一种地下空间水平疏散路网模型及其建立方法

本发明涉及深层地下空间，具体涉及一种地下空间水平疏散路网模型及其建立方法。

背景技术：

1、“underground space”概念于1980年被提出，主要目的是加强地铁建设过程中地下开挖形成的洞穴、管廊、隧道等工程产品的管理；后来随着地下工程数量不断增加、功能类型日渐多样化，地下空间成为了城市“空间”的重要组成部分，其资源性日益突显，为推进这一资源的科学系统性利用，确定了其在城市中的“空间”的特性，赋予其“地下空间”的功能属性。地下空间日益趋向于中、深层开发，不断向多层次、立体化、多功能方向发展，空间特殊处理、高效统筹功能多样化以及建筑安全设计成为了地下空间建设的刚性需求。

2、相对于地面传统建筑的下行疏散与水平疏散的特点，人员密集的深层地下空间应急疏散存在两个显著特征：一是深层地下空间多层密集场所发生灾害时，相关疏散人员必须使用水平疏散设施和垂直疏散设施，并通过长距离疏散才能到达地面安全区、需要消耗相关疏散人员的大量体力；二是在应急疏散情况下的长距离水平疏散过程中，部分疏散通道交叉节点有大量人员汇流，易形成局部拥堵区域，人员疏散速度大幅度降低、疏散时间大大增加。同时，受建设成本等各方面因素的影响，深层地下空间直通地面的垂直疏散体数量有限，即相比于地面传统建筑而言、疏散人员需要花费较大比例的时间处于地下空间的水平通道内，因此，如何设计地下空间水平疏散通道的路网对于深层地下空间的快速、及时疏散，降低疏散过程中的人流密度，避免人员大面积汇流、出现拥挤或踩踏等事故，具有重要意义。

技术实现思路

1、针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种地下空间水平疏散路网模型，该模型结合路网拓扑关系与行人汇流理论，确保地下空间分级疏散的可行性与有效性，从而保证在应急疏散的安全前提下，深层地下空间疏散人员能快速、便捷地到达垂直疏散体以及地面安全地带。

2、本发明的另一个目的在与提供一种上述水平疏散路网模型的建立方法。

3、本发明的目的通过以下技术方案实现：

4、一种地下空间水平疏散路网模型，包括垂直疏散体、硐室单元与水平疏散结构，水平疏散结构包括一级疏散通道、二级疏散通道、三级疏散通道与四级疏散通道；其中，一级疏散通道由二级疏散通道汇流而成，连接垂直疏散体与二级疏散通道，与硐室单元不连接，是深层地下空间的主骨架和主动脉；二级疏散通道由三级疏散通道汇流而成，连接一级疏散通道与三级疏散通道(即二级疏散通道是一级疏散通道与三级疏散通道之间的过渡性通道)，包括二级汇流通道与二级分流通道；三级疏散通道与硐室单元连接(即三级疏散通道是硐室单元与二级疏散通道之间的过渡性通道)；四级疏散通道为横向连通弹性通道，结合硐室单元的设置、连接两条平行的三级疏散通道；

5、疏散人员在应急疏散安全情况下，以步行方式离开硐室，疏散至水平疏散通道，为尽快到达垂直疏散体，一般不作休息停留行为，主要经历硐室单元-水平疏散结构-垂直疏散体；因此，将水平疏散结构运用有向网络拓扑结构进行表征、建立包括节点集合与边集合的路网模型；

6、节点集合包括源节点、交叉节点与终止节点：源节点，为行人疏散过程的起始点、即硐室单元安全出口；交叉节点，为行人流在通道连接结构处发生汇流与分流的点，即各级疏散通道的交叉口；终止节点，为疏散的目的点、即垂直疏散体前室；

7、边集合表示节点之间的各级疏散通道的组合，其方向为行人流的疏散方向，如通道(i,j)表示节点i到节点j的疏散通道。

8、基于上述方案的进一步优化，所述水平疏散结构中的最大水平疏散距离(即水平疏散路网结构模型中任一点与垂直疏散体之间的水平通道疏散间距)d通过最佳逃生时间t进行约束，具体为：

9、

10、式中：t1表示开始疏散的时间；h表示硐室单元内最高层标高；θ表示疏散通道内楼梯的坡度；v0表示疏散人员在水平疏散通道中的速度；v′表示硐室单元内疏散人员下楼梯的速度。

11、基于上述方案的进一步优化，所述二级疏散通道、三级疏散通道与四级疏散通道的净宽不小于4m，一级疏散通道的净宽不小于8m。

12、基于上述方案的进一步优化，所述疏散通道(即一级疏散通道、二级疏散通道、三级疏散通道)的宽度通过如下方式获得：

13、首先，获取紧急疏散时行人流的速度ve：

14、ve＝aev；

15、式中：ae表示紧急疏散时的速度修正系数；v表示正常情况下的行人流速度；

16、然后，获取疏散通道的道路通行需求：

17、

18、式中：cij表示通道(i,j)的道路通行需求；表示通道(i,j)在时间间隔δt内行人流的输入率与输出率之间的关系；表示时间间隔δt内通道(i,j)的拥挤度；

19、最后，通过行人流速度与道路通行需求获得疏散通道宽度：

20、

21、式中：ρmax表示人群密度；wij表示疏散通道(i,j)的宽度。

22、总体而言，当拥挤程度较小时，个人与个人之间基本不发生干涉，疏散人群的最大行人流速度维持恒定；当拥挤程度较高时，个体之间移动是互相影响的，最大行人流速度也是相对变化的；因此，基于上述方案的进一步优化，所述行人流速度v通过拥挤度u进行获得，具体为：

23、

24、式中：vmax表示疏散人群的最大行人流速度；ut表示拥挤度门限值，当拥挤度为超过门限值时，疏散通道内行人之间的相互干扰较小，当拥挤度超过门限值时，行人之间的干扰严重、行人速度受到影响。

25、基于上述方案的进一步优化，所述ut＝0.5。

26、基于上述方案的进一步优化，所述ρmax＝3.8p/m2。

27、基于上述方案的进一步优化，所述一级疏散通道、二级疏散通道、三级疏散通道之间的连接处通过防火卷帘进行分隔；一级疏散通道、二级疏散通道、三级疏散通道属于刚性通道，四级疏散通道属于弹性通道。

28、基于上述方案的进一步优化，所述交叉节点e的现行支路通道(i,e)与后行汇流通道(e,j)的宽度比值w为：

29、

30、式中：nij表示疏散通道(i,j)疏散总人数；sij表示疏散通道(i,j)所有源节点输入的疏散宽度总和；sij′疏散通道(i,j)内输出的有效疏散宽度。

31、基于上述方案的进一步优化，所述二级疏散通道间隔2～3倍标准硐室单元的长度进行布置。

32、基于上述方案的进一步优化，所述三级疏散通道单侧接入硐室单元时，硐室单元安全出口的总宽与三级疏散通道宽度的比值为70％；三级疏散通道双侧接入硐室单元时，硐室单元安全出口的总宽与三级疏散通道宽度的比值为65％。

33、基于上述方案的进一步优化，所述四级疏散通道的长度、即两根相邻的三级疏散通道之间的间距在80～120m之间；当四级疏散通道的长度为120m时，其宽度不小于2m。

34、本发明具有如下技术效果：

35、本技术以建筑安全为前提，建立深层地下空间基础模型和分级模型，从而构建出适用于深层地下空间疏散模式、施工技术条件的水平疏散通道路网模型，该模型充分考虑深层地下空间遭遇安全事故时，在疏散过程中，水平疏散通道既要满足安全需求、又要降低人员疲劳度、还要控制人员疏散密度的目的，实现深层地下空间分阶段、分级疏散，有效提高深层地下空间的疏散效率，避免人流汇集导致人员数量剧增、人群集聚，高密度的行人流动造成疏散压力增大，出现人群堵塞、踩踏等问题。本技术水平疏散路网模型为进一步建立深层地下空间亚安全区立体疏散网络性能评估模型、深层地下空间立体疏散网络仿真平台和相应的安全设计策略、管理措施提供支撑和依据，从而加速深层地下空间的建设与发展。