基于图论与排队论的人员疏散优化模型研究_熊立春

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1、第14卷第3期安全与环境学报Vol．14No．32014年6月JournalofSafetyandEnvironmentJun．，2014文章编号:1009-6094(2014)03-0166-06由于人工神经网络方法在解决寻优路径最优化问题时，［7］［8］存在网络的稳定性问题;而蚁群算法、改进多蚁群算法、基于图论与排队论的人员［9］遗传算法在解决两点间最短距离问题时，在算法上较复*疏散优化模型研究杂。本文运用图论的方法解决任意两点间最短距离问题，使进行应急疏散路径规划时，从起始点到目标点的寻优路径

2、策熊立春1，2，杨立兵1，3，陈建宏1，郑海力1，石东平1略更简单实用。同时由于出口宽度的限制，人员必然出现排(1中南大学资源与安全工程学院，长沙410083;队等待的现象，因此应用排队论的一些理论结合“图论”模2中国电子科技集团公司第四十八研究所，长沙410111;型，综合考虑建筑物结构及人员个体特性，建立人员疏散模3荆州市烟草专卖局，湖北荆州434000)型，并以某办公楼建筑物处于火灾事故中为场景进行人员疏散模拟。摘要:以办公楼火灾事故为场景，着重对人员疏散运动时间进行优1疏散人流化，主要考虑缩

3、短应急疏散过程中的人员反应时间及疏散运动时间，通过选择图论理论对疏散最短路径进行优选，对壅滞时间的优化则选1.1人员疏散安全准则用排队论理论，提出了防止人群排队壅滞的安全判据，构建了一个基当建筑物发生火灾后，其内的人员能否安全疏散主要取于图论与排队论的疏散优化模型。以某办公楼建筑为例进行疏散模决于两个特征时间:一是可用安全疏散时间(AvailableSafety拟，研究了其在火灾场景下的出口宽度，疏散通道长度，分支入口数、EgressTime，ASET)，表示火灾发展到对人构成危险所需的时宽度以及人

4、员移动速度等对疏散时间的影响。结果表明，建立的基于间;另一个是所需安全疏散时间(ＲequiredSafetyEgressTime，图论与排队论的疏散模型，对于合理设计疏散路线和优化建筑物的出［10－12］ＲSET)，即人员疏散到达安全区域所需要的时间。如果口和通道结构具有一定的实用价值。能够保证建筑物内所有人员的可用安全疏散时间大于安全疏关键词:安全工程;人员疏散;图论;排队论;优化模型散时间，则在发生火灾的情况下，建筑物中的人员安全是有保中图分类号:X91文献标识码:A障的，该建筑物的防火安全设计

5、是成功的。人员疏散安全准DOI:10.13637/j．issn．1009-6094.2014.03.037则见图1。0引言设从起火到室内人员觉察到起火的时间为火灾探测报警随着人口的增长及商业化进程的不断加快，建筑物越来时间T1，疏散准备所用的时间为人员反应时间T2，疏散到达越高，尤其是体育娱乐场馆、商业建筑、会展会议厅、科教文卫安全地带的时间为人员疏散运动时间T3，则所需安全疏散时建筑、办公建筑及交通建筑等公共建筑的内部空间越来越大，间ＲSET=T1+T2+T3。可用安全疏散时间ASET是指从火灾发

6、生到开始对人员容纳的人数越来越多，存在的安全隐患导致的后果也趋于严的安全构成实际威胁的时间段。对于建筑物内的火灾而言，重。因此，保障人群安全、快速和有序地疏散至关重要。疏散其发生到熄灭的过程可以分为3个必然阶段和1个可能阶模型提供了一种评估人员在设计场景中疏散行为的方法。［10，13］目前，面向大型场馆应急疏散方面的研究模型主要有元段，共4个阶段:可燃物的着火与燃烧初期S1(第一阶胞自动机模型［1－2］、智能体模型［3］、格子气模型［4］等。这些段)、燃烧增长期S2(第二阶段)、燃烧旺盛期S3(第三

7、阶段)、模型主要是根据当前情况对下一步疏散路径进行分析，但在燃烧衰减期S4(第四阶段)。其中S1、S2以及S4为必然阶段，提供全局优化的个体时空路径分析方面并不是很理想。其他S3为可能阶段。［5］保证人员安全疏散的基本条件，即疏散安全准则是疏散模型有以功能单元为基础的精细网格区域疏散模型、在Hughes模型基础上建立的考虑障碍物存在的二维房间内ASET＞ＲSET=T1+T2+T3(1)［6］而火灾对于人员的伤害主要是从第三阶段开始的，因此，行人疏散宏观模型。由于人员疏散仿真的复杂性，目前还没有足够精

8、确且具有普遍适用性的人员疏散计算模型。图1通用的火灾发展与人员疏散的时间线Fig．1Generaltimelineoffiredevelopmentandevacuation*收稿日期:2013－03－09作者简介:熊立春，博士研究生，从事人员应急疏散研究;陈建宏(通信作者)，教授，博士生导师，从事采矿工程、数字矿山、应急预警及人员疏散研究，cjh@263.net。1662014年6月熊立春，等:基于图论与排队论的人员疏散优化模型研究Jun．，2014对于建筑物内的人