基于Matlab的建筑疏散策略优化研究.pdf

第 卷第 期 年 月吉林建筑大学学报 收稿日期：基金项目：吉林省发展和改革委员会产业技术研究与开发项目（）；长春市科技计划项目（）作者简介：张芷嘉（），女，吉林省长春市人，硕士研究生通信作者：韩成浩，男，吉林省图们市人，教授，博士 ：基于 的建筑疏散策略优化研究张芷嘉，韩成浩吉林建筑大学 电气与计算机学院，长春 摘要：为研究建筑消防疏散中的楼梯拥堵问题，文中使用三层办公楼建筑模型作为示例，以网络节点为参考点，借助 软件的相关函数对最佳路径进行计算，为人员规划撤离路线，根据建筑中人数和位置分布的不同，判断是否会造成楼梯拥堵情况，对此进行多组数据对比，得出人员安全撤离建筑总时间及有效方案，使人员快速、安全、有序的撤离建筑，有效降低火灾造成的人员伤亡及财产损失关键词：；消防疏散；最优路径；楼梯拥堵中图分类号：，文献标志码：文章编号：（）牞 牞 牞 牞 牶 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牶 牷 牷 牷 随着经济的不断发展，为提高建筑空间利用率高层建筑越来越多，其内部结构也更为复杂 我国人口密度大，人员密集场所多，一旦发生事故人员逃生和火灾救援的难度增大，火灾造成的人员伤亡及财产损失逐年增长 火灾现场有大量浓烟，能见度低，人们很难准确找到适合的撤退路线，极易造成拥堵问题 目前的建筑消防疏散设计还存在一定的不足，尤其是疏散路径的选择，影响建筑的消防安全，传统的建筑消防预防方式仅局限于消防示意图和消防演练，不具有针对性，故逃生效果不佳，不能有效避免火灾突发情况 因此，在模拟现实中突发紧急逃生情况下，人们在建筑中选择其最优的逃生路径极具价值 目前，国内外学者对于建筑消防逃生路径规划进行了相关研究 马煜、陆和君 对建筑消防安全疏散设计中存在的问题进行了研究和分析，提出在高层建筑消防安全疏散设计中进行方案的优化；李杨飞、江辉仙 基于 场景实现动态灭火引导路径规划；结合蚁群算法进行路径选择建立了消防疏散系统；曾庆福、王孟平 利用 算法对天气情况和路况进行分析，使消防车辆行驶时间最短，更有利于消防人员在最短时间到达火灾现场；刘淑金等 人利用 层次分析法对监控环境的参数信息进行分析 本文借鉴国内外先进经验，对建筑消防疏散探究做出创新，根据建筑中人数及位置对消防疏散时可能造成的楼梯拥堵情况进行分第 期张芷嘉，韩成浩：基于 的建筑疏散策略优化研究 析，选择出安全有效的最短路径，确保人员安全快速的撤离建筑 建立数学模型假设有一栋三层办公楼建筑，模型整体情况如图 所示 二层和三层分别选取 ，和 ，这 个房间，一层不涉及楼梯拥挤问题，本文暂且不做考虑；二层 房间有 人，房间有 人，三层 房间有 人，房间有 人 该建筑有两个楼梯（两个楼梯大小不同），分别命名为楼梯 、楼梯 ，且每层楼梯有两段 假设楼梯 的每段楼梯可同时通行人数为 （人），楼梯 的每段楼梯可同时通行人数为 （人）；楼梯 每段楼梯通过时间设为（）；楼梯 每段楼梯通过时间设为（）；为方便计算，通过楼梯时人们自动排队，全部通过本段楼梯后，后面的人才可继续进入，普通人走路平均速度为 （）建筑的一层有两个出口，分别为 和，靠近楼梯 ，楼梯 距离 较近，故作出简化，不考虑楼梯 到达出口 和楼梯 到达出口 的距离图 三层办公楼模型 影响选择的因素分析借用 软件中路径规划算法，计算每个房间到出口的最短路径 ，以及最短距离，（单位：，不包含楼梯部分），为每段楼梯通过时间（单位：）房间 走到出口的时间（）：（）每个人互不干扰的情况下，所有人安全逃离建筑的最短时间为（）：，（）由于本文要考虑楼梯拥堵问题，那么就可能存在多种情况 以下对不同情况进行分析，设 （人）为需同行人数，（）为需走路线的距离第一种情况：如果走某一个楼梯的人数大于楼梯的最大通行人数，且不改变路线情况下，则 楼梯通行时间（）：（）则 楼梯通行时间（）：（）第二种情况：如果走 楼梯的人数大于楼梯的最大通行人数，且改变路线走另一个楼梯 ，设改变路线的人数为 （人）；则未改变路线的人的通行时间（）：吉林建筑大学学报第 卷（）则改变路线的人的通行时间（）：（）那么这些人全部的通过时间为 ，利用 中 函数在使 值最小时，取 和 的值（）判断三层 ，两房间到达的是否为同一楼梯 分别计算 ，两个房间到达出口的最短路线，判断两个房间人员分别走哪个楼梯，并记录每个楼梯通行人数（）判断每个楼梯是否存在拥堵问题 根据记录的楼梯通行人数和实际楼梯可通行人数进行对比，判断楼梯是否拥堵，计算拥堵情况下需要多少时间可使所有人通过（）判断拥堵时是否需要更换楼梯，需要多少人更换楼梯 如果两个楼梯人数不平衡时，计算更换楼梯是否更节省时间，并计算多少人更换楼梯才能使总通行时间最短，记录这些人是从哪个路线更换到哪个路线（）计算 ，房间人员到达二层所用时间 根据每个人的路线情况，分别计算三楼人员走 ，楼梯到达二层时所需要的时间，为下面二层人员疏散计算做准备（）判断三层人员到达二层时，二层人员是否已疏散完毕 根据三层人员疏散的计算方法计算二层人员疏散所用时间，通过对比两者时间，判断三层人员到达二层时，二楼的人是否疏散完成（）判断 ，楼梯剩余人数 如果疏散没有完成，分别计算二楼 ，楼梯剩余人数，对这些剩余人员进行进一步疏散（）判断楼梯是否因为三层下来的人重新造成拥堵 由于三层的人到达二层，二层楼梯人数增多，那么楼梯是否出现拥堵情况，如果拥堵，判断是否有人需要更换楼梯，计算更换楼梯人数，跟上述三层判断拥堵时是否需要更换楼梯原理相同（）计算建筑中所有人安全撤离建筑所需最短时间 前面计算了建筑中每个人的最佳路线，根据这些不同的路线，分别计算每种情况下所用的时间，取其中最大值为所有人安全撤离建筑所需的最短时间 利用 编写代码根据上述分析进行相应的代码编写（）首先设置计算条件与计算数值，把计算所需要用到的数据输入到 中，实际应用时的数据应来源于建筑的真实数据，这里使用建筑模型中的数据，选取节点情况及测量数据如图 所示?图 建筑二层所选取节点连线情况 （）根据以上数据编写代码，代码编写完成后，根据上述分析的不同情况进行数据代入得出不同结果，第 期张芷嘉，韩成浩：基于 的建筑疏散策略优化研究 所得数据见表 对比多组数据可得出结论：当楼梯拥堵时，调整一部分人的下楼路线，可减少整体逃生时长，楼梯拥堵人数差异越大，改变路线的效果越明显，撤离建筑总时间越短表 测试数据 二层到达一层过程三层到达二层过程是否根据拥堵情况调整路线房间 人数 人房间 人数 人房间 人数 人房间 人数 人三层的人走 楼梯到二层的时间 三层的人走 楼梯到二层的时间 二层的人走 楼梯到一层的时间 二层的人走 楼梯到一层的时间 撤离建筑总时间 ，不堵，不堵否 ，不堵 拥堵、不堵否 是 ，不堵 不堵、拥堵否 是 ，不堵，拥堵否 是 不堵、拥堵，不堵否 是 、拥堵、拥堵否 是 结论随着建筑行业的快速发展，建筑消防的安全问题得到了社会各界的广泛关注，传统的消防安全措施已无法满足实际需求，人员疏散的难度越来越大 所以，要做好预防措施，防患于未然，尤其是人员密集且不易疏散的场所，灵活使用现有工具对可能发生的情况进行综合分析，明确疏散路径的规划要点，保证各个路径之间有效连接，这样才能充分发挥消防疏散路径的作用，即使在火灾事故发生时，人们也能有条不紊地在短时间内撤离建筑目前，人们已在路径规划方面做出了诸多研究，但是很少有人将拥堵问题作为路径寻优的条件 本文通过 软件编程的方式，计算得出楼梯拥堵对于消防火灾安全撤离的影响，实现建筑火灾人员逃生最优路径的选择，综合分析各种因素对逃生时间的影响，而总逃生时间最短的路径为最佳路径，更有利于人员有序撤离建筑到达安全区域，以此来优化建筑中人员撤离建筑的最佳路径，既能实现对火灾建筑内部信息的预估，得到撤离建筑的理论时间，又能为人员撤离提供需求路线，使消防撤离的路径规划更具有安全性参考文献 马煜，陆和君 建筑消防安全疏散设计中存在的问题及对策研究 消防界（电子版），（）：李杨飞，江辉仙 基于 的消防灭火动态路径规划研究 福建师范大学学报（自然科学版），（）：，曾庆福，王孟平 基于 编程 算法的消防救援最佳路线研究 武警学院学报，（）：刘淑金，朱国庆，张磊 基于 层次分析法的建筑火灾人员安全疏散系统研究 安全与环境工程，（）：