一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统，包括疏散指示设置子系统，火灾监测和预测子系统，动态疏散指示调整子系统和人群疏散预测子系统。首先，根据疏散指示设置子系统来设置大型公共建筑中的疏散指示分布；其次，考虑大型公共建筑中发生的火灾事故，运用多种火灾探测器，获取火灾发生的位置以及强度等信息，并采用计算机模型对火灾的发展做出预测；然后，根据火灾的发展来动态调整疏散指示，保证疏散指示指向安全的区域；最后采用所建立的一种考虑疏散指示作用的元胞自动机疏散模型，对人群疏散进行预测，将预测结果反馈至动态疏散指示调整子系统，根据人群密度和疏散时间等情况再次修正疏散指示，提高疏散效率。
【专利说明】一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统
【技术领域】
[0001]本发明是一种结合计算机模拟技术、传感器技术以及通讯技术等多种技术的动态应急疏散指示系统，属于大型公共建筑消防安全领域。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化进程的不断加快，大型公共建筑不断增多，如办公建筑，商业建筑，科教文卫建筑，通信建筑以及交通运输类建筑等建筑场所，成为广大人民群众文化和经济生活中非常重要的一部分。大型公共建筑的建筑结构具有空间高、跨度大、面积大等特点，其中包括一些地下建筑，这些场所一般没有直接对外开启的门窗，封闭性更强，还有些场所的物品集中、可燃物多、火灾载荷较大，易发生火灾事故。大型公共建筑中人群高度聚集、人群特性差异较大、流动性很大，对建筑结构往往不够了解，一旦在大型公共建筑中发生火灾事故，人群容易恐慌，若不通过科学的疏散引导，极易形成紊乱、冲突的疏散人流。由于其特殊的建筑结构和人群特点，大型公共建筑成为群死群伤和经济损失惨重等恶性事件的易发地点。因此，大型公共建筑的应急管理研究具有十分重要的意义，而疏散指示系统是大型公共建筑应急管理体系里重要的一部分。
[0003]目前大型公共建筑多采用的是传统的疏散指示系统，它的疏散指示方向固定，采用“就近指引”原则，不能结合火灾等事故的发展以及人员疏散情况来动态变化，易将人群引入危险区域，一般也无集中控制，不能实现疏散指示相互间的通讯以及优化，而且疏散指示作为单体存在于建筑物内，增加了日常维护和检修的难度。近年来出现了多种智能疏散指示系统，这些智能系统将疏散指示与消防报警系统联动，可以根据火灾的发生调整疏散指示的方向。但也存在一些不足，现有的智能疏散系统往往没有将火灾事故的发展情况和建筑物内人群疏散情况以及相关预测考虑在内，这样可能导致疏散指示一定程度的滞后，不能将人群快速疏散到安全区域。国内针对智能疏散指示系统的法规缺乏，针对疏散指示的布局设置的规定较少，而且研究多以算法优化为主，实际应用较少。
[0004]本发明针对当前大型公共建筑的人群疏散问题，弥补疏散指示系统中现存的不足，提出了一种动态消防应急疏散指示系统，该系统不仅将传统疏散由“就近指引”转变为“安全指引”，静态转为动态，事中调整转为事前调整，还考虑火灾发展和人群疏散对疏散指示调整的影响，并将火灾预测、人群疏散预测和疏散指示的调整结合起来。
【发明内容】
[0005]本发明针对当前大型公共建筑的疏散指示系统中存在的不足，提出了一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统。
[0006]本发明是通过以下技术方案得以实现的:
[0007]—种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统，包括疏散指示设置子系统，火灾监测和预测子系统，动态疏散指示调整子系统，人群疏散预测子系统。
[0008]首先，根据疏散指示设置子系统来设置大型公共建筑中的疏散指示分布，包括指示的方向和位置，该系统采用计算机波扩散算法并综合考虑公共建筑中的防火分区和障碍物布局，以各疏散出口为目标点划分为不同的区域，得到建筑物内的距离危险度图和疏散范围图，再进一步结合疏散指示标志的相关法规设置疏散指示，实现在没有事故发生的正常情况下疏散指示指向距离最近的安全疏散出口；
[0009]其次，考虑大型公共建筑中发生的火灾事故，运用多种火灾探测器，获取火灾发生的位置以及强度等信息，根据探测器获得的各种参数，建立火灾发展的元胞自动机预测模型，对火灾的发展做出预测并显示；
[0010]然后，根据火灾的发展来动态调整疏散指示，疏散指示之间的通讯是双向的，由总控制平台依据设定的计算机算法，控制疏散指示的方向，疏散指示原则由“就近疏散”变为“安全疏散”，保证疏散指示指向安全的区域；
[0011]最后，根据视频图像等人员信息获取设备，获取人群的初始分布，采用一种考虑疏散指示作用的元胞自动机疏散模型，对人群疏散进行预测，将预测结果反馈至动态疏散指示调整子系统，根据人群密度和疏散时间等情况再次修正疏散指示，提高疏散效率，从而使疏散指示系统在“安全疏散”基础上实现“高效疏散”。
[0012]与现有技术相比，本发明为疏散指示的布局设置提出了一种新方法，将火灾事故的发展和人群疏散情况运用计算机技术进行了预测，考虑了疏散指示随火灾发展和人群疏散情况的动态调整，可以为决策者提供更为直观的事故信息，为处理大型公共建筑的火灾事故提供决策依据，尽可能的减少经济财产和人员伤亡损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明涉及的一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统构成原理图；
[0014]图2是本发明涉及的计算机波扩散算法流程图；
[0015]图3是本发明涉及的动态疏散指示调整子系统原理图；
[0016]图4是本发明涉及的人群疏散子系统原理图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述实例。
[0018]如图1所示，为本发明的一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指示系统的构成原理图，包括疏散指示设置子系统，火灾监测和预测子系统，人群疏散预测子系统，动态疏散指示调整子系统四个子系统。各子系统以及子系统之间的关系如下所述:
[0019]1、疏散指不设置子系统
[0020]该系统采用计算机波扩散算法并综合考虑公共建筑中的防火分区和障碍物布局，以各疏散出口为目标点划分为不同的区域，得到建筑物内的距离危险度图和疏散范围图，再进一步结合疏散指示标志的相关法规设置疏散指示，实现在没有火灾事故发生的正常情况下疏散指示指向距离最近的安全疏散出口，具体分以下几步:
[0021](I)将建筑空间离散化成网格，根据建筑物的布局将整个空间划分为障碍点和自由点，再根据一种改进的波扩散算法对建筑空间内的所有自由点进行遍历，得到各个点距最近出口的距离，波扩散的具体步骤如下:
[0022]I)空间内的任意一点都具有两个属性值，即距离值Distance[i，j]和出口归属值Belong[i, j],前者代表空间中的点距离最近出口的远近,后者代表该点距离哪一个出口最近，(i，j)为该点的位置坐标。其中距离值的初始设定为:疏散出口的点的距离值设定为最小值0，其他点的距离值设定为一个极大值Max;出口归属值的初始设定为:疏散出口的点的出口归属值设定为各自的出口编号，其他点的出口归属值设定为O ;
[0023]2)将空间内的疏散出口点设置为初始扩散点，从扩散点开始向周围直接相邻的点进行扩散，相邻点分为两类，一类位于扩散点的“上，下，左，右”的四个点，另一类为位于扩散点斜向的四个点，第一类点的临时距离值为扩散点的距离值加LI,如Distance[i+1, j] =Distance [i, j]+Ll ;第二类点的临时距离值为扩散点的距离值加L2,如Distance [i+1, j+1
]=Distance [i, j]+L2。本例中可取Ll=I, L2=>/2。如果临时距离值小于该点之前的距离值，
则该点当前的距离值变为临时距离值，并且该点的出口归属值等于扩散点的出口归属值。在扩散过程中，只对自由点进行遍历，对障碍点不进行遍历，每一个距离值不为Max的自由点都可作为扩散点进行扩散，直到所有自由点的距离值和出口归属值都不再改变为止；
[0024]3)通过遍历，可以得到空间内所有自由点的距离值和出口归属值，即得到空间内每个位置距最近疏散出口的距离以及该位置距离哪一个疏散出口最近。根据空间内所有点的距离值进行作图，其中不同距离值根据其大小用不同的颜色以及深浅来表示，可以得到整个建筑空间内的距离危险度图。根据空间内所有点的出口归属值进行作图，其中出口归属值相同的点用同一种颜色表示，可以得到整个建筑空间内的疏散范围图。
[0025]通过所述的波扩散法得到的建筑物内距离危险度图和疏散范围图，可以直观的看到建筑物内哪些位置距离疏散出口较远，各疏散出口控制的疏散范围有多大，有利于后期的疏散指示标志的设置。
[0026](2)根据第(I)步获得的建筑物内的距离危险度图和疏散范围图，进一步结合疏散指示标志相关法规设置疏散指示，他们安装位置和间距等符合国内相关法规的要求，如《消防安全标志》GB13495-1992、《消防安全标志设置要求》GB15630-1995、《建筑设计防火规范》GB50016-2006等。其中，疏散指示主要分为安装在墙面和地面两种，疏散指示为可调整方向的双向指示标志，指示标志的状态有三种，分别为一个方向的指示灯亮，两个方向的指示灯都亮，两个方向的指示灯都灭。疏散指示标志正常工作状态下，第一种表示指示灯亮的方向为最近疏散方向或安全疏散方向，第二种表不两个方向的疏散距离相近或者两个方向都为安全疏散方向，第三种表示疏散指示指向的两个方向都不为安全疏散方向。初始设置疏散指示时，指向最近疏散出口方向的灯亮，另一方向灭，若两个方向距离两个疏散出口的距离相近，则都亮，这样就可以实现在没有事故发生的正常情况下疏散指示指向距离最近的安全疏散出口。
[0027]2、火灾监测和预测子系统
[0028]本发明涉及的大型公共建筑中的火灾监测和预测子系统主要包括两个部分，如下:
[0029](I)运用设置在建筑物内的感烟探测器、感温探测器、感光探测器、视频探测器以及复合式探测器等火灾探测器中的一种或多种，获取火灾发生的位置、类型、强度、温度、可见度等多种信息。[0030](2)运用火灾探测器监测得到的多种事故信息，采用计算机模拟技术，建立火灾的预测系统。主要步骤如下:
[0031]I)建立火灾发展的计算机模型，该模型为元胞自动机火灾预测模型，模型中采用的理论公式有:
[0032]①火灾模型:采用T2火模型，其公式如下:
[0033]Q = a t2 (I)
[0034]式中Q-火源功率(kw )
[0035]α——火灾增长系数(kw/s )
[0036]t——点火后的时间(s )
[0037]α作为火灾增长系数，反映了火灾蔓延的快慢，根据α的大小可分为缓慢、中等、快速、超快速四种火灾类型。
[0038]②烟气扩散模型:采用高斯羽流模型，
[0039]其烟尘浓度公式如下:
【权利要求】
1.一种针对大型公共建筑的动态消防应急疏散指不系统，其特征在于，包括: 疏散指示设置子系统，采用计算机波扩散算法，根据大型公共建筑内的建筑物布局和疏散指示标志的相关法规，设置疏散指示的分布； 火灾监测和预测子系统，依靠火灾探测器获得事故发生的相关信息，并采用元胞自动机火灾预测模型对火灾发展做出预测； 动态疏散指示调整子系统，根据火灾发展和人群疏散情况，来动态调整疏散指示的指向； 人群疏散预测子系统，根据人群的初始分布和疏散指示，采用一种考虑疏散指示作用的元胞自动机疏散模型，来预测并显示人群的疏散过程。
2.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 将大型公共建筑的建筑空间离散化，采用计算机波扩散算法，结合建筑物内的防火分区和障碍物布局，以各疏散出口为目标点划分为不同的区域，得到建筑物内的距离危险度图和疏散出口的疏散范围图；所述计算机波扩散算法具体为: 2.1)空间内的任意一点都具有两个属性值，即距离值Distance[i，j]和出口归属值Belong [i, j]，前者代表空间中的点距离最近出口的远近,后者代表该点距离哪一个出口最近，(i, j)为该点的位置坐标。其中距离值的初始设定为:疏散出口的点的距离值设定为最小值0，其他点的距离值设定为一个极大值Max ;出口归属值的初始设定为:疏散出口的点的出口归属值设定为各自的出口编号，其他点的出口归属值设定为O ; 2.2)将空间内的疏散出口点设置为初始扩散点，从扩散点开始向周围直接相邻的点进行扩散，相邻点分为两类，一类位于扩散点的“上，下，左，右”的四个点，另一类为位于扩散点斜向的四个点，第一类点的临时距离值为扩散点的距离值加LI,如Distance[i+1, j]=Distance[i, j]+Ll ;第二类点的临时距离值为扩散点的距离值加L2,如Distance [i+1, j+1]=Distance[i, j]+L2 ;如果临时距离值小于该点之前的距离值,则该点当前的距离值变为临时距离值，并且该点的出口归属值等于扩散点的出口归属值；在扩散过程中，只对自由点进行遍历，对障碍点不进行遍历，每一个距离值不为Max的自由点都可作为扩散点进行扩散，直到所有自由点的距离值和出口归属值都不再改变为止； 2.3)通过遍历，可以得到空间内所有自由点的距离值和出口归属值，即得到空间内每个位置距最近疏散出口的距离以及该位置距离哪一个疏散出口最近；根据空间内所有点的距离值进行作图，其中不同距离值根据其大小用不同的颜色以及深浅来表示，得到整个建筑空间内的距离危险度图；根据空间内所有点的出口归属值进行作图，其中出口归属值相同的点用同一种颜色表示，得到整个建筑空间内的疏散范围图。
3.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 根据建筑物内的距离危险度图和疏散范围图，进一步设置疏散指示，其中疏散指示分为安装在墙面和地面两种，疏散指示为可调整方向的双向指示标志，指示标志的状态有三种，分别为一个方向的指示灯亮，两个方向的指示灯都亮，两个方向的指示灯都灭；疏散指示标志正常工作状态下，第一种表示指示灯亮的方向为最近疏散方向或安全疏散方向，第二种表示两个方向的疏散距离相近或者两个方向都为安全疏散方向，第三种表示疏散指示指向的两个方向都不 为安全疏散方向；初始设置疏散指示时，指向最近疏散出口方向的灯亮，另一方向灭，若两个方向距离两个疏散出口的距离相近，则都亮，这样就能实现在没有事故发生的正常情况下疏散指示指向距离最近的安全疏散出口。
4.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 火灾探测器包括感烟探测器、感温探测器、感光探测器、视频探测器以及复合式探测器中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 疏散指示和各种火灾探测器和人员信息获取设备通过通讯电路联成网络，各种信号上传至总控制平台，并受总控制平台的控制。
6.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 运用火灾探测器监测得到的多种事故信息，采用计算机模拟技术建立火灾的预测系统，步骤如下: 6.1)建立火灾发展的计算机模型，该计算机模型为元胞自动机火灾预测模型，模型中采用的理论公式有: ①火灾模型:采用T2火模型，其公式如下:
7.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 人群疏散预测子系统所采用的是一种考虑疏散指示作用的元胞自动机疏散模型；人群疏散预测子系统用于: . 7.1)根据人员信息获取设备获取的人群分布来初始化预测模型中的人群分布，并按照人群特性设置不同的人员初始运动参数； . 7.2)针对每一时刻的人员所处位置，判断周围最近出口和疏散指示的可用性； .7.3)若疏散出口和疏散指示可用，再判断所处位置，若位于疏散出口区域时，采用“最短路径”的疏散策略；若位于疏散指示区域时，采用“跟随指示”的疏散策略；若疏散出口和疏散指示不可用，则再寻找距离人员最近的可用的疏散出口和疏散指示； 7.4)实时输出疏散人数，疏散速度以及疏散时间等参数，并利用安装在各个出口处的人员检测设备，获得各个疏散出口区域内的人群密度，再结合疏散出口的宽度信息，确定并输出各个疏散出口区域的人群危险度值；. 7.5)对所有人员进行遍历模拟，当所有人疏散出建筑物，疏散结束。
8.根据权利要求1所述的动态消防应急疏散指示系统，其特征在于，还包括: 动态疏散指示调整子系统根据火灾发展和人群疏散情况进行动态调整，在保证安全的情况下，根据人群密度和疏散时间调整疏散指示，提高疏散效率；动态疏散指示调整子系统进行指示调整的用于: . 8.1)根据疏散指示设置子系统得到空间内各个位置的出口归属值，即距离哪个出口最近，即可得到各个疏散指示的出口归属值，当某个出口因为火灾发生不能使用时，出口归属值为该出口编号的疏散指示调整疏散指示方向，指向离开该出口的方向；. 8.2)当疏散指示方向指向的前方一定范围发生火灾时，疏散指示立即改变方向，并将信息传达给相邻的疏散指示，相邻的疏散指示收到信息后调整方向，并继续往相邻的疏散指示方向传递信息，使得指向火灾发生位置的疏散指示调整方向； . 8.3)针对未受火灾影响的疏散出口和疏散指示，根据人群疏散预测子系统得到的各疏散出口区域内的人群危险度值，若该值过高时，则指向该出口的疏散指示改变方向，指向邻近安全出口； .8.4)针对未受火灾影响的疏散出口和疏散指示，对比人群疏散预测子系统得到的各出口的疏散时间，若相邻两个出口的疏散时间比值超过一定阈值，则根据各疏散出口的实时疏散人数，选择一个时间节点，在该时间节点后改变疏散指示的方向，使人员选择相邻安全出口疏散； . 8.5)对全部疏散指示的指向有效性进行判定，即调整后疏散指示指向的方向是否存在另一处危险区域，若不存在危险区域，说明调整后的疏散指示指向安全区域，该疏散指示指向有效，若存在危险区域，则说明调整后疏散指示的方向仍是危险区域，该疏散指示指向无效，即疏散指示两个方向的指示灯都灭，告诉被困者疏散指示的两个方向都存在危险区域，应选择其他方式进行逃生。
【文档编号】A62B3/00GK103830855SQ201410101261
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】宋卫国, 刘晓栋, 曹淑超, 吕伟 申请人:中国科学技术大学