高层建筑楼梯电梯协同人员疏散的实时动态疏导策略研究

摘要

随着保障电梯安全运行的技术措施逐渐成熟，越来越多的专家、学者开始研究高层建筑楼梯电梯混合疏散过程。随着计算机技术的发展，现在的疏散模型和软件已经快速发展，很多包含了电梯疏散模块，如EXIT98、Pathfinder、EVACNET、ELVAC等，为大型高层建筑的安全设计和改进人员疏散策略提供了参考依据。
　　然而真实的火灾场景千差万别，火灾和烟气会对疏散通道造成影响，但是常用的商业疏散软件都是“事前模型”，即疏散模拟是发生在疏散之前的，无法实时动态地应对实际疏散过程中的突发情况，所以急需一种能够快速生成实时动态疏散诱导策略的方法。
　　高层建筑现有的人员疏散模型有很多种，按照对人员疏散空间的划分形式，可以分为精细的网格模型和粗略的网络模型。由于高层建筑楼层较高、结构复杂，疏散规模大，如果使用精细的网格模型会产生很长的计算时间。而网络模型侧重于整体疏散，计算效率很高，适用于大尺寸的疏散网络，因此本文选用网络模型作为研究高层建筑实时动态人员疏导的手段。
　　在实现高层建筑实时动态人员疏导目标之前，本文首先将CCRP算法扩展到建筑疏散领域，囊括了电梯疏散模块，开发出高层建筑楼梯电梯协同疏散网络模型，克服了常用的商业软件模拟高层建筑楼梯电梯混合疏散时的局限性。自发展的协同疏散模型通过一次计算就可以求出最优的楼梯电梯混合疏散方案，使整体疏散时间最短。而常用的商业软件需要事前设定使用楼梯和电梯的人数，然后经多次计算对比得出最优方案。自发展协同疏散模型进一步提高了楼梯和电梯的使用效率，使二者达到真正的协同配合，理论上最后一批使用电梯疏散的人和最后一批使用楼梯疏散的人在同一时间到达室外安全区域。另外，探讨了疏散人数、电梯荷载、楼梯容量、建筑高度等参数数对高层建筑楼梯电梯协同疏散方案的影响规律。
　　在此基础上，为了应对疏散过程中火灾烟气对疏散通道的影响，实现对人员疏散的动态诱导，本文开发了实时动态的高层建筑楼梯电梯协同疏散网络模型，算法可以实现在疏散进程中任意时刻某一疏散通道突然失效后，实时动态地搜寻、调整最优疏散路径，以确保建筑内人员快速安全地疏散到室外安全区域。这是目前的商业软件无法实现的。然后，本文利用实时动态的高层建筑楼梯电梯协同疏散网络模型研究了不同火灾工况对实时动态疏散过程的影响，结果发现针对每一种火灾工况，都存在一个临界着火楼层，当着火楼层位于临界楼层以下时，随着着火楼层的降低，整体疏散时间呈线性增长趋势;在临界楼层以上着火时，整体疏散时间和疏散方案几乎没有变化。希望为高层建筑人员疏散的方案制定和应急指挥提供参考意见。
　　最后本文初步探讨了穿梭梯辅助超高层建筑人员疏散的优越性，并将自发展的楼梯电梯协同疏散模型应用到性能化防火设计中。结果发现穿梭梯辅助疏散可以有效提高整体疏散效率，并且存在一个最佳的穿梭梯使用人数比例，使整体疏散时间最短。这个楼梯穿梭梯混合疏散的最优比例可以通过自发展的高层建筑楼梯电梯协同疏散模型快速求出，大大减少了商业软件模拟疏散场景的工作量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 人员疏散模型介绍

1．3 网络模型研究现状

1．3．1 网络模型国外研究现状

1．3．2 网络模型国内研究现状

1．4 研究目标及技术路线

1．5 章节安排

第二章 改进的CCRP模型介绍

2．1 CCRP模型回顾

2．2 楼梯电梯协同疏散网络模型介绍

2．3 实时动态的高层建筑楼梯电梯协同疏散模型介绍

2．3．1 实时动态协同疏散模型的算法描述

2．3．2 新疏散网络属性值初始赋值方法

2．4 本章小结

第三章 参数对高层建筑楼梯电梯协同疏散模型的影响

3．1 CCRP网络模型合理性论证

3．2 广岛20层高层公寓案例介绍

3．2．1 模拟方法介绍

3．3 参数对高层建筑楼梯电梯协同疏散的影响

3．3．1 疏散人数对协同疏散时间的影响

3．3．2 最佳疏散楼层影响因素分析

3．3．3 楼梯和电梯的容量对协同疏散时间的影响

3．3．4 建筑高度对最佳疏散楼层的影响

3．3．5 电梯停靠楼层对混合疏散过程的影响

3．4 本章小结

第四章 不同火灾场景下实时动态人员疏导分析

4．1 火灾产物对人员疏散的影响

4．2 火灾工况概况

4．3 不同火灾工况对实时动态楼梯电梯协同疏散过程的影响

4．3．1 着火楼层对协同疏散路径的影响

4．3．2 临界着火楼层的影响因素分析

4．3．3 火灾工况对实时动态协同疏散的影响

4．4 本章小结

第五章 超高层建筑穿梭梯辅助疏散设计初步探讨

5．1 超高层建筑穿梭梯参与辅助疏散案例

5．2 超高层建筑人员整体疏散策略研究

5．3 人员疏散运动的定量模拟分析结果

5．3．1 楼梯电梯协同疏散模型在性能化防火设计中的应用

5．3．2 疏散场景模拟结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文工作与结论

6．2 创新点

6．3 工作展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的论文