)太大以保證

7、達到疏散方案優(yōu)化的目的。在再次賦值后，需要重新計算的問題隨之列出，按照 floyd算法可求出新問題的最優(yōu)解。再對此解按照最不利通 行段以及共用通行段的疏散能力進行檢驗。以此類推，多次 調(diào)整不同疏散路徑的疏散時間后，可得到一個對于此建筑的 不出現(xiàn)人群滯留的最優(yōu)疏散方案。4利用該方法進行疏散方案優(yōu)化的若干技巧該方法可以對人員的個性特征進行量化。在疏散過程 中，不同人群的疏散速度是不一樣的。對于一個疏散初始位 置可以按照人員年齡、性別等因素進行分組，并將該疏散初 始位置擴展為個子疏散初始位置，這些子疏散初始位置與 原先的初始位置是具有相同意義的，他的設(shè)定是為了將同一 疏散初始位置中的人員個性特征進行

8、量化，使得此方法所得 的疏散優(yōu)化方案更加可行。該方法還可以用于火災(zāi)場景下的疏散方案優(yōu)化。在設(shè)定 各個疏散通行段的疏散時間過程中，火災(zāi)發(fā)生位置所在疏散 通行段和受火災(zāi)影響而不能通過的疏散通行段的疏散時間 設(shè)定為一個很大的值。根據(jù)疏散時間的最短這一優(yōu)化目的可 以知道，這樣設(shè)定是將這個疏散路段不予考慮，即人員不從 這條路徑進行疏散。5結(jié)論與前景展望本文提出了一種基于運輸模型的安全疏散方案優(yōu)化方 法。這種方法可得到針對某特定建筑在各種場景下疏散而不 出現(xiàn)人群滯留現(xiàn)象的最優(yōu)疏散方案。該方法考慮了所有疏散 路徑在疏散中的使用和各疏散路徑最不利通行段和共用通 行段的疏散能力大小，以及某個疏散初始位置所容納疏散人 群的個性特征。該方法還需要改進的地方有：（1）疏散時間的確定是根 據(jù)疏散速度的經(jīng)驗公式求得，實用性有待加