引言

在城市化進(jìn)程的強(qiáng)力推動(dòng)下，醫(yī)療建筑規(guī)模呈持續(xù)擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，醫(yī)院功能區(qū)域的復(fù)雜化直接導(dǎo)致消防疏散工作的難度與日俱增。當(dāng)火災(zāi)等突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，醫(yī)療建筑不僅要確保普通人員的快速撤離，還需將病患的生命安全置于首位，特別是重癥患者、老年群體及行動(dòng)不便人員的安全轉(zhuǎn)移。由于醫(yī)療建筑內(nèi)部功能分區(qū)的特殊性會(huì)顯著影響疏散路徑的設(shè)計(jì)與實(shí)施，因此開展基于功能分區(qū)的疏散路徑優(yōu)化研究，成為提升消防安全水平的核心課題。本文構(gòu)建了一種基于功能分區(qū)的多目標(biāo)優(yōu)化模型，力求在多元目標(biāo)間達(dá)成有效平衡，從而顯著提升醫(yī)療建筑的消防疏散效率，切實(shí)保障患者與工作人員的生命安全[1]。

一、醫(yī)療建筑功能分區(qū)與消防疏散現(xiàn)狀

（一）醫(yī)療建筑的功能分區(qū)

醫(yī)療建筑功能分區(qū)的復(fù)雜性顯著增加了消防疏散路徑規(guī)劃難度。以病房區(qū)、手術(shù)區(qū)、急診區(qū)、醫(yī)技檢查區(qū)及后勤區(qū)為代表的核心功能區(qū)域，在人員構(gòu)成、建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備配置上存在顯著差異，衍生出多樣化的疏散需求與目標(biāo)。例如，病房區(qū)因集中收治大量行動(dòng)不便的患者，疏散設(shè)計(jì)需精準(zhǔn)匹配患者數(shù)量與身體狀況，優(yōu)先規(guī)劃平緩、無(wú)障礙的撤離路線，并預(yù)留充足的輔助轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間；手術(shù)區(qū)需兼顧患者生命體征監(jiān)測(cè)設(shè)備的移動(dòng)需求，要求疏散路徑具備高度靈活性與快速響應(yīng)能力，確保醫(yī)療救治與人員轉(zhuǎn)移同步進(jìn)行；急診區(qū)作為人員流動(dòng)密集的關(guān)鍵區(qū)域，需著重考慮突發(fā)人流的快速分流，通過(guò)設(shè)置多出口導(dǎo)向標(biāo)識(shí)、優(yōu)化通道寬度等措施，實(shí)現(xiàn)緊急狀態(tài)下的高效疏散。因此，只有立足各功能區(qū)的使用特性，制定差異化、精細(xì)化的疏散路徑設(shè)計(jì)方案，才能在火災(zāi)等緊急事件中實(shí)現(xiàn)人員的安全、快速撤離，最大限度地降低損失[2]

（二）醫(yī)療建筑的消防疏散現(xiàn)狀

當(dāng)前，醫(yī)療建筑消防疏散設(shè)計(jì)仍多依賴傳統(tǒng)的安全規(guī)范與建筑法規(guī)，隨著醫(yī)院規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張、建筑結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性愈發(fā)明顯。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在規(guī)劃疏散路徑時(shí)，常忽視建筑功能分區(qū)特性與人流密度差異，導(dǎo)致在緊急情況下難以形成最優(yōu)疏散方案。例如，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往以最短距離為單一導(dǎo)向，既未考慮病房區(qū)病患行動(dòng)受限、手術(shù)區(qū)設(shè)備轉(zhuǎn)移需求等特殊情況，也未區(qū)分人員疏散優(yōu)先級(jí)，致使疏散過(guò)程中出現(xiàn)路徑?jīng)_突、高密度區(qū)域擁堵等問(wèn)題，顯著降低疏散效率。在醫(yī)療建筑功能復(fù)合化、人員構(gòu)成多元化的背景下，單一疏散路徑設(shè)計(jì)已無(wú)法滿足復(fù)雜場(chǎng)景需求。因此，亟須基于多目標(biāo)優(yōu)化理念，緊密結(jié)合醫(yī)療建筑各功能區(qū)的實(shí)際需求，重新規(guī)劃消防疏散路徑[3]。

二、消防疏散路徑優(yōu)化模型

（一）優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)定

在醫(yī)療建筑消防疏散設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，優(yōu)化目標(biāo)要全面顧及建筑的復(fù)雜形態(tài)、病患的特殊需求、人員的安全保障以及疏散效率指標(biāo)。為達(dá)成在突發(fā)火災(zāi)等緊急場(chǎng)景下高效、安全地完成疏散，本研究設(shè)定四個(gè)關(guān)鍵優(yōu)化目標(biāo)。

1.最短疏散時(shí)間

在醫(yī)療建筑消防疏散優(yōu)化中，最短疏散時(shí)間是保障病患與工作人員生命安全的核心目標(biāo)，尤其在突發(fā)火災(zāi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速撤離意義重大。醫(yī)院建筑功能分區(qū)繁多、人員密集，疏散過(guò)程中的任何時(shí)間延誤都可能造成嚴(yán)重后果。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，疏散路徑設(shè)計(jì)需優(yōu)先確保危險(xiǎn)區(qū)域人員迅速撤離，特別是病房區(qū)、手術(shù)區(qū)等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。病房區(qū)內(nèi)重癥患者及行動(dòng)不便人員眾多，疏散需兼顧特殊照護(hù)需求；手術(shù)區(qū)要求疏散過(guò)程中不中斷手術(shù)，避免患者的二次傷害。因此，優(yōu)化疏散時(shí)間不能單純追求路徑最短，需綜合考量建筑布局、人員分布、病患健康狀況等多維因素[4]。

2.最小化病患風(fēng)險(xiǎn)

在醫(yī)療建筑疏散路徑優(yōu)化中，將病患風(fēng)險(xiǎn)降至最低是核心要?jiǎng)?wù)。由于病患健康狀況直接決定疏散策略的制定，醫(yī)院內(nèi)重癥患者、術(shù)后康復(fù)者及行動(dòng)不便人群等特殊群體與普通人員疏散需求存在顯著差異。因此，必須優(yōu)先規(guī)劃專屬疏散路線。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，手術(shù)區(qū)患者因醫(yī)療設(shè)備依賴，病情特殊，病房區(qū)患者因行動(dòng)受限，需專業(yè)護(hù)理，撤離過(guò)程不僅耗時(shí)更長(zhǎng)，需更多人力、物力輔助，常規(guī)疏散路徑難以滿足其特殊需求。因此，在路徑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需將特殊群體撤離需求置于首位，確保疏散過(guò)程既安全又及時(shí)。針對(duì)重癥病患，應(yīng)規(guī)劃獨(dú)立疏散通道，并配備必要的醫(yī)療設(shè)備以保障轉(zhuǎn)運(yùn)安全；對(duì)于行動(dòng)不便人群，需設(shè)計(jì)寬敞、無(wú)障礙且路線連貫的通道，避免因路徑狹窄、曲折影響撤離效率。

3.路徑資源的最大化利用

在醫(yī)院復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)路徑資源最大化利用的核心在于科學(xué)配置與動(dòng)態(tài)調(diào)度疏散通道、出口等資源，避免因資源錯(cuò)配導(dǎo)致疏散低效或人員擁堵。醫(yī)院雖設(shè)有多條疏散通道與出口，但受限于設(shè)計(jì)寬度和數(shù)量，如何確保各通道負(fù)荷處于安全承載范圍內(nèi)，成為疏散優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，病患與工作人員需通過(guò)這些通道撤離，若設(shè)計(jì)不合理，極易引發(fā)局部通道堵塞，致使人員滯留[5]。因此，路徑資源的最大化利用不能僅著眼于路徑長(zhǎng)度，還需依據(jù)各區(qū)域人員密度與疏散需求靈活調(diào)整路徑選擇。

4.疏散通道的負(fù)荷平衡

疏散通道的負(fù)荷平衡是優(yōu)化疏散路徑的關(guān)鍵目標(biāo)之一。在火災(zāi)突發(fā)時(shí)，疏散路徑與通道常出現(xiàn)負(fù)荷不均問(wèn)題，部分通道可能因超負(fù)載引發(fā)堵塞，顯著降低人員疏散速度。為實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡，在設(shè)計(jì)疏散路徑時(shí)需合理調(diào)配各通道負(fù)荷，避免單一通道因使用過(guò)度造成擁堵。醫(yī)院不同功能區(qū)人流特性差異顯著，急診區(qū)人員流動(dòng)性強(qiáng)、瞬時(shí)流量大，病房區(qū)以行動(dòng)不便的病患為主、流動(dòng)速度慢，手術(shù)區(qū)因人員密集且需兼顧醫(yī)療設(shè)備轉(zhuǎn)移，對(duì)通道通行效率要求更高。因此，疏散通道規(guī)劃需充分考量各區(qū)域特性，依據(jù)人員分布密度與流動(dòng)規(guī)律動(dòng)態(tài)分配負(fù)荷。通過(guò)優(yōu)化通道布局、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人流數(shù)據(jù)并調(diào)整引導(dǎo)策略，確保各通道在疏散過(guò)程中負(fù)荷均衡，有效防范局部擁堵，保障整個(gè)疏散過(guò)程平穩(wěn)、有序進(jìn)行。

（二）優(yōu)化變量與約束條件

在優(yōu)化醫(yī)療建筑消防疏散路徑時(shí)，核心變量涵蓋疏散路徑選擇、病患分布狀態(tài)與建筑結(jié)構(gòu)配置三大要素。病患位置直接影響通道選擇，與建筑結(jié)構(gòu)布局、通道寬窄、出口數(shù)量等緊密關(guān)聯(lián)。針對(duì)病患分布，需綜合考量各區(qū)域病人數(shù)量、病種特性及特殊護(hù)理需求。醫(yī)院功能分區(qū)差異顯著，手術(shù)區(qū)需兼顧手術(shù)設(shè)備轉(zhuǎn)移，急診區(qū)面臨人流瞬時(shí)激增，病房區(qū)以行動(dòng)不便患者為主，因此必須依區(qū)域特性靈活調(diào)整疏散策略。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際限制作為關(guān)鍵約束條件，如通道最大承載量、空間連接方式等，極大地限定了疏散路徑選擇范圍。具體而言，疏散通道的人員容納上限、樓層病患密度分布、疏散門有效寬度等均為優(yōu)化過(guò)程中不可逾越的邊界條件[6]。

三、多目標(biāo)優(yōu)化算法與模型求解

（一）遺傳算法（GA）

遺傳算法（GA）作為一種高效的優(yōu)化方法，通過(guò)模擬自然選擇與遺傳機(jī)制，在處理復(fù)雜非線性多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)[7。在醫(yī)療建筑消防疏散路徑優(yōu)化中，GA通過(guò)模擬“種群”競(jìng)爭(zhēng)與進(jìn)化過(guò)程，能夠從海量疏散路徑組合中探尋全局最優(yōu)解。在醫(yī)療場(chǎng)景中，GA可綜合考量疏散時(shí)間、病患需求、路徑負(fù)荷、區(qū)域密度等多元因素，實(shí)現(xiàn)靈活路徑搜索。面對(duì)醫(yī)院復(fù)雜的建筑布局，GA能針對(duì)病房區(qū)、手術(shù)區(qū)、急診區(qū)等功能分區(qū)的獨(dú)特需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整疏散路徑，規(guī)避疏散瓶頸。通過(guò)構(gòu)建精細(xì)化的醫(yī)院功能分區(qū)模型，GA可高效篩選各類路徑組合，提高疏散效率，尤其在人員高密度區(qū)域或火災(zāi)突發(fā)的緊急情況下，顯著提升疏散速度與安全性，為醫(yī)療建筑內(nèi)人員的快速、有序撤離提供科學(xué)的算法支撐。

（二）模擬退火算法（SA）

模擬退火算法（SA）是一種全局優(yōu)化算法，其核心思想源于對(duì)物質(zhì)退火過(guò)程中逐步降溫現(xiàn)象的模擬，通過(guò)引入隨機(jī)性，避免算法陷入局部最優(yōu)解[8]。SA在處理高維度、高復(fù)雜性的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題時(shí)優(yōu)勢(shì)顯著，尤其適用于醫(yī)療建筑疏散路徑優(yōu)化中涉及的非線性特征與多重約束條件。該算法通過(guò)逐步降低搜索“溫度”，在初始階段允許接受較差解以擴(kuò)大搜索空間，隨著“溫度”遞減逐漸聚焦于全局最優(yōu)解。在醫(yī)療建筑疏散路徑優(yōu)化場(chǎng)景中，SA能夠高效應(yīng)對(duì)路徑?jīng)_突、功能區(qū)域復(fù)雜關(guān)聯(lián)及多重約束等難題。以病房區(qū)和手術(shù)區(qū)為例，針對(duì)病房?jī)?nèi)行動(dòng)不便患者的轉(zhuǎn)運(yùn)需求與手術(shù)中醫(yī)療設(shè)備的同步撤離要求，SA可通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整搜索參數(shù)（如降溫速率、初始溫度），優(yōu)先滿足緊急撤離需求，在確保病患生命安全的同時(shí)，規(guī)避通道擁堵。隨著“溫度”逐步降低，算法在疏散時(shí)間、病患安全與路徑負(fù)荷之間不斷尋優(yōu)，最終達(dá)成多目標(biāo)平衡的最優(yōu)解決方案，為醫(yī)療建筑在緊急狀況下的人員安全、有序撤離提供科學(xué)的算法支持。

（三）優(yōu)化模型的求解與驗(yàn)證

為破解醫(yī)療建筑消防疏散路徑的多目標(biāo)優(yōu)化難題，本研究融合模擬退火算法（SA）與遺傳算法（GA），構(gòu)建適用于醫(yī)療場(chǎng)景的多目標(biāo)優(yōu)化模型[9。該模型以疏散時(shí)間最小化、負(fù)荷平衡、病患安全最大化為核心自標(biāo)，通過(guò)對(duì)醫(yī)院功能分區(qū)（如病房區(qū)、手術(shù)區(qū)、急診區(qū)）、疏散通道參數(shù)（寬度、承載量）、人員分布特征（密度、行動(dòng)能力）及疏散優(yōu)先級(jí)（重癥患者優(yōu)先、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)需求）的精細(xì)化建模，在建筑結(jié)構(gòu)約束（通道連接關(guān)系、出口數(shù)量）下生成最優(yōu)疏散路徑方案[10]。基于實(shí)際醫(yī)院數(shù)據(jù)的驗(yàn)證結(jié)果表明，優(yōu)化后的疏散路徑顯著提升了整體效率。模型通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡多目標(biāo)需求，在保障病患安全（尤其是行動(dòng)不便群體）的同時(shí)，有效避免了“瓶頸”通道的形成。此外，模型可根據(jù)不同功能分區(qū)的實(shí)時(shí)需求（如樓層病患密度變化），動(dòng)態(tài)調(diào)整路徑策略，實(shí)現(xiàn)緊急狀態(tài)下疏散效率的最大化。研究結(jié)果證實(shí)，該多目標(biāo)優(yōu)化模型為醫(yī)療建筑消防安全管理提供了科學(xué)、高效的技術(shù)方案，具有顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)語(yǔ)

本文基于構(gòu)建醫(yī)療功能分區(qū)的消防疏散路徑多目標(biāo)優(yōu)化模型，通過(guò)融合遺傳算法與模擬退火算法，有效地解決了醫(yī)療建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的消防疏散難題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型在提升疏散效率、縮短人員疏散時(shí)間的同時(shí)，能夠在多疏散目標(biāo)的相互關(guān)系中找到最佳平衡點(diǎn)。鑒于醫(yī)療建筑的復(fù)雜性與多樣性，模型的適用性和普適性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。后續(xù)研究可考慮納人建筑內(nèi)設(shè)備設(shè)施、火災(zāi)類型等更多約束條件，以進(jìn)一步增強(qiáng)模型的精準(zhǔn)度和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1］李威龍.對(duì)醫(yī)療建筑消防配電形式及應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)的探討[C].中國(guó)消防協(xié)會(huì)學(xué)術(shù)工作委員會(huì)消防科技論文集，2024.

[2]邱永新，曹軍輝.甘肅岷縣全力打通醫(yī)療機(jī)構(gòu)消防“生命通道”[J].人口與健康，2024（10）：75-78.

[3］沈宇舟.醫(yī)院人員密集區(qū)域消防疏散策略優(yōu)化研究[J].水上安全，2024，10（17）：109-111.

[4]楊梓博.淺談高層醫(yī)院建筑消防設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（28）：94-96.

[5]易濱發(fā).醫(yī)療建筑消防應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].智能建筑電氣技術(shù)，2023，17（05）：65-68.

[6]趙磊.綜合醫(yī)院建筑消防設(shè)計(jì)探討[C].中國(guó)消防協(xié)會(huì)學(xué)術(shù)工作委員會(huì)消防科技論文集，2023.

[7］馬琳越.基于BIM和Dijkstra算法的醫(yī)院建筑消防疏散路徑規(guī)劃研究[D].南京林業(yè)大學(xué)，2022.

[8]梁軍.醫(yī)療建筑消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響因素及優(yōu)化建議[J].中國(guó)建筑裝飾裝修，2022（21）：104-106.

[9］甄珍.結(jié)合太原某醫(yī)院談醫(yī)療機(jī)構(gòu)防火設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2020，46（13）：23-25.

[10］蔣暉.消防疏散設(shè)計(jì)中疏散路線和距離的控制原則[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020，47（02）：138-139.