大型建筑物內人員疏散方案設計

孫笑笑

摘 要：針對節假日期間各博物館、商場等公共場所人員密度高的情況，考慮到發生緊急情況，人員心里慌張程度以及對周邊環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，針對建筑物發生內部災害的不同類型，設計了本文的具體逃生方案。 結合分層最短路徑模型與元寶自動機模型以及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。

關鍵詞：黃金時間；分層最短路徑模型；元胞自動機

一.引言

隨著生活水平的提高，越來越多人關注生活品質，每逢節假日，博物館、商場等大型建筑物都會十分擁擠，設計合理的疏散方案成為當下研究的熱門話題。隨著建筑物的結構設計越來越復雜化，一方面我們可以從建筑物門口位置的設計上加以改善，從而減短疏散時間。另一方面，通過各先進程序設備的應用，我們可以適當改良模型。

二.應急通道的開閉

發生災害的救援時間上存在一個黃金時間，在此黃金時間內人員疏散完畢對受災人群來說是安全的，對不同的災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，在人數確定情況下再不斷改變各人員的初始位置分布，進行多次模擬，記錄時間，直至使得在一定的人數時，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害的黃金時間，記錄此時的人數設定，設為N。若參館游客人數多于N，則開放緊急出口。

三.Affluences或其他應用程序的使用

在各個出口設置此類應用程序，提供每個出口的估計等待時間的實時更新，以幫助人員更合理地選擇出口，更好地配合疏散計劃。

四.元胞自動機的使用

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，通過網格吸引力概率、目標方向密度概率、出口影響因子概率的計算，模擬人員行動方向的選擇，利用anylogic仿真建筑物內人員疏散的整體過程，并且可以得到相應疏散時間。

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學中的網絡圖，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行合理分組，按照所處位置的區域、待疏散人員的類型選擇合適的路徑進行疏散，使得疏散網絡疏散結束時間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，我們記錄各應急出口的位置，繼續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。把其中一個額外出口添加在網絡圖中，再進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，直到由更新完的網絡圖對應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路徑。

七.應急人員的合理進入

1.疏散工作要重于應急人員進入

考慮應急人員進入建筑物內危險地區：選取出口中的一個作為起始點，應急人員要去的危險地區作為終點，選取最優路徑，得出應急人員進入所需要的時間，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的入口作為應急人員進入的入口。在運用多層最短路徑模型選取應急人員進入的最優路徑時，考慮應急人員進入和待疏散人員逃出的路段重疊部分可能會存在瓶頸，使應急人員無法進入或進入緩慢，對此進行優化：判斷應急人員進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，求解應急人員進入的最短路徑時在網絡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.應急人員進入重于疏散工作

將此前敘述的待疏散人員與應急人員角度做轉換，重復執行1。

八.實際情況注意

1.待疏散的受災點所處的是一個團體

將團體整體看作一個單位，計算這個單位通過的人流量時，將這個單位的人數不在看作1而是整體人數的總和；當團體的人數超過某路徑上的最大容量時，將團體看作[團體人數/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，在此設為一個線性函數，其中k表示人的類型，a，b為固定參數，表示一定范圍內人的數量，表示這個范圍的面積，因此表示一定范圍內人的密度。

3.不同類型災害

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

4.路段發生故障，出口無法通行

發生事故導致某路段或某出口無法通行時：求解最短路徑時，將原來的網絡圖去掉無法通行路段或出口結點，更新網絡圖重新運用算法求解。

九.結束語

通過比較疏散時間與黃金時間的大小，決定應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，并且根據不同類型人群考慮，從而確定了最優的疏散方案，可運用于多種大型建筑內。

參考文獻：

[1]楊建芳.多層建筑物應急疏散模型和算法[J].上海理工大學管理學.2014.2.

[2]胡俊.三維空間型人疏散的元胞自動機模型[J].北京交通大學交通運輸學院.2014.3

[3] 趙宜賓.基于元胞自動機的多出口人員疏散模型的研究[J].防火科技學院.2011.01