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        多點進入型地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援策略研究

        2024-12-17 00:00:00夏俊
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2024年7期
        關(guān)鍵詞:路線救援火災(zāi)

        摘 要:針對地下發(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,對多點進入型地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援策略進行研究。通過分析地下災(zāi)變時期人員疏散影響因素、基于最短時間求解最佳疏散路徑規(guī)劃、多點實時監(jiān)控與進入型應(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人員到達安全區(qū)域的時間,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)濟財產(chǎn)損失和人員傷亡。

        關(guān)鍵詞:多點進入型;地下通道;火災(zāi)應(yīng)急救援

        中圖分類號:TU 99" 文獻標志碼:A

        1 地下災(zāi)變時期人員疏散影響因素分析

        地下環(huán)境復雜,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,且會迅速蔓延整個地下空間。當斜坡道上出現(xiàn)火災(zāi)事故時,可燃物燃燒并釋放出熱能,進而轉(zhuǎn)化為對高溫煙氣做功的機械能,從而對地下通道內(nèi)的氣流施加一個附加風壓[1]?;痫L壓是一種天然風壓,其功能和風機的功能大體相當。這是因為火焰壓力總在向上做功,而當斜坡通道下行時,二者的做功方向為反向。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)的運動規(guī)律圖。

        當水平通道上發(fā)生火災(zāi)時,煙氣流經(jīng)的通道標高相同,此時火風壓可以忽略不計。在火勢初期,煙氣的溫度不高,造成的節(jié)流并不明顯,煙氣仍然朝著通風下風向蔓延,其煙氣流動情況如圖1(b)所示。

        當火勢逐漸變大,煙氣溫度會隨之升高,此時產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)增強,阻力效應(yīng)將越來越顯著。此時通風的風速變慢,最終當節(jié)流效應(yīng)與通風阻力相當時,通風風速會為0,此時火災(zāi)煙氣將會產(chǎn)生逆流現(xiàn)象,朝上風向逐漸蔓延[2]。除此之外,社會心理因素也是影響人員疏散的一個重要因素??只?、焦慮、不安等情緒可能會導致人們做出不理智的行為,例如盲目逃生、爭奪資源等,從而影響人員疏散的效率和效果。綜上所述,地下災(zāi)變時期人員疏散是一個復雜的過程,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、合理的疏散方案,以保障人員的生命安全,減少損失。

        2 基于最短時間求解的最佳疏散路徑規(guī)劃

        最短時間求解法不僅能確定人員疏散路線中的多個關(guān)鍵因素,而且還能通過大數(shù)據(jù)試驗,對難以定量的因素進行分析、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確地表示出來,這樣就可以使選路時的誤差最小。圖2為人員疏散時間線示意圖。

        當進行人員安全疏散時,應(yīng)當確保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,當?shù)叵峦ǖ赖母叨却笥诨虻扔?.0m時,人員可以跑步完成撤離,速度可達到約135m/min。當?shù)叵峦ǖ赖母叨刃∮?.0m時,人員只能夠步行或彎腰撤離,需要結(jié)合公式(1)計算此時的撤離速度。

        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。進一步求解通過地下通道的疏散時間如公式(2)所示。

        (2)

        式中:tp為通過地下通道的疏散時間;lp為地下通道長度。在疏散的過程中,并不能完全利用疏散通道的整個寬度,結(jié)合防火工程師協(xié)會給出的相關(guān)數(shù)據(jù),須對地下通道的有效寬度進行折減[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間T最短的路徑,即為最佳疏散路徑。計算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間;t'm為折減修正后的地下通道內(nèi)疏散時間;t'x為折減修正后的斜坡通道內(nèi)疏散時間;t'j為折減修正后的人員通過地下通道斜坡下行的時間;t'k為折減修正后的人員通過地下通道斜坡上行的時間;tl為人員通過安全出入口的時間;tα為人員通過地下通道轉(zhuǎn)角所需的時間。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 多點實時監(jiān)控與進入型應(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)計后,應(yīng)對火災(zāi)環(huán)境的多點進行實時監(jiān)控,為規(guī)范化實施現(xiàn)場應(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,多點實時監(jiān)控是非常重要的一個環(huán)節(jié)。根據(jù)地下通道中構(gòu)筑物的實際構(gòu)造,通過在關(guān)鍵位置設(shè)置監(jiān)控攝像頭,可以實時獲取火場內(nèi)部的動態(tài)和信息,為救援決策提供重要的參考依據(jù)[6]。多點實時監(jiān)控布置如圖3所示。

        建立攝像頭與計算機間的實時通信與傳輸連接,截取部分監(jiān)控界面實時畫面,如圖4所示。

        完成地下空間與通道多點實時監(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,繪制地下通道標高與軸網(wǎng)[7]。

        標高繪制有以下 4 個步驟。1)打開工程文件,在工程繪圖中選擇“樓層”選項,點擊“添加樓層(地下通道)”,在“層高”中填寫地下通道的標高(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度(例如8m×5m)。4)確認無誤后,點擊“應(yīng)用”完成地下通道標高的繪制。

        軸網(wǎng)繪制共由以下3個步驟構(gòu)成。1)在工程繪圖中選擇“軸網(wǎng)”,點擊“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度(例如8m×5m)。2)在“軸網(wǎng)類型”下拉菜單中選擇“對稱軸網(wǎng)”,在“中心點X”和“中心點Y”中輸入地下通道的中心坐標(例如0m,0m)。3)確認無誤后,點擊“應(yīng)用”完成地下通道軸網(wǎng)的繪制。

        根據(jù)繪制的標高、軸網(wǎng),生成多點進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)多點實時監(jiān)控反饋的火災(zāi)現(xiàn)場實時情況,在地下通道空間模型中錄入“著火點”,并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,模擬地下通道火災(zāi)、蔓延趨勢等條件??梢愿鶕?jù)貨場的分布與覆蓋范圍,對地下通道多點進入進行網(wǎng)格劃分。在劃分中使用CreateNode方法,在通道的多個進入方向上,每間隔0.5m布置一個節(jié)點,按照規(guī)范將對應(yīng)的節(jié)點信息存儲在計算機Grid矩陣中,將應(yīng)急救援前進方向作為標準,在節(jié)點發(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施,需要明確定義問題,包括應(yīng)急救援起點、終點、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;B為節(jié)點加權(quán)值;B0為救援節(jié)點約束條件。完成上述內(nèi)容的設(shè)計后,引進人工勢場法,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為最遠救援路線長度;Q2為最近救援路線長度;K為救援路線難以系數(shù)。根據(jù)救援環(huán)境模型,參照勢場函數(shù)和當前位置,定義救援路線和障礙物之間的勢場函數(shù)與作用力。結(jié)合作用力和運動狀態(tài),更新救援路線中消防員的運動狀態(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)。

        基于人工勢場法的應(yīng)急救援路線智能規(guī)劃具有自主性和智能性,可以快速指導救援隊伍的行動方向,提高搜索效率。同時,可以結(jié)合實際救援場景和火災(zāi)發(fā)展態(tài)勢等具體情況,設(shè)計合理的勢場函數(shù)和運動模型,對應(yīng)急救援路線進行智能避障和路徑規(guī)劃。

        4 結(jié)語

        多點進入型地下通道火災(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)危險性、現(xiàn)有應(yīng)急救援策略的不足。當應(yīng)對地下通道火災(zāi)事故時,多點進入型地下通道火災(zāi)應(yīng)急救援策略具有顯著優(yōu)勢和重要性。通過多點進入策略,可以有效地提高救援效率、快速控制火勢、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。在實際應(yīng)用中,應(yīng)重視多點進入型應(yīng)急救援策略的推廣與實施,加強應(yīng)急預案的培訓與演練,提高消防部門及相關(guān)人員的應(yīng)急反應(yīng)能力。同時,還應(yīng)注重提高公眾對地下通道火災(zāi)的認識和防范意識,共同維護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,推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。多點進入型應(yīng)急救援策略在實際應(yīng)用中須根據(jù)具體情況進行適當調(diào)整,因此未來的研究方向?qū)⒕劢褂趯嵺`應(yīng)用和進一步優(yōu)化策略本身。

        參考文獻

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