多点进入型地下通道火灾应急救援策略研究

摘 要：针对地下发生火灾后，受灾人员的伤亡集中发生在疏散或疏散受阻过程中的问题，对多点进入型地下通道火灾应急救援策略进行研究。通过分析地下灾变时期人员疏散影响因素、基于最短时间求解最佳疏散路径规划、多点实时监控与进入型应急救援路径智能规划，提出一种全新的火灾应急救援策略。应用新策略可以有效缩短遇险人员到达安全区域的时间，为应急救援带来更有利条件，减少甚至避免火灾造成的经济财产损失和人员伤亡。

关键词：多点进入型；地下通道；火灾应急救援

中图分类号：TU 99" 文献标志码：A

1 地下灾变时期人员疏散影响因素分析

地下环境复杂，空间狭小密闭，无法完全避免事故，因此一旦发生火灾，浓烟和热气都难以自然排除，且会迅速蔓延整个地下空间。当斜坡道上出现火灾事故时，可燃物燃烧并释放出热能，进而转化为对高温烟气做功的机械能，从而对地下通道内的气流施加一个附加风压[1]。火风压是一种天然风压，其功能和风机的功能大体相当。这是因为火焰压力总在向上做功，而当斜坡通道下行时，二者的做功方向为反向。随着火灾规模变大，火压的能量也随之增加，在这种情况下，很容易出现烟流倒流的情况。图1（a）为烟气在上行通道坡道内的运动规律图。

当水平通道上发生火灾时，烟气流经的通道标高相同，此时火风压可以忽略不计。在火势初期，烟气的温度不高，造成的节流并不明显，烟气仍然朝着通风下风向蔓延，其烟气流动情况如图1（b）所示。

当火势逐渐变大，烟气温度会随之升高，此时产生的节流效应增强，阻力效应将越来越显著。此时通风的风速变慢，最终当节流效应与通风阻力相当时，通风风速会为0，此时火灾烟气将会产生逆流现象，朝上风向逐渐蔓延[2]。除此之外，社会心理因素也是影响人员疏散的一个重要因素。恐慌、焦虑、不安等情绪可能会导致人们做出不理智的行为，例如盲目逃生、争夺资源等，从而影响人员疏散的效率和效果。综上所述，地下灾变时期人员疏散是一个复杂的过程，受多种因素的影响[3]。因此，需要综合考虑各种因素，制定科学、合理的疏散方案，以保障人员的生命安全，减少损失。

2 基于最短时间求解的最佳疏散路径规划

最短时间求解法不仅能确定人员疏散路线中的多个关键因素，而且还能通过大数据试验，对难以定量的因素进行分析、总结。在考虑其他因素（安全出口的滞留效应、人员密集引起的黏性效应、有效宽度的引入等）的基础上[4]，提出一种基于遗传算法的人员疏散模型。在新的算法中，这些因素都能被非常准确地表示出来，这样就可以使选路时的误差最小。图2为人员疏散时间线示意图。

当进行人员安全疏散时，应当确保ASETgt;RSET，并尽可能地降低RSET的数值。根据以往的研究经验，当地下通道的高度大于或等于2.0m时，人员可以跑步完成撤离，速度可达到约135m/min。当地下通道的高度小于2.0m时，人员只能够步行或弯腰撤离，需要结合公式（1）计算此时的撤离速度。

V1=a+bH+cH2+dH3 （1）

式中：V1为撤离速度；a、b、c、d为回归分析系数；H为地下通道高度，取值在0.56～2.0m。进一步求解通过地下通道的疏散时间如公式（2）所示。

（2）

式中：tp为通过地下通道的疏散时间；lp为地下通道长度。在疏散的过程中，并不能完全利用疏散通道的整个宽度，结合防火工程师协会给出的相关数据，须对地下通道的有效宽度进行折减[5]，见表1。

结合折减系数法，确定所有疏散路径中，人员通过疏散路径所需时间T最短的路径，即为最佳疏散路径。计算T如公式（3）所示。

T=t'p˅t'm+t'x+t'p+t'j+t'k+tl+∑tα （3）

式中：t'p为折减修正后的地下通道疏散时间；t'm为折减修正后的地下通道内疏散时间；t'x为折减修正后的斜坡通道内疏散时间；t'j为折减修正后的人员通过地下通道斜坡下行的时间；t'k为折减修正后的人员通过地下通道斜坡上行的时间；tl为人员通过安全出入口的时间；tα为人员通过地下通道转角所需的时间。采用上述方式选择的疏散路径可以最大程度地缩短 RSET，为地下人员撤离提供保障。

3 多点实时监控与进入型应急救援路径智能规划

完成地下通道最佳疏散路径的规划设计后，应对火灾环境的多点进行实时监控，为规范化实施现场应急救援等相关工作提供技术支持。

在地下通道火灾应急救援中，多点实时监控是非常重要的一个环节。根据地下通道中构筑物的实际构造，通过在关键位置设置监控摄像头，可以实时获取火场内部的动态和信息，为救援决策提供重要的参考依据[6]。多点实时监控布置如图3所示。

建立摄像头与计算机间的实时通信与传输连接，截取部分监控界面实时画面，如图4所示。

完成地下空间与通道多点实时监控的布置后，根据地下空间的分布、通道横向最大跨度、通道纵向最大跨度、高度与出入口数量等条件，绘制地下通道标高与轴网[7]。

标高绘制有以下 4 个步骤。1）打开工程文件，在工程绘图中选择“楼层”选项，点击“添加楼层（地下通道）”，在“层高”中填写地下通道的标高（例如10m）。2）在“楼层类型”下拉菜单中选择“坑道层”，勾选“启用重力计算”，重力方向选择“顶板到底板”。3）在工程绘图中选择“轴网”，点击“添加轴网”，在“起始X轴”和“起始Y轴”中输入0，在“终止X轴”和“终止Y轴”中输入地下通道的宽度和长度（例如8m×5m）。4）确认无误后，点击“应用”完成地下通道标高的绘制。

轴网绘制共由以下3个步骤构成。1）在工程绘图中选择“轴网”，点击“添加轴网”，在“起始X轴”和“起始Y轴”中输入0，在“终止X轴”和“终止Y轴”中输入地下通道的宽度和长度（例如8m×5m）。2）在“轴网类型”下拉菜单中选择“对称轴网”，在“中心点X”和“中心点Y”中输入地下通道的中心坐标（例如0m，0m）。3）确认无误后，点击“应用”完成地下通道轴网的绘制。

根据绘制的标高、轴网，生成多点进入型地下通道空间模型，在上述内容的基础上，使用物理引擎，根据地下通道的布置情况，添加碰撞体组件，建立地下通道障碍物模型。

根据多点实时监控反馈的火灾现场实时情况，在地下通道空间模型中录入“着火点”，并根据现场的实际情况，模拟地下通道火灾、蔓延趋势等条件。可以根据货场的分布与覆盖范围，对地下通道多点进入进行网格划分。在划分中使用CreateNode方法，在通道的多个进入方向上，每间隔0.5m布置一个节点，按照规范将对应的节点信息存储在计算机Grid矩阵中，将应急救援前进方向作为标准，在节点发射Ray射线，如果Ray射线前端物体发生“碰撞”，就说明此路线存在障碍物，无法作为最优应急救援路线。为确保救援工作的顺利实施，需要明确定义问题，包括应急救援起点、终点、可能的救援路线、道路状况等信息。以此为依据，生成若干条路线，计算过程如公式（4）所示。

（4）

式中：F为救援路径生成；F0为急救援起点；B为节点加权值；B0为救援节点约束条件。完成上述内容的设计后，引进人工势场法，建立救援环境模型，通过三维建模等技术，建立空地一体化的救援环境模型，包括地下通道、建筑物、障碍物等。计算过程如公式（5）所示。

（5）

式中：S为救援环境模型；Q1为最远救援路线长度；Q2为最近救援路线长度；K为救援路线难以系数。根据救援环境模型，参照势场函数和当前位置，定义救援路线和障碍物之间的势场函数与作用力。结合作用力和运动状态，更新救援路线中消防员的运动状态，包括速度、加速度等。通过控制作用力的大小和方向，智能规划应急救援路线（包括避障、寻路等）。

基于人工势场法的应急救援路线智能规划具有自主性和智能性，可以快速指导救援队伍的行动方向，提高搜索效率。同时，可以结合实际救援场景和火灾发展态势等具体情况，设计合理的势场函数和运动模型，对应急救援路线进行智能避障和路径规划。

4 结语

多点进入型地下通道火灾应急救援策略的研究背景主要源于城市交通压力、地下通道火灾危险性、现有应急救援策略的不足。当应对地下通道火灾事故时，多点进入型地下通道火灾应急救援策略具有显著优势和重要性。通过多点进入策略，可以有效地提高救援效率、快速控制火势、保障人员安全疏散以及为消防救援提供必要的应急物资。在实际应用中，应重视多点进入型应急救援策略的推广与实施，加强应急预案的培训与演练，提高消防部门及相关人员的应急反应能力。同时，还应注重提高公众对地下通道火灾的认识和防范意识，共同维护城市地下交通的安全与稳定。

通过本文的研究，希望能为城市地下通道火灾应急救援提供参考，推动相关领域的发展。多点进入型应急救援策略在实际应用中须根据具体情况进行适当调整，因此未来的研究方向将聚焦于实践应用和进一步优化策略本身。

参考文献

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