摘 要：針對(duì)地下發(fā)生火災(zāi)后，受災(zāi)人員的傷亡集中發(fā)生在疏散或疏散受阻過程中的問題，對(duì)多點(diǎn)進(jìn)入型地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援策略進(jìn)行研究。通過分析地下災(zāi)變時(shí)期人員疏散影響因素、基于最短時(shí)間求解最佳疏散路徑規(guī)劃、多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與進(jìn)入型應(yīng)急救援路徑智能規(guī)劃，提出一種全新的火災(zāi)應(yīng)急救援策略。應(yīng)用新策略可以有效縮短遇險(xiǎn)人員到達(dá)安全區(qū)域的時(shí)間，為應(yīng)急救援帶來更有利條件，減少甚至避免火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)進(jìn)入型；地下通道；火災(zāi)應(yīng)急救援

中圖分類號(hào)：TU 99" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 地下災(zāi)變時(shí)期人員疏散影響因素分析

地下環(huán)境復(fù)雜，空間狹小密閉，無法完全避免事故，因此一旦發(fā)生火災(zāi)，濃煙和熱氣都難以自然排除，且會(huì)迅速蔓延整個(gè)地下空間。當(dāng)斜坡道上出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，可燃物燃燒并釋放出熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為對(duì)高溫?zé)煔庾龉Φ臋C(jī)械能，從而對(duì)地下通道內(nèi)的氣流施加一個(gè)附加風(fēng)壓[1]?；痫L(fēng)壓是一種天然風(fēng)壓，其功能和風(fēng)機(jī)的功能大體相當(dāng)。這是因?yàn)榛鹧鎵毫傇谙蛏献龉?，而?dāng)斜坡通道下行時(shí)，二者的做功方向?yàn)榉聪?。隨著火災(zāi)規(guī)模變大，火壓的能量也隨之增加，在這種情況下，很容易出現(xiàn)煙流倒流的情況。圖1（a）為煙氣在上行通道坡道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖。

當(dāng)水平通道上發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣流經(jīng)的通道標(biāo)高相同，此時(shí)火風(fēng)壓可以忽略不計(jì)。在火勢(shì)初期，煙氣的溫度不高，造成的節(jié)流并不明顯，煙氣仍然朝著通風(fēng)下風(fēng)向蔓延，其煙氣流動(dòng)情況如圖1（b）所示。

當(dāng)火勢(shì)逐漸變大，煙氣溫度會(huì)隨之升高，此時(shí)產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)增強(qiáng)，阻力效應(yīng)將越來越顯著。此時(shí)通風(fēng)的風(fēng)速變慢，最終當(dāng)節(jié)流效應(yīng)與通風(fēng)阻力相當(dāng)時(shí)，通風(fēng)風(fēng)速會(huì)為0，此時(shí)火災(zāi)煙氣將會(huì)產(chǎn)生逆流現(xiàn)象，朝上風(fēng)向逐漸蔓延[2]。除此之外，社會(huì)心理因素也是影響人員疏散的一個(gè)重要因素。恐慌、焦慮、不安等情緒可能會(huì)導(dǎo)致人們做出不理智的行為，例如盲目逃生、爭(zhēng)奪資源等，從而影響人員疏散的效率和效果。綜上所述，地下災(zāi)變時(shí)期人員疏散是一個(gè)復(fù)雜的過程，受多種因素的影響[3]。因此，需要綜合考慮各種因素，制定科學(xué)、合理的疏散方案，以保障人員的生命安全，減少損失。

2 基于最短時(shí)間求解的最佳疏散路徑規(guī)劃

最短時(shí)間求解法不僅能確定人員疏散路線中的多個(gè)關(guān)鍵因素，而且還能通過大數(shù)據(jù)試驗(yàn)，對(duì)難以定量的因素進(jìn)行分析、總結(jié)。在考慮其他因素（安全出口的滯留效應(yīng)、人員密集引起的黏性效應(yīng)、有效寬度的引入等）的基礎(chǔ)上[4]，提出一種基于遺傳算法的人員疏散模型。在新的算法中，這些因素都能被非常準(zhǔn)確地表示出來，這樣就可以使選路時(shí)的誤差最小。圖2為人員疏散時(shí)間線示意圖。

當(dāng)進(jìn)行人員安全疏散時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保ASETgt;RSET，并盡可能地降低RSET的數(shù)值。根據(jù)以往的研究經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)叵峦ǖ赖母叨却笥诨虻扔?.0m時(shí)，人員可以跑步完成撤離，速度可達(dá)到約135m/min。當(dāng)?shù)叵峦ǖ赖母叨刃∮?.0m時(shí)，人員只能夠步行或彎腰撤離，需要結(jié)合公式（1）計(jì)算此時(shí)的撤離速度。

V1=a+bH+cH2+dH3 （1）

式中：V1為撤離速度；a、b、c、d為回歸分析系數(shù)；H為地下通道高度，取值在0.56～2.0m。進(jìn)一步求解通過地下通道的疏散時(shí)間如公式（2）所示。

（2）

式中：tp為通過地下通道的疏散時(shí)間；lp為地下通道長(zhǎng)度。在疏散的過程中，并不能完全利用疏散通道的整個(gè)寬度，結(jié)合防火工程師協(xié)會(huì)給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，須對(duì)地下通道的有效寬度進(jìn)行折減[5]，見表1。

結(jié)合折減系數(shù)法，確定所有疏散路徑中，人員通過疏散路徑所需時(shí)間T最短的路徑，即為最佳疏散路徑。計(jì)算T如公式（3）所示。

T=t'p?t'm+t'x+t'p+t'j+t'k+tl+∑tα （3）

式中：t'p為折減修正后的地下通道疏散時(shí)間；t'm為折減修正后的地下通道內(nèi)疏散時(shí)間；t'x為折減修正后的斜坡通道內(nèi)疏散時(shí)間；t'j為折減修正后的人員通過地下通道斜坡下行的時(shí)間；t'k為折減修正后的人員通過地下通道斜坡上行的時(shí)間；tl為人員通過安全出入口的時(shí)間；tα為人員通過地下通道轉(zhuǎn)角所需的時(shí)間。采用上述方式選擇的疏散路徑可以最大程度地縮短 RSET，為地下人員撤離提供保障。

3 多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與進(jìn)入型應(yīng)急救援路徑智能規(guī)劃

完成地下通道最佳疏散路徑的規(guī)劃設(shè)計(jì)后，應(yīng)對(duì)火災(zāi)環(huán)境的多點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為規(guī)范化實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援等相關(guān)工作提供技術(shù)支持。

在地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援中，多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)地下通道中構(gòu)筑物的實(shí)際構(gòu)造，通過在關(guān)鍵位置設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭，可以實(shí)時(shí)獲取火場(chǎng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)和信息，為救援決策提供重要的參考依據(jù)[6]。多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控布置如圖3所示。

建立攝像頭與計(jì)算機(jī)間的實(shí)時(shí)通信與傳輸連接，截取部分監(jiān)控界面實(shí)時(shí)畫面，如圖4所示。

完成地下空間與通道多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的布置后，根據(jù)地下空間的分布、通道橫向最大跨度、通道縱向最大跨度、高度與出入口數(shù)量等條件，繪制地下通道標(biāo)高與軸網(wǎng)[7]。

標(biāo)高繪制有以下 4 個(gè)步驟。1）打開工程文件，在工程繪圖中選擇“樓層”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“添加樓層（地下通道）”，在“層高”中填寫地下通道的標(biāo)高（例如10m）。2）在“樓層類型”下拉菜單中選擇“坑道層”，勾選“啟用重力計(jì)算”，重力方向選擇“頂板到底板”。3）在工程繪圖中選擇“軸網(wǎng)”，點(diǎn)擊“添加軸網(wǎng)”，在“起始X軸”和“起始Y軸”中輸入0，在“終止X軸”和“終止Y軸”中輸入地下通道的寬度和長(zhǎng)度（例如8m×5m）。4）確認(rèn)無誤后，點(diǎn)擊“應(yīng)用”完成地下通道標(biāo)高的繪制。

軸網(wǎng)繪制共由以下3個(gè)步驟構(gòu)成。1）在工程繪圖中選擇“軸網(wǎng)”，點(diǎn)擊“添加軸網(wǎng)”，在“起始X軸”和“起始Y軸”中輸入0，在“終止X軸”和“終止Y軸”中輸入地下通道的寬度和長(zhǎng)度（例如8m×5m）。2）在“軸網(wǎng)類型”下拉菜單中選擇“對(duì)稱軸網(wǎng)”，在“中心點(diǎn)X”和“中心點(diǎn)Y”中輸入地下通道的中心坐標(biāo)（例如0m，0m）。3）確認(rèn)無誤后，點(diǎn)擊“應(yīng)用”完成地下通道軸網(wǎng)的繪制。

根據(jù)繪制的標(biāo)高、軸網(wǎng)，生成多點(diǎn)進(jìn)入型地下通道空間模型，在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，使用物理引擎，根據(jù)地下通道的布置情況，添加碰撞體組件，建立地下通道障礙物模型。

根據(jù)多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況，在地下通道空間模型中錄入“著火點(diǎn)”，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，模擬地下通道火災(zāi)、蔓延趨勢(shì)等條件。可以根據(jù)貨場(chǎng)的分布與覆蓋范圍，對(duì)地下通道多點(diǎn)進(jìn)入進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分中使用CreateNode方法，在通道的多個(gè)進(jìn)入方向上，每間隔0.5m布置一個(gè)節(jié)點(diǎn)，按照規(guī)范將對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)Grid矩陣中，將應(yīng)急救援前進(jìn)方向作為標(biāo)準(zhǔn)，在節(jié)點(diǎn)發(fā)射Ray射線，如果Ray射線前端物體發(fā)生“碰撞”，就說明此路線存在障礙物，無法作為最優(yōu)應(yīng)急救援路線。為確保救援工作的順利實(shí)施，需要明確定義問題，包括應(yīng)急救援起點(diǎn)、終點(diǎn)、可能的救援路線、道路狀況等信息。以此為依據(jù)，生成若干條路線，計(jì)算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：F為救援路徑生成；F0為急救援起點(diǎn)；B為節(jié)點(diǎn)加權(quán)值；B0為救援節(jié)點(diǎn)約束條件。完成上述內(nèi)容的設(shè)計(jì)后，引進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法，建立救援環(huán)境模型，通過三維建模等技術(shù)，建立空地一體化的救援環(huán)境模型，包括地下通道、建筑物、障礙物等。計(jì)算過程如公式（5）所示。

（5）

式中：S為救援環(huán)境模型；Q1為最遠(yuǎn)救援路線長(zhǎng)度；Q2為最近救援路線長(zhǎng)度；K為救援路線難以系數(shù)。根據(jù)救援環(huán)境模型，參照勢(shì)場(chǎng)函數(shù)和當(dāng)前位置，定義救援路線和障礙物之間的勢(shì)場(chǎng)函數(shù)與作用力。結(jié)合作用力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，更新救援路線中消防員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括速度、加速度等。通過控制作用力的大小和方向，智能規(guī)劃應(yīng)急救援路線（包括避障、尋路等）。

基于人工勢(shì)場(chǎng)法的應(yīng)急救援路線智能規(guī)劃具有自主性和智能性，可以快速指導(dǎo)救援隊(duì)伍的行動(dòng)方向，提高搜索效率。同時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際救援場(chǎng)景和火災(zāi)發(fā)展態(tài)勢(shì)等具體情況，設(shè)計(jì)合理的勢(shì)場(chǎng)函數(shù)和運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)應(yīng)急救援路線進(jìn)行智能避障和路徑規(guī)劃。

4 結(jié)語

多點(diǎn)進(jìn)入型地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援策略的研究背景主要源于城市交通壓力、地下通道火災(zāi)危險(xiǎn)性、現(xiàn)有應(yīng)急救援策略的不足。當(dāng)應(yīng)對(duì)地下通道火災(zāi)事故時(shí)，多點(diǎn)進(jìn)入型地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援策略具有顯著優(yōu)勢(shì)和重要性。通過多點(diǎn)進(jìn)入策略，可以有效地提高救援效率、快速控制火勢(shì)、保障人員安全疏散以及為消防救援提供必要的應(yīng)急物資。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)重視多點(diǎn)進(jìn)入型應(yīng)急救援策略的推廣與實(shí)施，加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案的培訓(xùn)與演練，提高消防部門及相關(guān)人員的應(yīng)急反應(yīng)能力。同時(shí)，還應(yīng)注重提高公眾對(duì)地下通道火災(zāi)的認(rèn)識(shí)和防范意識(shí)，共同維護(hù)城市地下交通的安全與穩(wěn)定。

通過本文的研究，希望能為城市地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援提供參考，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。多點(diǎn)進(jìn)入型應(yīng)急救援策略在實(shí)際應(yīng)用中須根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，因此未來的研究方向?qū)⒕劢褂趯?shí)踐應(yīng)用和進(jìn)一步優(yōu)化策略本身。

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