大型建筑物内人员疏散方案设计

孙笑笑

摘 要：针对节假日期间各博物馆、商场等公共场所人员密度高的情况，考虑到发生紧急情况，人员心里慌张程度以及对周边环境的不熟悉度使得疏散时间不定地延长，为了有效减少疏散时间，针对建筑物发生内部灾害的不同类型，设计了本文的具体逃生方案。 结合分层最短路径模型与元宝自动机模型以及anylogic的软件，通过比较疏散时间与黄金时间的大小，决定应急入口的是否开放和处于不同位置处的待疏散人员逃生的最短路径，有效地缩短了疏散时间。

关键词：黄金时间；分层最短路径模型；元胞自动机

一.引言

随着生活水平的提高，越来越多人关注生活品质，每逢节假日，博物馆、商场等大型建筑物都会十分拥挤，设计合理的疏散方案成为当下研究的热门话题。隨着建筑物的结构设计越来越复杂化，一方面我们可以从建筑物门口位置的设计上加以改善，从而减短疏散时间。另一方面，通过各先进程序设备的应用，我们可以适当改良模型。

二.应急通道的开闭

发生灾害的救援时间上存在一个黄金时间，在此黄金时间内人员疏散完毕对受灾人群来说是安全的，对不同的灾害类型有不同的黄金时间，黄金时间可以检测疏散逃生是否合理，因此利用黄金时间和实际疏散时间做对比可以得到采用此种方案疏散的人群是否安全。不断改变待疏待人员的人数，在人数确定情况下再不断改变各人员的初始位置分布，进行多次模拟，记录时间，直至使得在一定的人数时，存在一种位置分布，模拟人员疏散后的平均时间超过了此种灾害的黄金时间，记录此时的人数设定，设为N。若参馆游客人数多于N，则开放紧急出口。

三.Affluences或其他应用程序的使用

在各个出口设置此类应用程序，提供每个出口的估计等待时间的实时更新，以帮助人员更合理地选择出口，更好地配合疏散计划。

四.元胞自动机的使用

在竞争能力不同、从众心理、身体状况不同、自觉躲避障碍物、人员是否集体行动等不同情况下，通过网格吸引力概率、目标方向密度概率、出口影响因子概率的计算，模拟人员行动方向的选择，利用anylogic仿真建筑物内人员疏散的整体过程，并且可以得到相应疏散时间。

五.多层最短路径模型的使用

将建筑物的各层平面视图抽象成数学中的网络图，把建筑物所有人员疏散的问题提取为一个图论寻找最短路径的问题，考虑对每一层待疏散人员进行合理分组，按照所处位置的区域、待疏散人员的类型选择合适的路径进行疏散，使得疏散网络疏散结束时间t最短，出口处更新的等待时间，同样也要带入模型，使得T最短，输出所求最短路径。

六.人员疏散安排

取t为待疏散人员模拟逃离后需要的时间，选取T为最长的等待时间，T*为黄金时间，对人员的疏散安排有了如下分类：

1.若t+T

2.若t+T>T*，此时则考虑从其他出口撤离。

此时，我们记录各应急出口的位置，继续用多层最短路径模型求解，此时需要尽可能少的开启额外的出口，并且满足疏散时间控制在黄金时间以内。把其中一个额外出口添加在网络图中，再进行模拟得到添加了某个出口后的疏散时间，在长于黄金对应的时间的情况下，不断地一个个的添加额外出口，直到由更新完的网络图对应的疏散时间刚好短于黄金时间为止，此时的添加出口的方案是最佳的，并且由多层最短路径模型，得到在添加额外出口的情况下疏散的最优路径。

七.应急人员的合理进入

1.疏散工作要重于应急人员进入

考虑应急人员进入建筑物内危险地区：选取出口中的一个作为起始点，应急人员要去的危险地区作为终点，选取最优路径，得出应急人员进入所需要的时间，并且和去掉此出口的疏散时间求和，依次去掉所有出口，判断得到二者时间和的最小值，将时间最小值下对应的入口作为应急人员进入的入口。在运用多层最短路径模型选取应急人员进入的最优路径时，考虑应急人员进入和待疏散人员逃出的路段重叠部分可能会存在瓶颈，使应急人员无法进入或进入缓慢，对此进行优化：判断应急人员进入的路径和待疏散人员离开的路径是否有重叠路段，若有重叠路段，判断重叠路段上的疏散人流量是否大于最大限制，如果大于，求解应急人员进入的最短路径时在网络图上删去重叠的路段，重新求解；如果不大于，则此问题不影响通行。

2.应急人员进入重于疏散工作

将此前叙述的待疏散人员与应急人员角度做转换，重复执行1。

八.实际情况注意

1.待疏散的受灾点所处的是一个团体

将团体整体看作一个单位，计算这个单位通过的人流量时，将这个单位的人数不在看作1而是整体人数的总和；当团体的人数超过某路径上的最大容量时，将团体看作[团体人数/最大容量]+1个单位。

2.不同类型人（成年人、老人或小孩、残疾人）的平均速度

其中人的密度与人群的速度有关，在此设为一个线性函数，其中k表示人的类型，a，b为固定参数，表示一定范围内人的数量，表示这个范围的面积，因此表示一定范围内人的密度。

3.不同类型灾害

发生外部灾害时比如地震，建筑物外的恐怖袭击，算法的执行从低层往高层执行；发生建筑内部的灾害时，比如火灾，建筑内的某处藏有炸弹，算法的执行从受灾害那层开始往高层执行，再从最底层开始往高层执行，直到受灾害那层的下一层。

4.路段发生故障，出口无法通行

发生事故导致某路段或某出口无法通行时：求解最短路径时，将原来的网络图去掉无法通行路段或出口结点，更新网络图重新运用算法求解。

九.结束语

通过比较疏散时间与黄金时间的大小，决定应急入口的是否开放和处于不同位置处的待疏散人员逃生的最短路径，有效地缩短了疏散时间，并且根据不同类型人群考虑，从而确定了最优的疏散方案，可运用于多种大型建筑内。

参考文献：

[1]杨建芳.多层建筑物应急疏散模型和算法[J].上海理工大学管理学.2014.2.

[2]胡俊.三维空间型人疏散的元胞自动机模型[J].北京交通大学交通运输学院.2014.3

[3] 赵宜宾.基于元胞自动机的多出口人员疏散模型的研究[J].防火科技学院.2011.01