基于智能算法的历史街区火灾疏散路径规划研究

【摘要】：随着经济社会的快速发展,历史街区逐渐发展为集旅游、商业等为一体的综合街区,这给历史街区带来很多消防安全隐患。历史街区建筑多为砖木结构,火灾荷载大,耐火等级低,且建筑之间防火间距小,火极易蔓延。人员安全疏散是减少人员伤亡的关键,历史街区街巷尺度较小,道路布局复杂,火灾发生时,不熟悉街区环境的游客难以选择有效逃生路径,从而增加了受困人员在火场的滞留时间,甚至有可能进入火灾阻断区域。因此,如何让火灾事故中人员从历史街区环境中安全、快速的逃生是历史街区应急疏散的重要问题。本文主要工作内容如下:(1)分析历史街区火灾特点以及人员疏散特征,探究历史街区主要起火原因,并重点从建筑、街区以及管理三个层面分析历史街区火灾致灾原因,在此基础上,从人员、火灾产物、建筑特征三个方面分析影响人员安全疏散的因素,确定人群密度、巷道通行难度、温度以及CO浓度为人员疏散的主要影响因素,并进行了量化。(2)建立考虑历史街区人员疏散影响因素的路径规划模型,模型中利用当量长度替代传统算法中的几何长度,针对传统栅格地图对历史街区建模时会导致算法计算量过大的问题,建立由栅格地图中障碍物顶点栅格构成的疏散网络,并以此作为蚁群算法的求解空间,通过引入目标点指向信息以及路径当量长度改进蚁群算法启发函数,利用精简冗余路径的方法改进蚂蚁死锁处理策略,并利用该方法进一步优化疏散路径,采用烟花爆炸算子优化疏散路径的局部路段,以提高蚁群算法的局部搜索能力。(3)建立基于元胞自动机的历史街区火灾蔓延模型。模型中采用六边形网格替换传统四边形栅格,以避免火灾扩散模拟与人员疏散路径规划在时间维度上的不统一以及疏散路径斜向穿墙的问题;以六边形元胞空间为环境模型,采用智能水滴算法求解安全可靠的耗时最短疏散路径。由于历史街区、古建筑群等文化遗产具有很高的历史、文化等方面价值,提升此类区域的人员疏散避难安全性不能破坏其历史原真性、生活原真性、以及风貌完整性,利用以路径规划为核心技术的智能疏散系统是提高历史街区人员疏散效率的有效方法。