基于多智能体的高层建筑分阶段火灾疏散仿真及策略研究

随着城市化进程的深入，高层建筑的数量不断增加。高层建筑在面对火灾时的高风险使得疏散过程也尤为重要。本文将高度作为分类标准，选取不同楼层作为基准层分别进行分阶段疏散，同时考虑了火灾对不同高度的影响不同而制定了新的疏散策略。在本研究中，我们通过改变疏散顺序、延迟比例和延迟时间，基于智能体模型建立了1种正常疏散场景及30种分阶段疏散场景31种不同疏散场景。案例研究结果表明，这种分阶段疏散策略对于率先疏散中、高楼层上部位人员离开着火楼层的疏散效率起到促进作用，且分阶段疏散能够在不同程度上改变人员的疏散速度和建筑内的密度。本研究为人们在面对高层建筑火灾时采用何种疏散方式提供了建议。

随着建筑工艺的进步，高层建筑应运而生，同时，城市人口激增带来了高层建筑的大量需求，高层建筑成为了建筑行业中一个快速增长的领域[1]。高层建筑与普通建筑相比具有独特的特点：建筑内空间狭长、垂直疏散距离远大于水平疏散距离，对个人体力要求高；建筑内部人员构成复杂，人员对周围环境的熟悉程度不同，人员分布不均匀，接受的安全教育程度不同；高层建筑功能繁多、可燃材料分布广等[2] [3]。这些因素使得高层建筑在面对火灾这一事故灾难时，显得更加敏感和脆弱，这也让高层建筑的紧急疏散问题成为建筑设计师、建筑居住者以及政府的主要担忧问题之一[4] [5] [6] [7]。

美国国家消防协会(NFPA)的最新统计数据显示，美国平均每年发生14,500 起高层建筑火灾，造成40 名平民死亡、520 名平民受伤，直接财产损失高达1.54 亿美元[8]。为尽量减少建筑内部火灾发生导致的人员伤亡，研究人员在改善高层建筑疏散上投入了大量的努力。例如，Soltanzadeh 等人基于人的行为模型， 以60 层的住宅建筑为案例开发了四种不同垂直通道位置的场景，研究结果表明垂直通道的位置会影响总疏散时间[9]。

Chen 等人研究了成员参数和电梯参数对于高层建筑疏散效率的综合影响， 结果表明， 所有人员使用电梯进行疏散并不是高层建筑最优的疏散方案[10]。Zang 等人研究了高层教学楼疏散的影响因素，包括疏散顺序、障碍物设置等，研究表明，密集且规律地布置障碍物会改变疏散人员的密度分布， 限制不同人员的疏散路径， 进而降低整体疏散时间[11]。

除了研究高层建筑的建筑参数及人员参数以期改善疏散效率外，疏散逃生是整个安全防范过程中非常重要的一环，这不仅需要在日常生活中加强人们在面临灾难时逃生能力的培养和相关知识的教育，还应制定更好的疏散演练方案，实现有序、快速的安全疏散。如Arewa 等人通过高层建筑火灾案例研究了原地不动策略对于疏散效率的影响，结果表明， 在轻微火灾时该策略能够有效促进高层建筑居住者的疏散，但在高层建筑发生全面火灾时原地不动的策略可能会带来不可测量的安全后果[12]。

因此， 在高层建筑火灾中采取怎样的疏散方式能够实现更高效的疏散具有十分重要的现实意义，也是本文将要探讨的核心问题。

本研究提出了一种新的分阶段疏散模型，考虑火点的不同位置，将距离火灾最近的楼层设置为基准楼层，并根据高度不同设置了三种疏散计划。基准层因距离火灾最近率先进行疏散，在基准层疏散一段时间后，基准层以上楼层及基准层以下楼层先后进行分阶段疏散。为了比较不同疏散方式之间的疏散效率，我们还引入了延迟比例和延迟时间两个参数，按照不同的延迟比例采取分阶段疏散，同时不断提高