基于acp方法的高层建筑火灾中人员疏散策略研究

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1、基于ACP方法的高层建筑火灾中人员疏散策略研究胡玉玲2015年5月中图分类号：TQUDC分类号：基于ACP方法的高层建筑火灾中人员疏散策略研究作者姓名胡玉玲学院名称自动化学院指导教师王飞跃研究员答辩委员会主席涂序彦教授申请学位工学博士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年5月23日AStudyofEvacuationStrategiesforHigh-riseBuildingFiresBasedonACPMethodologyCandidateName：YulingHuSchoolorDepartment:Collegeo

2、fAutomationFacultyMentor:Prof.FeiyueWangChair,ThesisCommittee：Prof.XuyanTuDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：May23th2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文

3、中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要建筑是人们工作生活的主要场所。近年来，随着社会经济的发展，以及空间的限制，高层建筑已成为国内外诸多城市建筑的主流。高层建筑存在着结构规模巨大、人员众多、出口数量有限等特点，火灾作为突发性多发性灾害构成了高层建筑内人员生命安全的重大威胁。人员疏散是目前国内外进行建筑应急减灾的重要手段。如何有效地安排人员疏散、

4、提高疏散效率，是疏散研究的重要内容。然而，高层建筑人员疏散系统是受人员、建筑结构、灾难场景相互作用和影响的复杂系统，存在着难以准确建模、难以真实实验研究的本质性困难。本文从复杂系统研究的视角，以疏散管理策略的研究为切入点，以解决复杂系统建模、分析、管理与控制的ACP（人工系统、计算实验、平行执行）方法论为指导，研究了高层建筑火灾场景下人员疏散管理策略的评估、影响因素分析、以及策略优化等问题。本文的主要研究工作包括以下几个方面：第一，建筑火灾人员疏散的综述研究。详细总结了目前国内外疏散及疏散策略研究的方法和现状，在分析研究的困难与不足基础上分析了应用AC

5、P方法论的必要性与可行性。第二，高层建筑疏散系统的建模研究。以ACP方法论为指导，以智能体技术为核心，综合空间网格与火灾数值模拟技术，构造了人工疏散系统，解决了疏散系统建模的难题。同时，为后续疏散策略的研究提供了模型基础。第三，基于火灾场景的疏散策略评估研究。以人工疏散系统为基础，结合具体火灾场景，利用计算实验的设计方法对多种疏散策略进行了量化的评估研究。一方面，给出了基于ACP方法对策略评估的具体方法；另一方面，验证了疏散策略应基于灾难场景制定的思想，对于真实火灾疏散策略的评估和制定具有指导性作用。考虑到系统的不确定性，蒙特卡罗模拟的思想被引入到了计

6、算实验当中。第四，人因对疏散策略影响的量化研究。疏散过程涉及到大量的确定与不确定因素，其中人的因素对疏散过程及疏散效率起着至关重要的影响。基于人工疏散系统模型，以前一部分研究确立的火灾场景和高效率的疏散策略为背景，利用多变量的正交和均匀计算实验设计与模拟方法实现了人群密度、人员年龄构成、人员性别比例三项客观人因，以及疏散前时间与疏散者性格两项主观人因对疏散策略影响的量化研究。I北京理工大学博士学位论文获得的量化实验数据可为建筑内人员的合理分布提供重要的参考。第五，提出群组疏散的管理策略。兼顾疏散管理策略的可实施性与路径寻优的简单实用性，基于图论理论设计

7、了群组疏散者的最短疏散路径，研究了不同规模的疏散群组的疏散过程与疏散效率，通过计算实验获得了优化的群组规模等研究结论。创新性地提出了一种新的有效疏散管理策略。第六，提出了基于平行执行的疏散策略优化方法。由于疏散是复杂的动态过程，疏散策略的优化是一个难题。基于ACP平行系统的内涵与功能，结合疏散管理需求提出了平行疏散系统的框架。以平行疏散系统为基础设计了基于数据驱动的平行互动调节机制，给出了基于这种平行互动机制的疏散策略动态优化方法。本文基于ACP方法论，对高层建筑火灾人员疏散策略相关问题进行了深入研究，有助于人们更好地认识高层建筑火灾应急疏散过程，指导

8、人员的有效疏散，提高人因对应急疏散影响的理性认识。同时，为解决建筑火灾应急疏散管理提供一个新的