基于Multi-Agent的高层建筑火灾现场疏散仿真的研究

论文摘要

随着我国经济的飞速发展,城市化的进程也在不断加快,各种高层建筑不断的出现在我们的生活中。如何在发生火灾时,将高层建筑中的人员成功疏散出火灾现场已成为公共安全领域研究的热点,也是高层建筑在设计阶段需要考虑的重要问题。高层建筑疏散过程通常涉及大量的人员,组织这样规模的实地试验花费巨大,更重要的是人员心理过程很难达到真实事件时的状态。因此,在研究高层建筑火灾现场的人员疏散过程时,利用计算机进行仿真是相对经济而且有效的手段。在高层楼宇火灾的疏散过程中,由于疏散人员性格各异,各个属性值如能量,情绪,年龄也不尽相同,疏散人员会按照自己的决策进行各种个体行为。每个疏散人员的行为又会对其他人员产生影响,因此整个疏散过程非常复杂。使用传统的数学建模方式无法实现对这个疏散过程的模拟。应该采用能够模拟个体行为的微观模型进行建模。在对各种模型的总结的基础之上,本文选用基于Multi-Agent的方法建立高层建筑火灾现场人员疏散模型。该模型中设立了两类Agent:一是疏散人员Agent,二是火焰及烟气Agent。通过疏散人员Agent属性对话框可以按照研究人员的需求设置年龄、体能、“性格”各异的疏散人员Agent。模型中的疏散人员Agent可以体现真实人员的特性,如自主性,反应性,目标取向性和学习性的并能够体现出人员之间互相作用和相互影响的现象。模型中的火焰及烟气Agent可以模拟火焰及烟气的蔓延行为。利用基于Multi-Agent的方法建立起来的高层建筑火灾现场人员疏散模型开发了仿真系统。通过该系统,研究人员可以仿真在高层建筑内发生火灾时的疏散过程。该仿真系统可以对起火的楼层、建筑布局,火灾现场的人员数目、组成、性格,起火点的个数,火焰及烟气的蔓延速度和范围根据研究人员的需要进行控制和调节。本文利用仿真系统,通过对6层高的商业办公楼内的火灾现场的人员疏散过程进行样本仿真实验。通过仿真,可以得出许多有用的样本实验的输出数据,如仿真前后疏散人员Agent的能量值和情绪值的变化,疏散时间等。在样本实验的基础上,共进行8组对照实验。通过对这8组对照实验的结果的分析,我们得出以下结论：起火楼层越低,起火点个数越多,火势蔓延速度越快,越会增加整体疏散的难度；因此在高层建筑中应该设立防火隔离层,以免火灾发生在较低楼层时,发生重大人员及财产损失。另外在疏散过程中,应该鼓励熟悉建筑结构的人员应与他人分享出口信息,减少疏散人群中盲目行动的人员比例,环节某一个特定出口的拥挤程度,从整体上缩短疏散时间。对工作或生活在高层建筑中的人员,应该加强火灾安全教育,使他们能够主动尽力地对自己所处环境进行熟悉,尤其应该熟悉各个出口的位置。至于体能充足者对体力不支者的帮助,则建议经过慎重的考虑,这是因为虽然较多人提供分享能量的帮助可以减少死亡人数,但是却是以牺牲疏散时间为代价的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及重要性
• 1.2 建筑防火性能化设计研究
• 1.3 本文主要内容
• 1.3.1 本文研究目的和主要工作
• 1.3.2 本文组织结构
• 第2章 高层建筑火灾现场的疏散问题的研究
• 2.1 人员疏散仿真研究
• 2.1.1 人员疏散仿真研究的发展期
• 2.1.2 人员疏散仿真研究的成熟期
• 2.2 人员疏散仿真模型的研究
• 2.2.1 典型的人员疏散仿真模型
• 2.2.2 基于Multi-Agent建模方法建立的疏散仿真模型
• 第3章 基于Multi-Agent的疏散仿真模型的研究
• 3.1 仿真模型中的Agent的分类
• 3.2 仿真模型中的Agent的属性和行为
• 3.2.1 疏散人员Agent
• 3.2.2 火焰及烟气Agent
• 3.3 建筑物模型
• 3.3.1 网格化的建筑物平面图
• 3.4 时间模型
• 3.5 人员疏散模型的评价指标
• 3.6 小结
• 第4章 基于Multi-Agent的仿真系统的开发与试验
• 4.1 楼宇疏散仿真系统开发
• 4.1.1 仿真系统的开发环境
• 4.2 应用仿真系统进行样本仿真实验
• 4.3 样本试验仿真结果分析
• 4.4 应用仿真系统进行对照仿真试验
• 4.4.1 起火点位置、个数以及火势蔓延速度对疏散结果的影响
• 4.4.2 人员组成对疏散结果的影响
• 4.4.3 疏散人群分享出口信息行为对疏散结果的影响
• 4.4.4 疏散人群分享能量行为对疏散结果的影响
• 4.4.5 人员对建筑物熟悉程度对疏散结果的影响
• 4.4.6 建筑物的出口个数对疏散结果的影响
• 4.5 小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢