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

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(jié)構(gòu)設(shè)計越來越復(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(shè)備的應(yīng)用，我們可以適當改良模型。

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(wǎng)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(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)急人員的合理進入

1.疏散工作要重于應(yīng)急人員進入

考慮應(yīng)急人員進入建筑物內(nèi)危險地區(qū)：選取出口中的一個作為起始點，應(yīng)急人員要去的危險地區(qū)作為終點，選取最優(yōu)路徑，得出應(yīng)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(yīng)的入口作為應(yīng)急人員進入的入口。在運用多層最短路徑模型選取應(yīng)急人員進入的最優(yōu)路徑時，考慮應(yīng)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(yīng)急人員無法進入或進入緩慢，對此進行優(yōu)化：判斷應(yīng)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(yīng)急人員進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.實際情況注意

1.待疏散的受災(zāi)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(shù)不在看作1而是整體人數(shù)的總和；當團體的人數(shù)超過某路徑上的最大容量時，將團體看作[團體人數(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，更新網(wǎng)絡(luò)圖重新運用算法求解。

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，可運用于多種大型建筑內(nèi)。

參考文獻：

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