大型建筑紧急疏散的动态优化模型及应用

本文针对大型建筑的紧急疏散问题，首先将建筑划分为多个区域，所有区域设为一个状态集合，区域人数设为状态值，区域间人员的转移数量设为状态转移量，构建出一个大型建筑的状态网络。然后，以疏散时间为决策变量，建立基于状态网络理论的动态优化模型。并在获得各区域的拥堵程度和潜在拥堵点的基础上，使用调度因子生成最优的疏散策略。最后，通过实例模拟验证了模型的可行性和疏散策略的高效性。

大型建筑通常都是当地的地标建筑，人群聚集场所。在火灾等突发状况下，由于建筑结构上的复杂性和建筑规模的庞大性，其人员快速疏散策略显得尤为重要，也得到了大型建筑设计者和管理者的广泛关注。

早在20 世纪30 年代， 人员疏散研究已经在美国初步兴起， 主要用于火灾科学领域。

20 世纪50~60年代， 前苏联Predtechenski， Milinski 等人[1]进行了大量观测统计工作， 归纳出人员疏散流动的基本规律。

日本学者Togawa [2]对密集人群的疏散行为、移动速度进行研究， 推导出疏散时间近似公式。

加拿大Pauls [3]等人总结出一系列关于多层建筑疏散时间的经验公式，认为疏散速度与通道宽度呈非线性关系。我国在这一领域的研究主要集中于计算机模拟仿真，具有代表性的工作包括高层建筑人员疏散仿真模型Building Evac [4]、基于元胞自动机的人群疏散模型[5]、以及基于几何方法的疏散仿真模型GAEvac [6]等。

以上研究大多没有考虑到人员疏散的动态性，且在疏散过程中过于强调人为引导，给疏散工作带来难度。

本文在充分考虑人员疏散的动态性的基础上， 提出一种动态模型， 将大型建筑抽象为状态网络[7]， 建立关于疏散人数变化的动态方程组，寻找潜在会发生拥堵的地点，再对这些点进行调度建立新的方程组，开发出紧急疏散下的动态优化[8]模型，最大化降低疏散工作难度，提高紧急疏散的效率。

2. 使基于状态网络理论的动态优化模型 大型建筑通常人员众多且出口有限，在紧急疏散时，很可能造成局部堵塞，会严重影响疏散的速度和安全[9]。因此，进行疏散规划首先应找出建筑的潜在拥堵点，再对潜在拥堵点进行疏散优化，进而提高疏散效率。

2.1. 潜在拥堵点 为了寻找潜在拥堵点， 首先将建筑的每一层都划分为多个区域， 划分规则为：对于含有楼梯的区域， 应保证通往下一层的楼梯数量尽可能相等；由于大型建筑内部构造往往是多样化的，为了便于计算，划