基于多項(xiàng)式混沌展開的人員疏散時(shí)間不確定性研究.pdf

1、目前，建筑防火設(shè)計(jì)常用的兩種方法是“處方式”規(guī)范和性能化防火設(shè)計(jì)?！疤幏绞健狈阑鹪O(shè)計(jì)對建筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)和各項(xiàng)指標(biāo)都進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)定，但缺乏一定的靈活性。由于火災(zāi)發(fā)生和人員行為的不可預(yù)測性，建筑火災(zāi)下的人員疏散時(shí)間呈現(xiàn)顯著的不確定性。性能化防火設(shè)計(jì)在處理火災(zāi)發(fā)生和人員疏散的隨機(jī)性問題上，則主要采用安全系數(shù)或保守取值法。而安全系數(shù)的選取在較大程度上依賴于火災(zāi)專家，其取值的可靠性有待于驗(yàn)證。保守取值法通常根據(jù)最極端的情況對建筑物進(jìn)行防火設(shè)

2、計(jì)，這樣往往會(huì)造成建筑資源的浪費(fèi)。針對上述問題，本文提出了基于多項(xiàng)式混沌展開的人員疏散時(shí)間不確定性分析方法以及在不確定性參數(shù)影響下人員疏散時(shí)間最優(yōu)出口參數(shù)取值的確定方法，主要研究工作與成果如下:
　　根據(jù)人員疏散過程和參數(shù)可控的難易程度，將人員疏散時(shí)間的相關(guān)參數(shù)分為不確定性參數(shù)和出口參數(shù)。與人員疏散相關(guān)的不確定性參數(shù)較多，如人員密度、人群組成和預(yù)動(dòng)時(shí)間等。出口參數(shù)是指與建筑物出口相關(guān)的參數(shù)，如出口寬度、出口間距、出口個(gè)數(shù)和出口位置

3、等。
　　為降低人員疏散時(shí)間不確定性分析的計(jì)算時(shí)間成本，本文耦合人員疏散模型和多項(xiàng)式混沌展開法建立了人員疏散時(shí)間的不確定性分析方法。該方法與MonteCarlo模擬方法在計(jì)算精度上較為接近且計(jì)算時(shí)間成本較少。此外，采用本文提出的不確定性分析方法比較了預(yù)動(dòng)時(shí)間為確定值和隨機(jī)變量情況下人員疏散時(shí)間的不確定性，結(jié)果表明所考慮的不確定性參數(shù)越多，安全系數(shù)并不一定越大。
　　為減少人員疏散時(shí)間參數(shù)敏感性分析的計(jì)算成本，本文耦合多項(xiàng)式混

4、沌展開和方差分解法提出了人員疏散時(shí)間參數(shù)敏感性分析方法?；谌藛T疏散時(shí)間計(jì)算模型的一階多項(xiàng)式混沌展開給出了人員疏散時(shí)間參數(shù)的線性敏感度指標(biāo)。由于人員疏散模型是高度非線性的，基于二階多項(xiàng)式混沌展開給出了人員疏散時(shí)間參數(shù)的非線性敏感度指標(biāo)。研究結(jié)果表明:通過本文提出的敏感性分析方法與基于抽樣的敏感性分析方法所獲得的各參數(shù)對人員疏散時(shí)間影響的重要度排序是一致的，且本文提出的敏感性分析方法的計(jì)算時(shí)間成本較少。當(dāng)出口寬度較小時(shí)，人員疏散時(shí)間對不確

5、定參數(shù)的敏感性受出口寬度影響顯著。當(dāng)人員密度較大時(shí)，人員疏散時(shí)間對出口參數(shù)的敏感性受人員密度影響較小。
　　為降低計(jì)算成本并保證建筑物的安全性，經(jīng)濟(jì)性和功能適用性，耦合人員疏散模型、多項(xiàng)式混沌展開法和兩階段嵌套式的Monte Carlo模擬建立了不確定性參數(shù)作用下人員疏散時(shí)間最優(yōu)出口參數(shù)的確定方法。以建筑內(nèi)一單室防火分區(qū)為例，對人員疏散時(shí)間最優(yōu)的出口寬度、出口間距和出口位置進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明本文提出的耦合多項(xiàng)式混沌展開和兩階段

6、嵌套式的Monte Carlo模擬技術(shù)使得在不確定參數(shù)影響下疏散出口參數(shù)優(yōu)化所需的計(jì)算成本顯著減少。隨著人員疏散時(shí)間取值可靠性的增加，人員疏散時(shí)間的最小值將顯著增加。對于人員疏散時(shí)間不同的取值可靠性，最小的出口寬度是顯著不同的。隨著出口寬度的增加，人員疏散時(shí)間的均值和標(biāo)準(zhǔn)差顯著下降。然而，當(dāng)出口寬度足夠大的情況下，人員疏散時(shí)間的均值和標(biāo)準(zhǔn)差受出口寬度影響較小，可將其視為常數(shù)。當(dāng)百人有效出口寬度在0.1～0.5m內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，出口寬度對安全系

7、數(shù)的取值可靠性影響較小。此外，通過最大疏散距離最小化所確定的出口間距和出口位置往往不是最優(yōu)的。隨著人員疏散時(shí)間取值可靠性的增大，最優(yōu)的出口間距呈增大的趨勢，且最大疏散距離最小化所確定的出口位置與人員疏散時(shí)間最優(yōu)出口位置的偏離度逐漸增加。當(dāng)出口間距較小時(shí)，安全系數(shù)的取值可靠性受出口間距影響較小;而當(dāng)出口間距增大到某一值時(shí)，人員疏散時(shí)間一取值可靠性所對應(yīng)的最小安全系數(shù)開始下降。另外，隨著出口位置與最大疏散距離最小化所確定出口位置偏離度的增加