１智能疏散指示系统的疏散路线设计原则及依据
（１）疏散路线安全原则。当火灾发生时，火灾区域内人员要迅速判断火势的来源，朝与火势趋向相反的方向逃生，避免盲目做出错误的疏散方向选择。该疏散原则要求智能疏散指示系统在火灾发生时疏散路线指示方向正确，从而保证疏散行动的安全、快速、顺利。（２）有序疏散原则。确认火灾后，火灾警报装置和消防应急广播启动，人员经预动作时间开始疏散，这时同一疏散路线上人员的疏散行动应保证方向一致，否则可能产生逆流而导致拥堵。该原则要求智能疏散指示系统应急指示应及时联动，且任何一条疏散路线上各类疏散指示标志灯具应协同指示，不应存在矛盾指向。（３）整体快速原则（就近与均衡兼顾）。复杂建筑的防火分区一般情况下有多个安全出口，应急疏散时应综合考虑疏散距离、出口宽度、路线通行难易程度以及人员属性与分布等影响因素，合理引导人员向各个安全出口均衡疏散，避免一味就近疏散导致选择同一出口的人员过多而引发等待排队时间延长。该原则要求智能疏散指示系统应合理设置和指示，以引导人流缩短整体疏散时间，提高整体疏散效率。智能疏散指示系统的疏散路线设计还应该考虑建筑空间布局信息和典型场景信息。建筑空间布局信息包括：安全出口的位置、数量；疏散走道类型（袋形走道、双向走道、环形走道、交叉路口等）；疏散宽度；部分建筑占地面积较大，在疏散设计中，部分疏散楼梯首层出口为直通室外；疏散宽度可能存在不足或者分布不均衡，出现防火分区相互借用安全出口的情况；防烟分区设计，如挡烟垂壁和建筑横梁的设计等。典型场景主要包括以下方面：一是火灾位置，包括疏散通道、安全出口、开敞式营业区、亚安全区、防火分区分隔处等；二是烟气蔓延速度，烟气蔓延速度较烟气温度上升速度快，水平方向扩散对人员安全疏散的威胁最大，烟气的水平扩散速度约为０．３～０．８ｍ／ｓ；三是人员受限疏散速度，当人群密度ρ＝１．０人／ｍ２左右时，水平疏散速度为ｖ＝１．３ｍ／ｓ；当ρ＝２．０人／ｍ２左右时，水平疏散速度为ｖ＝０．７ｍ／ｓ；当ρ＝５．３８人／ｍ２左右时，人流迁移流动完全处于停滞状态，水平疏散速度为ｖ＝０．０ｍ／ｓ。
２智能疏散指示系统的疏散路线指示要求
根据疏散路线设计的基本原则，结合目前智能疏散指示系统的工程应用现状，研究不同场景的实际情况，笔者提出了智能疏散指示系统的疏散路线指示要求。
２．１常态指示（未发生火灾时）要求
同一防火分区内，疏散路线一般应按照就近疏散的原则确定，当各安全出口的位置、宽度（或人员密度）分布明显不均衡时，可按照以下方式计算得出。计算从灯具所在位置到可能利用的安全出口或者疏散楼梯的当量距离，选择当量距离小的方向指示。如图１所示，灯具距离安全出口Ｅ１、Ｅ２的当量距离按式（１）、式（２）计算。式中：Ｌｉ为某段疏散通道的实际长度；Ｗ１、Ｗ６为安全出口Ｅ１、Ｅ２的净宽度；Ｗ２～Ｗ４、Ｗ５分别为疏散通道的最小净宽度；ζ１～ζ４分别为疏散通道的通行难易程度系数，通行难易程度系数依据平直通道、上楼梯、下楼梯、上坡、下坡等情况取不同值。若δ１≤δ２，则灯具的指示方向为安全出口Ｅ１方向；若δ１＞δ２，则灯具的指示方向为安全出口Ｅ２方向。计算某灯具所在位置到安全出口时，若经过通道的路况，即通行难易程度系数发生变化，则应分别取相邻通道的实际长度和通行难易程度系数进行计算。
２．２应急指示（发生火灾时）要求
火灾发生时，根据不同场景和建筑结构，疏散路线的确定应按照安全快速的原则设计，以下要求针对不同具体情况，给出一般要求，若出现其他特殊情况，应综合考虑，保证整体的安全性和疏散效率。（１）首警防火分区内，当首警探测区域位于或邻近疏散走道、安全出口时，相关疏散路线的疏散方向指示应远离火灾，避免疏散行动受烟气蔓延过程影响。（２）当首警探测区域位于首层未直通室外疏散楼梯间出口，且该疏散楼梯间无其他安全出口时，各楼层相关疏散路线不应通往该疏散楼梯间。（３）着火防火分区内，后续火灾报警不应改变已完成的疏散路线应急指示，避免出现人员按应急疏散路线撤离时，突然改变疏散路线方向，造成人员恐慌或逆流。（４）当相邻防火分区存在安全出口相互借用的情况时，所有相邻防火分区的相关疏散路线不应指示通往首警防火分区。（５）手动火灾报警按钮报警不应改变着火防火分区内疏散路线，因为手动报警按钮的位置不一定是火灾实际发生的位置，而且往往位于疏散通道内。
３疏散路线生成算法
建筑物火灾中最优疏散路线的计算，实质上就是计算安全的最短疏散时间，即每个疏散人员尽量选择最短的疏散路线，但要考虑整体疏散效率，实现全局优化。最短路径问题是图论中的经典问题，计算算法有几十种，它们在空间复杂度、时间复杂度、易实现性及应用范围等方面各具特色。为实现智能疏散指示系统的疏散路线生成，笔者采用了改进的Ｆｌｏｙｄ（弗洛伊德）算法进行计算。Ｆｌｏｙｄ算法是一种用于寻找给定的加权图中顶点间最短路径的算法，通过一个图的权值矩阵计算出其每两点间的最短路径矩阵。Ｆｌｏｙｄ算法与其他图的最短路径生成算法（Ｄｉｊｋｓｔｒａ、ＳＰＦＡ、Ｂｅｌｌｍａｎ－ｆｏｒｄ等）相比，其优点是：可计算出任意两个节点间的最短距离和路径，代码编写较简单，对于稠密图计算效率较高，实用性较强。笔者将安全出口、消防应急标志灯具抽象为Ｆｌｏｙｄ算法中图的节点；疏散通道抽象为图的路径；通过疏散距离、疏散宽度、通行难易程度计算灯具到安全出口的当量距离，从而确定疏散路线上灯具的指示方向，采用邻接矩阵作为存储的数据结构。
４疏散路线合理性验证
为验证软件生成的疏散路线的合理性，笔者通过Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＥＸＯＤＵＳ软件进行模拟验证。通过Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＥＸＯＤＵＳ软件计算，此软件生成的疏散路线能够比现有疏散路线缩短疏散时间１０％～２０％。以某购物中心的一个防火分区为例，此防火分区共有５个安全出口，分布在防火分区的四角。Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＥＸＯ－ＤＵＳ软件未优化前平均分配各个安全出口的吸引度，正常计算疏散时间为１７３ｓ，评测软件生成的疏散路线指示如图４所示，Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＥＸＯＤＵＳ软件按此调整后，各个安全出口的吸引度如图５所示，计算的疏散时间为１４８ｓ，疏散时间缩短１４．４５％。采用均衡疏散的设计原则能够缩短整体的疏散时间，从而提高疏散效率。另外，通过若干性能化设计工程实例、２０余处特定火灾场景计算，未发现计算的疏散路线指向火灾危险区域的情况，即未出现软件计算错误的情况。
５结束语
笔者开发了智能疏散指示系统的疏散路线生成算法，将安全疏散的基本原则、智能疏散指示系统的指示要求、建筑空间结构及典型火灾场景有机结合，通过工程模拟验证，疏散路线计算准确，使用效果良好，进一步经济期刊发挥了智能疏散指示系统安全、合理、高效的引导作用。
作者：侯玉成 刘玉宝 梅志斌 吴小川 单位：陕西省消防总队 公安部沈阳消防研究所
