基于多层建筑整体结构与条件数据建立的适应性疏散方法与流程

本发明涉及安全疏散领域，更具体地说，涉及基于多层建筑整体结构与条件数据建立的适应性疏散方法。

背景技术：

近年来，公共场所安全事故时有发生，包括但不限于火灾，抢劫，恐怖活动等突发事故使得个人在公共场合的人身安全问题难以得到有效保证，这也使得越来越多的人对于公共场合人员的疏散问题越发重视；

当前主流的人群疏散方案大多利用图论与统计学的方法对于特定建筑进行细致化的人员疏散分配，这当然在很大程度上可以获得理论上的人员最优疏散策略，甚至可以精确到每个通道，每台电梯，每个出口在特定时间人员容纳的数量。但是，如此精确的人员分配在突发事故发生的情况下却难以得到有效实施，甚至可能会因为少量疏散人员的不配合而导致整个疏散网络的崩溃，由此导致类如拥挤踩踏事故等更加严重事故的发生。而且很多主流疏散策略在进行人员疏散分配时没有考虑行动不便的残疾人员的疏散方式以及突发事故可能带来的部分通道无法正常使用问题，这也给人员的整体疏散埋下不小的隐患；

对于有地下楼层的低层建筑来说，地下楼层中的人员疏散也是一个很大的问题。在多数情况下，地下楼层与地面楼层之间在疏散问题上可能会发生一定的冲突，这也需要对于整体的疏散分配方式进行一个很好的协调。而且在面对突发事故造成的影响时，需要有选择性的放弃一些较为危险的通道或者出口，此时其它通道或出口容纳的人数会有很大程度的增加，这时整体的疏散分配可能也要做出一些相应的改变。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于多层建筑整体结构与条件数据建立的适应性疏散方法，它可以实现在简单条件下，有残疾人员参与疏散条件下以及有突发事故导致某段通道无法正常通行条件下都可以获得人员分配的最优策略并能够完成人员的疏散分配。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

基于多层建筑整体结构与条件数据建立的适应性疏散方法，第一步，通过对多层建筑整体结构的分析，了解人员疏散所需要的道路，对于疏散情况进行合理假设，并根据人员的密集程度考虑两种简单条件下的人群疏散情况，建立简单条件下人群的适应性疏散模型；

第二步，考虑残疾人员对于整个疏散过程的影响，建立在有残疾人员参与疏散情况下的人群疏散模型；

第三步，考虑因突发事故造成某段通道无法正常通过所带来的影响，建立在有突发事故发生情况下的人群疏散模型。

优选地，所述的第一步中，两种简单的条件下的人群疏散情况分别为：

在人员较为稀疏时，利用日本手算法和经验公式法建立人员疏散的r.j模型；

在人员较为密集时，采用排队论和密集求法建立人员疏散的p.m模型；

然后运用极限思想，通过lingo软件实现人员的最优疏散策略以及最小疏散时间。

优选地，所述的第一步中还假设突发事件发生时人群立即疏散；人员间距和每个人的身体厚度按照平均水平计算，保持不变；在人员较为稀疏时，人群可以直接按照既定速度通过疏散通道以及出口；在人员较为密集时，人群在疏散过程中速度会受到影响，导致疏散速度减缓；以及假设在疏散过程中，人员通过出口时没有发生间断的情况。

优选地，所述的运用极限思想为达到各个出口人群完全疏散时间完全相等的结果，即：t＝limt1＝limt2＝limt3＝…；

其中：t：理论上人群完全疏散所用的时间；

ti:从第i个出口离开的人群完成疏散所用的时间，i＝1，2，3，4，…；

然后对于多层建筑整体结构进行模型编程，通过lingo软件运行程序获得疏散时间的最优解以及通往各个出口的人数；然后分析通往各个出口的人数，得到各个出口人数的实际范围，然后验证最优化结果。

优选地，所述的第二步中，将行动不便的残疾人全部安排乘电梯疏散，建立整个过程中电梯的初步移动模型，通过对电梯的启动、停止以及残疾人员的数量进行分析，对电梯的初步移动模型进行优化与修改，结合已建立的p.m疏散模型，建立有残疾人员参与疏散的p.m-c疏散模型，通过计算获得在此种情况下最短的疏散时间和最优的人群疏散策略。

优选地，所述的第三步中，对事故造成的影响进行假设，并通过讨论受到影响的道路或出口的位置，得到在不同情况下的新型优化方案，并且进一步结合p.m模型，建立有突发事故发生情况下的p.m-t模型；通过计算得到在此种情况下的最短疏散时间以及最优疏散策略。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明提供的基于多层建筑整体结构与条件数据建立的适应性疏散模型，根据人员的密集程度，人群组成以及突发事故对于整个疏散过程的影响，对于人员的疏散分配分别进行讨论，并由此得到整个疏散过程中的人员最优疏散策略与路径最优选择；这种方法一方面避免了在突发情况发生时，由于人群疏散的调度过于混乱，造成疏散效率低下的问题；另一方面，也使得疏散的安全性有较大的提高，在较大程度上避免了残疾人员疏散慢以及踩踏事故的发生。

附图说明

图1为本发明卢浮宫整体结构与条件数据进行分析时的人员疏散系统流程图；

图2为本发明残疾人参与疏散过程时电梯运动过程的速度-时间关系示意图之一；

图3为本发明残疾人参与疏散过程时电梯运动过程的速度-时间关系示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，基于多层建筑整体结构与条件数据建立的适应性疏散方法，

第一步，通过对多层建筑整体结构的分析，了解人员疏散所需要的道路，对于疏散情况进行合理假设，并根据人员的密集程度考虑两种简单条件下的人群疏散情况，建立简单条件下人群的适应性疏散模型；

第二步，考虑残疾人员对于整个疏散过程的影响，建立在有残疾人员参与疏散情况下的人群疏散模型；

第三步，考虑因突发事故造成某段通道无法正常通过所带来的影响，建立在有突发事故发生情况下的人群疏散模型。

所述的第一步中，两种简单的条件下的人群疏散情况分别为：

在人员较为稀疏时，利用日本手算法和经验公式法建立人员疏散的r.j模型；

在人员较为密集时，采用排队论和密集求法建立人员疏散的p.m模型；

然后运用极限思想，通过lingo软件实现人员的最优疏散策略以及最小疏散时间。

所述的第一步中还假设突发事件发生时人群立即疏散；人员间距和每个人的身体厚度按照平均水平计算，保持不变；在人员较为稀疏时，人群可以直接按照既定速度通过疏散通道以及出口；在人员较为密集时，人群在疏散过程中速度会受到影响，导致疏散速度减缓；以及假设在疏散过程中，人员通过出口时没有发生间断的情况。

所述的运用极限思想为达到各个出口人群完全疏散时间完全相等的结果，即：t＝limt1＝limt2＝limt3＝…；

其中：t：理论上人群完全疏散所用的时间；

ti:从第i个出口离开的人群完成疏散所用的时间，i＝1，2，3，4，…；

然后对于多层建筑整体结构进行模型编程，通过lingo软件运行程序获得疏散时间的最优解以及通往各个出口的人数；然后分析通往各个出口的人数，得到各个出口人数的实际范围，然后验证最优化结果。

所述的第二步中，将行动不便的残疾人全部安排乘电梯疏散，建立整个过程中电梯的初步移动模型，通过对电梯的启动、停止以及残疾人员的数量进行分析，对电梯的初步移动模型进行优化与修改，结合已建立的p.m疏散模型，建立有残疾人员参与疏散的p.m-c疏散模型，通过计算获得在此种情况下最短的疏散时间和最优的人群疏散策略。

所述的第三步中，对事故造成的影响进行假设，并通过讨论受到影响的道路或出口的位置，得到在不同情况下的新型优化方案，并且进一步结合p.m模型，建立有突发事故发生情况下的p.m-t模型；通过计算得到在此种情况下的最短疏散时间以及最优疏散策略。

实施例：

下面以卢浮宫为例，在整个疏散过程中，疏散的的方向需要有一致性；即使在某些地方通过人员不同方向的移动可能会使得疏散时间在理论上具有一定程度的减少，但是从全局来看，这样方向的混合调节可能会在较大程度上增加不确定事件(如踩踏事故、人群恐慌等)的发生；因此，在条件允许的情况下，整个疏散流程可以以每一层楼为单位，使人群沿同一方向疏散，即整体向下运动；

卢浮宫对于-1，-2层，我们令其通过-2层螺旋阶梯，从金字塔入口进行疏散，对于0，1，2层，我们令其从黎塞留通道入口，卡鲁塞尔入口，狮门入口疏散；

在疏散人群较为稀疏时，人员全部从0层、1层、2层安全疏散时间即2层游客完全疏散的最大时间人员从2层展厅内疏散至楼梯口的时间t1为：

其中l为展厅内到展厅门口的最远距离，di为i楼层疏散走道的距离，v为人员撤离时的移动速度；

人员在2层通过楼梯到达0层的时间t2为：

其中为人流密度，w为楼梯的宽度，t0为人员移动完全不受阻时下一层所用的时间(由楼梯长度除以人员的移动速度得到)；

人员从0层楼梯口至完全撤离的时间t3为：

其中d0为0层楼梯口到0层出口之间的距离，v为人员撤离时的移动速度；

由此得到人群全部从0层、1层、2层疏散的时间为：

-1层和-2层人群从金字塔入口疏散，安全疏散时间即-1层游客完全疏散的最大时间；

人群从-1层展厅内疏散至楼梯口的时间t4为：

其中l为展厅内到展厅门口的最远直线距离；d-1为展厅门口到楼梯口之间的距离v为人员撤离时的移动速度；

人群从-1层下到第-2层的时间t5为：

其中s-1为-1层展厅的面积，w为楼梯的宽度，v为人员撤离时的移动速度，t0为人员移动完全不受阻时下一层所用的时间(由楼梯长度除以人员的移动速度得到)；

设-1层下到-2层的时间内，-2层疏散了x人，则：

其中w'为螺旋梯的宽度，可求得：

x＝(t4+t5)w'v；

所以，人群从-2层全部疏散的时间t6为：

所以-1、-2层人群全部从金字塔入口疏散的时间为：

所以在疏散人群稀疏的情况下所有人员都从卢浮宫安全疏散的最短时间为：

tmin＝max{t1+t2+t3,t4+t5+t6}

在疏散人群密集的情况下，人员之间的疏散会造成出口堵塞，此时很难对于整个拥挤过程进行分析；因此可以将整个出口处的人群看做是按列排队并且每列恰好是每个通道能够同时通过的最大人数；

当人群来到出口时，虽然有四个出口，但是人群的流动速度是不变的，因此整个过程只是相对于人群分成了4列疏散；

设金字塔入口，黎塞留通道入口，卡鲁塞尔入口，狮门入口分别为第1，2，3，4个出口，每个出口能够同时通过的最大人数为：

其中：wi为第i个出口的宽度,d0为人的平均体宽，i＝1,2,3,4；

可以得到整个队伍的长度：

其中pi为从第i个出口离开的人数，d距为人与人之间的平均间距与人的平均厚度之和。

假设每一层的楼梯数目都为j，在每一个楼梯的竖直截面上，我们发现人群的流动速度仍相等。所以我们也可以将人群在楼梯上的运动看做人群分为几列同时运动，这与出口处相似。则每个楼梯口允许同时通过的人数为：

其中：w为楼梯的宽度，d0为人的平均体宽；

由-1层下到-2层，由于发生拥挤时人员较为密集，且-1层到-2层有3个楼梯；此时设-1，-2层总人数分别为n-1,n-2；-1层人群距-1层楼梯最近的距离为d-1，所以-1层人员到达-2层所需时间为：

此时-2层已经走上螺旋阶梯离开的人数为：

n-2′＝vt-1-2′njmax

全部-1层人员进入-2层所需时间：

此时-1层走上螺旋阶梯离开的人数为：

n-2″＝vt-1-2njmax

由于-1到-2层有3个阶梯，-2到金字塔入口只有一个螺旋阶梯，所以有：

n-2-n-2′＞0

所以此时-2层剩余的人数为：

n-2l＝n-2-n-2′+n-1

这样我们可以得到-2层剩余人数离开所需要的时间：

所以-1，-2层疏散的时间为：

tmin1＝t-1-2+t-2

所以我们可以得到：

其中，l螺旋为螺旋梯的阶梯长度。

由2层、1层下到0层，在整个过程中，设0层距出口的最近的人员与出口之间距离均为l0，1层，2层距楼梯最近的人员与楼梯之间的距离为l1,l2，0，1，2层人数分别为n0,n1,n2，1层至0层的阶梯与出口之间的距离为l10，2层与1层阶梯之间的距离为l21。

0层人员恰好全部出去时所用的时间：

此时1层到0层的人数：

此时2层到1层的人数：

1层人员全部从出口出去所用的时间为：

此时2层到0层的人数：

所以可以得到2层人员全部出去所用时间：

所以由0，1，2层到出口处疏散所需的时间为：

tmin2＝t0+t1+t2

所以整个过程所需要的时间为：

t＝max{tmin1,tmin2}

这个模型的基础上，为了既保证人员都可以安全疏散，又保证整个疏散过程中所用的时间最短，那么我们需要考虑如何让max{tmin1,tmin2}得到最小值；由于在整个疏散过程中，每一层楼的人数p，出口宽度w，楼梯宽度c，楼梯长度lj，人群的平均体宽d0，人与人之间的间距和人体厚度之和d距等数据为常数，因此我们主要考虑通向每个出口的人数，通过使得人流量的分布相对平衡，将人流量较多的出口的人群向人流量较少的出口分配；但是在引导的过程中，仍要遵守方向一致性，尽可能避免事故的发生。

通过查询文献，可以了解到：在人群较为宽松的情况下，其运动速度约为1.2m/s；在人群较为密集的情况下，其运动速度约为1.0m/s。对于疏散过程中的人员分配，每个出口的出入时间大致相等时，人员无法继续分配，此时我们可以得到最优的疏散时间；但是，由于整个疏散过程需要遵循方向的一致性原则，因此我们可以令较高楼层的向较低楼层移动，但是较低楼层向较高楼层移动就容易导致整个疏散过程发生混乱；

由于在人员的分配过程中，各种各样的条件限制会导致人群到达出口的时间无法真正完全相等，所以可以采取极限思想，并借此来达到各个出口人群完全疏散时间完全相等的结果，即：

t＝limt1＝limt2＝limt3＝…

其中：t：理论上人群完全疏散所用的时间

ti:从第i个出口离开的人群完成疏散所用的时间，i＝1,2,3,4,…

这种求解方式可以有效地避免由场地与内部构造不同所带来的限制，在整个疏散过程中，只要人群在移动过程中不发生断流，并且工作人员对于疏散拥有较好的引导，使得人群不会因为过分的从众行为而打乱疏散的整体布局，这样就可以用上面所做出的模型进行求解；此时所获得的结果其实也不是一个精确的数值，而是一个在一定范围内发生变化的量；于是就可以对于整体模型进行编程，通过lingo软件运行程序获得疏散时间的最优解以及通往各个出口的人数；然后分析通往每个入口的人数，得到各出口人数的实际范围，然后验证最优化结果。

垂直方向的疏散受疏散工具(楼梯、电梯等)、楼层总数、楼层人员总数等影响。对于馆内的行动不便的残疾人员，在疏散过程中若从楼梯疏散的话，一方面可能会对队伍的整体疏散速度造成影响，另一方面也可能会使得残疾人员人身安全受到一定的影响。就这种情况，我们的对策是，在疏散过程中，所有电梯不对正常人继续开放，残疾人员就近到达电梯并通过电梯达到成功疏散的目的。

假设残疾人中到达最近电梯的最大距离为l0，残疾人的移动速度为vc，每一层的高度为h0，电梯的加速度为a1，电梯的减速度为a2，电梯在移动过程中，电梯的移动距离为h，最大速度为vmax，加速度时间为t1，匀速运动时间为t2，减速运动时间为t3。

通过相关知识，电梯在移动过程中拥有两种运动方式。一种是先做加速运动，再做匀速运动，最后减速至速度为0；另一种是先做加速运动，在还没达到或者恰好达到最大速度时便开始做减速运动，分别如图2，图3；

对于电梯的整个运动方程，我们考虑当电梯具有匀速运动过程时，即如图2；当电梯无匀速运动过程时，电梯匀速运动时间为0，电梯加速与减速时间相应减小，即如图3；

针对图2，即电梯运动的普遍模型，我们可以得到：

此时电梯运行的全部时间为:

t＝t1+t2+t3

针对图3，当电梯先做匀速运动，恰好达到最大速度时开始减速，则：

针对图3，当电梯先做匀速运动，还未达到最大速度时便开始减速，则：电梯从加速到减速时间内的速度为：

v＝a1t1+a2t2

所以可以得到：

所以残疾人员下降一层所用的时间：

残疾人员下降两层所用的时间：

其中t0为开关电梯门以及人员进出电梯的时间和。

但是由于残疾人员数量未知，所以电梯升降一次可能无法将所有残疾人员成功运输；于是，在这里需要使用电梯运行的elvac模型：

其中te表示残疾人员通过电梯疏散的最终时间；ta表示残疾人员使用电梯进行有目标性的移动时所用的时间；t0表示残疾人从电梯出来直至成功疏散的时间；tr.j表示电梯移动一个来回的时间；m表示电梯移动的回合数；j表示电梯的数量；η表示电梯的无效路程。

所以2层的残疾人员全部由从2层到0层所用的时间为：

1层的残疾人员全部由1层到0层所用的时间为：

-1层的残疾人员全部由-1层到-2层所用的时间为：

由于残疾人员行动不便，而且在人群中所占比例较少，所以计划残疾人员在被转移到安全的地方后需要暂时等待，在疏散队伍的最后撤离。这样的话可以一方面避免在拥挤的队伍中对残疾人员造成伤害，另一方面也可以保证队伍整体有序的进行疏散。

于是，在0层的疏散过程所用的时间为：

在-2层从金字塔入口疏散过程所用的时间为：

所以疏散用的总时间为：

t＝max{t′min1,t′min2}

同样采取极限思想，之后我们通过lingo软件可以较为方便的获得整个疏散过程的最短疏散时间以及最优人员分配方案。

在事件突发的情况下，一般很难确定疏散场地的具体情况。在这种情况下，一些单一优化路径中的某一段或几段必须路径可能会因此而失效，这就给人员的疏散问题造成了相当大的困扰。而针对这种情况，通过已建立的初始模型，根据方向一致性原则，也可以找到在突发事件对于路径有一定程度的影响时，所需要的疏散的最少时间以及路径与分配人员的最优化解决方案。

对于疏散时出现突发状况，假设此时有一个入口无法使用。则相对应的，需要就模型做出一些调整。

当黎塞留通道入口，卡鲁塞尔入口，狮门入口其中之一无法使用时，如果将0层的这三个出口看做一个出口的话，此时就相当于出口的宽度被缩减了。直接根据初始模型便可以得到：

0层人员全部从出口出去所用的时间：

0层人员疏散完成后，1层人员全部从出口出去所用的时间：

1层人员完成疏散后，2层人员全部从出口出去所用的时间：

所以由0，1，2层到出口处疏散所需的时间为：

tmin2＝t0+t1+t2

所以整个过程所需要的时间为：

t＝max{tmin1,tmin2}

当金字塔入口无法正常使用时，此时-1，-2层人员无法通过金字塔入口离开，这个时候将其安排到0层疏散，但为了保持疏散的秩序，需要在0层，1层，2层完全撤离后再进行疏散。根据初始模型可以得到：

在0层，一层，二层人员疏散完成后，-1，-2层人员完成疏散所用的时间：

所以整个疏散过程所用的时间为：

t＝tmin1+tmin2

但是这种疏散方式会使得游客的疏散时间极大的延长，若是事态紧急，为了确保人员可以尽快疏散，需要打开那些可能只有应急人员和博物馆官员才知道的实际可用的出口点。当然也需要考虑其中存在的风险，此时组织疏散的工作人员需要对形势拥有合理的判断，以便获得最大的疏散效果。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。