于利堯

（江蘇省方圓建筑設(shè)計研究有限公司，沭陽 223600）

0 引言

公共場所火災(zāi)的蔓延速度相對較快，尤其是地下空間，火災(zāi)疏散難度也是極高的。針對這一類群體性的疏散工作，路徑規(guī)劃是十分關(guān)鍵的［1］。傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃一般以定位或者目標(biāo)規(guī)劃為主，對于簡單建筑的火災(zāi)疏散效果較好，一旦應(yīng)用在復(fù)雜建筑之中，極容易形成規(guī)劃混亂，所設(shè)定的疏散目標(biāo)也并不清晰，無法達到預(yù)期的火災(zāi)處理速率［2］。因此，為解決上述問題，提升整體火災(zāi)疏散的能力，結(jié)合超分辨率SAR 成像技術(shù)，設(shè)計更加宏觀、靈活的自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法。

超分辨率SAR 成像實際上是一種具有高分辨力的成像雷達，可以根據(jù)周圍環(huán)境的變化，采集定位區(qū)域的數(shù)據(jù)、信息，通過特定的格式匯總整合，轉(zhuǎn)換成指令之后，傳輸?shù)狡脚_之中，以待使用。將其應(yīng)用于地下空間火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)處理之中，一定程度上可以更好地增強火災(zāi)疏散工作的效果，同時，在面對復(fù)雜、狹小的地下空間時，依據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)整成像范圍與數(shù)據(jù)采集區(qū)域，為疏散路徑的設(shè)計提供參考依據(jù)，設(shè)計多目標(biāo)的逃生路徑。另外，在特定的環(huán)境中，還可以排除火災(zāi)中煙霧、氣體或熱輻射等因素的影響，篩選出最優(yōu)路徑，結(jié)合自適應(yīng)技術(shù)，對火災(zāi)疏散模式進行進一步完善［3］。

1 火災(zāi)疏散路徑規(guī)劃時間自適應(yīng)方法

1.1 識別火災(zāi)動態(tài)

復(fù)雜建筑物內(nèi)部一般會建設(shè)一定的地下空間，例如：地下停車場、地下室、倉庫等，這一類建筑均存在相同的特征：密閉、空間狹小、設(shè)施關(guān)聯(lián)緊密［4］。所以，這也導(dǎo)致火災(zāi)的識別及路徑的規(guī)劃難度相對較高［5］。針對地下空間建筑自身的特點，結(jié)合SAR 成像技術(shù)識別火災(zāi)動態(tài)［6］。利用雷達裝置觀測室內(nèi)聯(lián)通部件、設(shè)施的實際狀態(tài)，結(jié)合三維時空定位法，先測定出火災(zāi)易發(fā)生位置，標(biāo)記起火源［7］。

與此同時，在起火源周圍半徑1.5 m 處布設(shè)監(jiān)測異常節(jié)點，一旦出現(xiàn)濃煙或者有毒氣體，監(jiān)測節(jié)點會立即感知異常，發(fā)生警示，并及時將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)、信息轉(zhuǎn)換為特定的格式，傳輸至對應(yīng)位置上，形成三維信息成像，具體環(huán)節(jié)如圖1所示。

圖1 三維信息SAR成像環(huán)節(jié)

根據(jù)圖1，可以完成對三維信息SAR成像環(huán)節(jié)的設(shè)計與構(gòu)建。根據(jù)環(huán)節(jié)的執(zhí)行，利用SAR成像技術(shù)，對地下空間的異常區(qū)域作二次識別，同時，關(guān)聯(lián)各個監(jiān)測節(jié)點，形成動態(tài)的三維空間，增設(shè)獲取的數(shù)值、信息，以便于管理人員掌握火災(zāi)的實際情況，為后續(xù)的疏散路徑的規(guī)劃提供參考依據(jù)［8］。

1.2 構(gòu)建多目標(biāo)火災(zāi)疏散結(jié)構(gòu)

在完成對SAR 成像動態(tài)識別的預(yù)處理之后，需要根據(jù)火災(zāi)實際情況作出判定，構(gòu)建多目標(biāo)的火災(zāi)疏散結(jié)構(gòu)。利用監(jiān)測裝置可以獲取火災(zāi)的數(shù)據(jù)、信號，針對這部分材料，對火災(zāi)的環(huán)境進行預(yù)測、分析。當(dāng)?shù)叵驴臻g的火災(zāi)發(fā)生蔓延時，采用SAR成像技術(shù)對人員進行全方位識別，測定計算出人員的密度，具體如公式（1）所示：

公式（1）中，G(t)表示火災(zāi)監(jiān)測的人員密度，k表示感應(yīng)距離，n表示單向感應(yīng)時間，i表示成像感應(yīng)速度。結(jié)合上述測算出的火災(zāi)監(jiān)測人員的實際密度，開啟地下空間地面水平位置兩端的紅外傳感器，并實現(xiàn)傳感關(guān)聯(lián)。

需要注意的是，不同型號的傳感器，應(yīng)用探測的范圍也是不同的。可以將煙霧探測傳感器、氣體探測傳感器設(shè)置安裝在地下建筑的下方，而熱探測傳感器和視頻圖像傳感器則可以設(shè)定在建筑的上方，便于對火災(zāi)的強度進行直觀探測。結(jié)合傳感器及逃生出口，設(shè)定多個疏散位置點，構(gòu)建多目標(biāo)火災(zāi)疏散結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。

圖2 多目標(biāo)火災(zāi)疏散結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖2，可以完成對多目標(biāo)火災(zāi)疏散結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在多目標(biāo)疏散結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)之下，根據(jù)人員、分布密度，將地下空間火場人員同時排布在各個觀測節(jié)點處，等待疏散。

1.3 自適應(yīng)SAR三維成像路徑規(guī)劃模型設(shè)計

在完成對多目標(biāo)火災(zāi)疏散結(jié)構(gòu)的設(shè)計之后，根據(jù)火災(zāi)的蔓延情況，利用超分辨率SAR 成像技術(shù)，實現(xiàn)火災(zāi)路徑的自適應(yīng)規(guī)劃。利用多源火災(zāi)傳感器采集數(shù)據(jù)，通過所布設(shè)的監(jiān)測節(jié)點，對獲取的數(shù)值進行時空配準(zhǔn)處理，利用SAR 三維成像裝置，營造火災(zāi)模型場景，并建立統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)規(guī)劃時間步長，計算出此時的態(tài)勢分辨率，具體如公式（2）所示：

公式（2）中，M表示威脅態(tài)勢分辨率，a表示統(tǒng)一疏散單元時間，b表示分辨范圍，μ表示動態(tài)分辨基準(zhǔn)值，?表示常數(shù)值。根據(jù)得出的威脅態(tài)勢分辨率，調(diào)整火災(zāi)疏散的三維格網(wǎng)框架，進行空間體素化表達即可。

隨著疏散目標(biāo)的調(diào)整與更改，通過SAR 三維成像，定位出最優(yōu)的路徑節(jié)點。啟動地下空間中該位置周圍的監(jiān)測節(jié)點，確保無危險之后，結(jié)合自適應(yīng)技術(shù)，構(gòu)架三維模擬路徑。隨著火災(zāi)場溫度的變化，威脅態(tài)勢信息場的覆蓋范圍也會形成變動，自適應(yīng)技術(shù)會自動平衡空間內(nèi)部的威脅態(tài)勢信息場，營造更加安全的動態(tài)疏散路徑，具體的模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 自適應(yīng)SAR三維成像路徑規(guī)劃模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖3，可以完成對自適應(yīng)SAR三維成像路徑規(guī)劃模型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。遵循上述流程，結(jié)合火災(zāi)的實際情況，作出定向的調(diào)整與修改，以促使疏散路徑規(guī)劃效果達到最大化。將路徑規(guī)劃模型與超分辨率SAR 三維成像技術(shù)相融合，還可以對火場中的人員進行探測與識別，在一定程度上便于疏散工作的延伸，且進一步確保了人員的生命安全。

1.4 路徑空間規(guī)劃矩陣實現(xiàn)設(shè)計

在完成對自適應(yīng)SAR 三維成像路徑規(guī)劃模型的設(shè)計之后，根據(jù)火災(zāi)處理要求，建立路徑空間規(guī)劃矩陣。利用所布設(shè)的監(jiān)測節(jié)點，設(shè)定最優(yōu)疏散區(qū)域，將節(jié)點與網(wǎng)格分塊進行多層級匹配，獲取火災(zāi)安全疏散時間，計算出聯(lián)合分布密度函數(shù)，具體如公式（3）所示：

公式（3）中，u表示聯(lián)合分布密度函數(shù)，δ表示疏散距離，d1表示疏散預(yù)設(shè)時間，d2表示疏散實際時間，m表示識別次數(shù)。通過測定，得出的聯(lián)合分布密度函數(shù)可設(shè)定為單向路徑的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，形成多層級的空間規(guī)劃自適應(yīng)矩陣，測定此時的修正疏散軌跡，具體如圖4所示。

圖4 路徑空間規(guī)劃矩陣修正疏散軌跡

根據(jù)圖4，可以完成對路徑空間規(guī)劃矩陣修正疏散軌跡的分析。利用動態(tài)路徑規(guī)劃模型，獲取修正后的火災(zāi)路徑規(guī)劃方案，針對存在的細節(jié)性問題，還可以進行對應(yīng)的調(diào)整與修改，以此來確保整體的疏散效果，為火災(zāi)撲救奠定基礎(chǔ)環(huán)境。

2 方法測試

本次針對超分辨率SAR 成像技術(shù)的地下空間火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)的實際應(yīng)用效果，作出定向的分析與研究。為確保測試結(jié)果的可靠性，采用對比的形式展開分析，設(shè)定傳統(tǒng)BIM 動態(tài)火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)測試組、傳統(tǒng)改進蟻群算法火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)測試組以及本文所設(shè)計的SAR 成像火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)測試組。對測試得出的結(jié)果進行對比分析。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建實際測試環(huán)境。

2.1 測試準(zhǔn)備

為驗證地下空間建筑內(nèi)部火災(zāi)疏散路徑的自適應(yīng)設(shè)計效果，進行具體的測驗和分析。為確保最終測試結(jié)果的精準(zhǔn)性，需要選取D 地鐵站作為測試的主要對象。首先，在D 地鐵站相關(guān)位置處布設(shè)一定數(shù)量的監(jiān)測節(jié)點，用于采集數(shù)據(jù)的同時，還可以提升人員安全疏散中的應(yīng)用性能。利用SAR 成像技術(shù)，設(shè)定三維成像的種群數(shù)量比，一般設(shè)定為0.25。經(jīng)測定，空間的場地規(guī)模需要劃分為三部分，每一部分均是獨立的，且安裝有特定的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，建立循環(huán)火災(zāi)疏散路徑庫，并結(jié)合多目標(biāo)火災(zāi)路徑規(guī)劃機制，計算出人流的瓶頸密度，具體如公式（4）所示：

公式（4）中，g表示人流的瓶頸密度，r1表示成像范圍，r2表示局部成像區(qū)域，σ表示疏散時間，l表示出口數(shù)量，h表示定性自適應(yīng)常數(shù)值。根據(jù)計算得出的人流瓶頸密度，明確D 地鐵站火災(zāi)實際的路徑規(guī)劃范圍，完成對測試環(huán)境的搭建。針對建設(shè)需求，進行具體測試。

2.2 測試過程及結(jié)果分析

結(jié)合上述測試環(huán)境的搭建，采用超分辨率SAR 成像技術(shù)，測定出D 地鐵站火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)設(shè)計的實際效果。在標(biāo)定的范圍之內(nèi)，設(shè)置一定數(shù)量的監(jiān)測規(guī)劃節(jié)點，并對測試模型中指標(biāo)參數(shù)作出調(diào)整、設(shè)定，具體如表1所示。

表1 火災(zāi)疏散路徑基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)預(yù)設(shè)

根據(jù)表1，可以完成對火災(zāi)疏散路徑基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)的預(yù)設(shè)，遵循上述的規(guī)定，在模型中設(shè)定路徑規(guī)劃的極限目標(biāo)，利用計算得出的人流瓶頸密度，測定3 個區(qū)域的人員路徑規(guī)劃情況，具體如圖5所示。

圖5 D地鐵站區(qū)域路徑規(guī)劃情況

根據(jù)圖5，可以完成對D 地鐵站區(qū)域路徑規(guī)劃情況的分析與研究。結(jié)合火災(zāi)的實時情況，利用SAR 成像技術(shù)，控制路徑規(guī)劃的分辨率必須在89～93之間，便于后續(xù)的測定處理。隨后，以此為基礎(chǔ)，分別測定D地鐵站內(nèi)部3個區(qū)域的火災(zāi)路徑規(guī)劃效果，并計算出實際的動態(tài)規(guī)劃時間，具體如公式（5）所示：

公式（5）中，E表示動態(tài)規(guī)劃時間；Q表示覆蓋區(qū)域；?1表示預(yù)設(shè)分辨率；?2表示實測分辨率；c表示綜合響應(yīng)時間；γ表示規(guī)劃距離。通過測定，可以得出最終的測試結(jié)果，對此進行分析與研究，具體如表2所示。

表2 火災(zāi)路徑規(guī)劃測試結(jié)果分析 單位：s

根據(jù)表2，可以完成對測試結(jié)果的分析：與傳統(tǒng)BIM 動態(tài)火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)測試組、傳統(tǒng)改進蟻群算法火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)測試組相對比，本文設(shè)計的SAR 成像火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)測試組最終得出的規(guī)劃時間均控制在了10 s以下，表明其對于火災(zāi)的感應(yīng)能力較強，且誤差小，具有實際的應(yīng)用意義。

3 結(jié)語

本文提出基于超分辨率SAR 成像技術(shù)的地下空間火災(zāi)疏散路徑自適應(yīng)設(shè)計方法，在復(fù)雜的火災(zāi)環(huán)境之中，采用自適應(yīng)模式，針對地下空間內(nèi)部實際情況，對火災(zāi)的演進、毒煙的蔓延等進行實時且動態(tài)的觀測、預(yù)判。以此為基礎(chǔ)，及時調(diào)整超分辨率SAR 成像指標(biāo)參數(shù)，提升火災(zāi)疏散路徑的時效性與可靠性，關(guān)聯(lián)三維動態(tài)信息場，不斷增強自適應(yīng)規(guī)劃的靈活度與復(fù)雜度，以此來約束應(yīng)急疏散路徑拓撲的更新，最終進一步實現(xiàn)了路徑的動態(tài)完善和優(yōu)化。