CN110309976A - 超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法，涉及建筑疏散技术领域，解决了目前超高层建筑应急疏散难以做到高效的弊端，其技术方案要点是计算每个楼层单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例，并将该结果作为初始输入参数计算整体疏散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例，本发明的超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法，能合理分配使用各楼梯与电梯的人群数量，实现最高的疏散效率。

Description

超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法

技术领域

本发明涉及建筑疏散技术，特别涉及一种超高层建筑楼梯电梯协 同疏散优化策略即时生成算法。

背景技术

因为垂直疏散距离长且疏散方式单一，超高层建筑(高度大于 100m的建筑)应急疏散问题受到了广泛的关注。其中，将电梯用于 超高层建筑火灾情况下的人员疏散，是目前公认的有效提高人群疏散 效率的途径。一些地标性超高层建筑，包括迪拜塔、上海中心大厦、 中国尊、广州塔等，已经设置了辅助疏散电梯。因此，将电梯与楼梯 配合使用已经成为优化超高层建筑疏散过程的方式，而电梯与楼梯配 合使用方案的合理性决定了是否能实现最高的疏散效率。当前制定优 化方案的主要方法是：假设多种电梯与楼梯分配使用策略，并依次进 行公式计算(根据疏散公式计算疏散时间)或模拟计算(采用模拟仿 真的方式计算疏散时间)，根据计算结果选取最优策略。然而，超高 层应急疏散过程存在大量不确定性，需要根据实时人群分布与疏散通 道状态，即时生成最优的电梯与楼梯分配方案，以实现对超高层建筑 应急疏散过程智能优化管理。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策 略即时生成算法，能合理分配使用各楼梯与电梯的人群数量，实现最 高的疏散效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法，包括 有以下两个部分：

A、计算每个楼层单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例；

B、将A部分计算所得的结果输入参量，计算超高层建筑整体疏 散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例。

作为优选，A部分包括有以下具体步骤：

A1、设定每个楼层单独疏散时，各楼梯与各电梯疏散人群比例初 始值；

A2、将各楼梯与各电梯疏散人群比例代入相应楼梯与电梯疏散 公式(计算每个楼层单独疏散时楼梯疏散时间与电梯疏散时间的公式， 可以是现有的公式，也可以是新提出的楼梯与电梯疏散公式)，分别 计算每个楼梯与每个电梯的疏散时间，其中最大者即为该楼层的疏散 时间；

A3、将疏散时间最长的楼梯或电梯的疏散人群比例减少10％，并 将减少的净值部分加到疏散时间最少的楼梯或电梯的疏散人群比例；

A4、重复执行A2与A3直至该楼层的疏散时间最少，得到该楼 层单独疏散时楼梯与电梯的最优疏散人群比例。

作为优选，B部分包括有以下具体步骤：

B1、设定各楼层中各楼梯与电梯的疏散人群比例初始值为A部 分计算得到的各楼层单独疏散时楼梯与电梯的最优疏散人群比例；

B2、将各楼层楼梯与电梯的疏散人群比例代入整体疏散公式(计 算超高层建筑整体疏散时间的公式，可以是已有的公式，也可以是以 后新提出的公式)，分别计算整体疏散时每个楼梯与每个电梯的疏散 时间，其中最大者即为超高层建筑的整体疏散时间；

B3、将整体疏散时间最长的楼梯或电梯的疏散人群比例减少10％， 并将减少的净值部分加到整体疏散时间最少的楼梯或电梯的疏散人 群比例；

B4、重复执行B2与B3直至整体疏散时间最少，得到整体疏散 时每个楼层的楼梯与电梯的最优疏散人群比例。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

根据超高层建筑的楼梯与电梯参数、及各楼层的人群数量，快速 给出能够实现最优疏散效率的各楼层电梯、楼梯人群分配比例，在超 高层建筑应急疏散时，协同利用楼梯与电梯作为疏散通道，并合理分 配使用各楼梯与电梯的人群数量，实现最高的疏散效率。

具体实施方式

本实施例公开了一种超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即 时生成算法，在电梯、楼梯疏散公式的基础上，包含两部分：第一 部分，计算每个楼层单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例； 第二部分，将第一部分计算的结果作为输入参量，计算超高层建筑 整体疏散时楼梯、电梯最优的疏散比例。该方法能根据超高层建筑 的楼梯与电梯参数、及各楼层的人群数量，快速给出能够实现最优 疏散效率的各楼层电梯、楼梯人群分配比例。

第一部分：计算每个楼层单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散人 群比例。

前置条件：

假设某个楼层f的人员需要单独疏散，f为楼层编号，假设共有 M个楼层，则f＝1,2,…,M。定义s为楼梯编号，假设该楼层共有部楼梯可用，则定义该楼层的人员经楼梯s的疏散 时间为：

其中，h_f是楼层f的高度，w^s是楼梯s的宽度，是楼层f选 择楼梯s疏散的人数，且有：

其中，N_f是楼层f的人数，是楼层f选择楼梯s的人员比例。

定义e为电梯编号，假设该楼层共有部电梯可用，则 定义楼层f的人员经电梯e的疏散时间为：

其中，n^e是电梯的荷载人数，v^e是电梯的运行速度，a^e是电梯 的加速度，是楼层f选择电梯e疏散的人数，且有：

其中，是楼层f选择电梯e的人员比例。

求解目标：

求解与使得楼层f的疏散时间t_f最小。

求解算法：

设定与的初始值为设定对照疏散时间参数

①将与的值代入公式(1)与公式(3)，分别计算每个楼 梯与每个电梯的疏散时间；

②根据公式(5)计算t_f，如果令执行第③ 步，否则，跳至第④步；

③将第①步计算的与排序，取疏散时间最大值对应的或 将其减少10％，然后将减少的净值部分加到疏散时间最小值对 应的或采用调整后的与值继续执行第①步；

④此时的与即为楼层f单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散 比例；

⑤对每个楼层，重复以上步骤，计算得到每个楼层单独疏散时 楼梯、电梯最优的疏散比例。

第二部分：计算超高层建筑整体疏散时的楼梯、电梯最优的疏 散比例。

前置条件：

定义ts为楼梯编号，假设该超高层建筑共有m_s部楼梯可用，则 ts＝1,2,…,m_s，定义超高层建筑整体疏散时楼梯ts的疏散时间为：

其中，w^ts为楼梯ts的宽度，h_f,分别为楼层f的高度与选择 楼梯ts的人数，需要考虑M个楼层，并且有：

其中，N_f是楼层f的人数，是楼层f选择楼梯ts的人员比 例。

定义te为电梯编号，假设该建筑共有m_e部电梯可用，则te＝ 1,2,…,m_e，定义超高层建筑整体疏散时电梯te的疏散时间为：

其中，n^te是电梯te的荷载人数，v^te是电梯te的运行速度，a^te是电梯te的加速度，是楼层f选择电梯te疏散的人数，需要考 虑M个楼层，且有：

其中，是楼层f选择电梯te的人员比例。

求解目标：

求解与(每个楼层选择楼梯ts与电梯te的人员比例)， 使得建筑整体的疏散时间t_total最小。

t_total＝max(max(t_ts),max(t_te)) (10)

求解方法：

根据第一部分计算结果，设定与的初始值为每个楼层单 独疏散时楼梯、电梯最优的疏散比例，设定整体疏散时间对照值

①将与的值代入公式(6)与公式(8)，分别计算整体疏 散时每个楼梯与每个电梯的疏散时间；

②根据公式(10)计算t_total，如果令 执行第③步，否则，跳至第④步；

③将第①步计算的t_ts与t_te排序，假如按照从大到小排序结果为其中q_i代表按照疏散时间由大到小排序的楼 梯与电梯，对q₁代表的楼梯或电梯，即疏散时间最大的楼梯或电 梯，将每个楼层选择该楼梯或电梯的人员比例都减少10％，并将减 少的净值部分加到每个楼层选择代表的楼梯或电梯，即加到 疏散时间最小的的楼梯或电梯的人员比例中，如果代表的楼 梯或电梯在某楼层不可用，则在排序序列中从后向前选取该楼层可 用的楼梯或电梯代替，采用调整后的与值继续执行第①步；

④此时的与即为超高层建筑整体疏散时楼梯、电梯最优的 疏散比例。

为表述清楚，现举一具体实例：

第一部分：计算每个楼层单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散人 群比例。

前置条件：

定义该楼层的人员经楼梯s的疏散时间为：

其中，W^s是楼梯s的宽度；C^s为楼梯s的通行速率；t_move为 不拥堵时人群向下一层楼所需时间，一般取16s；是楼层f选择 楼梯s疏散的人数，且有：

其中，N_f是楼层f的人数，是楼层f选择楼梯s的人员比例。

定义楼层f的人员经电梯e的疏散时间为：

其中，h_f是楼层f的高度；n^e是电梯e的荷载人数；v^e是电梯e 的平均运行速度；分别是人员进出电梯e的时间；是电 梯e打开关闭一次的时间；是楼层f选择电梯e疏散的人数，且 有：

其中，是楼层f选择电梯e的人员比例。

求解目标：

求解与使得楼层f的疏散时间t_f最小。

求解算法：

设定与的初始值为设定对照疏散时间参数

①将与的值代入公式(a)与公式(c)，分别计算每个楼 梯与每个电梯的疏散时间；

②根据公式(e)计算t_f，如果令执行第③ 步，否则，跳至第④步；

③将第①步计算的与排序，取疏散时间最大值对应的或 将其减少10％，然后将减少的净值部分加到疏散时间最小值对 应的或采用调整后的与值继续执行第①步；

④此时的与即为楼层f单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散 比例；

⑤对每个楼层，重复以上步骤，计算得到每个楼层单独疏散时 楼梯、电梯最优的疏散比例。

第二部分：计算超高层建筑整体疏散时的楼梯、电梯最优的疏 散比例。

前置条件：

定义超高层建筑整体疏散时楼梯ts的疏散时间为：

其中，W^ts为楼梯ts的宽度；C^ts为楼梯ts的通行效率；分为 楼层选择楼梯ts的人数，需要考虑M个楼层，并且有：

其中，N_f是楼层f的人数，是楼层f选择楼梯ts的人员比 例。

定义超高层建筑整体疏散时电梯te的疏散时间为：

其中，n^te是电梯te的荷载人数；v^te是电梯te的平均运行速 度；分别是人员进出电梯te的时间；是电梯te打开关 闭一次的时间；是楼层f选择电梯te疏散的人数，需要考虑M 个楼层，且有：

其中，是楼层f选择电梯te的人员比例。

需要说明的是，公式(a)、(c)、(f)、(h)是当前常用 的楼梯与电梯疏散时间的计算公式，本发明借鉴该公式是为了保证 描述完整性，但本发明方法不限于上述公式。

求解目标：

求解与(每个楼层选择楼梯ts与电梯te的人员比例)， 使得建筑整体的疏散时间t_total最小。

t_total＝max(max(t_ts),max(t_te)) (j)

求解方法：

根据第一部分计算结果，设定与的初始值为每个楼层单 独疏散时楼梯、电梯最优的疏散比例，设定整体疏散时间对照值

①将与的值代入公式(f)与公式(h)，分别计算整体疏 散时每个楼梯与每个电梯的疏散时间；

②根据公式(j)计算t_total，如果令 执行第③步，否则，跳至第④步；

③将第①步计算的t_ts与t_te排序，假如按照从大到小排序结果为其中q_i代表按照疏散时间由大到小排序的楼 梯与电梯，对q₁代表的楼梯或电梯，即疏散时间最大的楼梯或电 梯，将每个楼层选择该楼梯或电梯的人员比例都减少10％，并将减 少的净值部分加到每个楼层选择代表的楼梯或电梯，即加到 疏散时间最小的的楼梯或电梯的人员比例中，如果代表的楼 梯或电梯在某楼层不可用，则在排序序列中从后向前选取该楼层可 用的楼梯或电梯代替，采用调整后的与值继续执行第①步；

④此时的与即为超高层建筑整体疏散时楼梯、电梯最优的 疏散比例。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制， 本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出 没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专 利法的保护。

Claims (3)

1.一种超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法，其特征是，包括有以下两个部分：

A、计算每个楼层单独疏散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例；

B、将A部分计算所得的结果作为输入参量，计算超高层建筑整体疏散时楼梯、电梯最优的疏散人群比例。

2.根据权利要求1所述的超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法，其特征是，A部分包括有以下具体步骤：

A1、设定各楼梯与各电梯疏散人群比例初始值；

A2、将各楼梯与各电梯疏散人群比例代入相应楼梯与电梯疏散公式，分别计算每个楼梯与每个电梯的疏散时间，其中最大者即为该楼层的疏散时间；

A3、将疏散时间最长的楼梯或电梯的疏散人群比例减少10％，并将减少的净值部分加到疏散时间最少的楼梯或电梯的疏散人群比例；

A4、重复执行A2与A3直至该楼层的疏散时间最少，得到该楼层单独疏散时楼梯与电梯的最优疏散人群比例。

3.根据权利要求2所述的超高层建筑楼梯电梯协同疏散优化策略即时生成算法，其特征是，B部分包括有以下具体步骤：

B1、设定各楼层中各楼梯与电梯的疏散人群比例初始值为A部分计算得到的各楼层单独疏散时楼梯与电梯的最优疏散人群比例；

B2、将各楼层楼梯与电梯的疏散人群比例代入整体疏散公式，分别计算整体疏散时每个楼梯与每个电梯的疏散时间，其中最大者即为超高层建筑的整体疏散时间；

B3、将整体疏散时间最长的楼梯或电梯的疏散人群比例减少10％，并将减少的净值部分加到整体疏散时间最少的楼梯或电梯的疏散人群比例；

B4、重复执行B2与B3直至整体疏散时间最少，得到整体疏散时每个楼层的楼梯与电梯的最优疏散人群比例。