本發明屬于建筑安全技術領域，尤指一種利用“黑箱理論”計算建筑物人員疏散時間的方法。

背景技術：

建筑物人員疏散行動時間主要受建筑內人員密度、安全出口的疏散能力(疏散出口寬度、數量和位置)以及建筑內待疏散人員特征等因素的影響。這其中建筑內人員密度是影響人員疏散時間最重要的因素，因此，得到一個真實、科學的人員密度是研究人員疏散的前提。我國現行的《建筑設計防火規范》GB50016-2014給出了一套計算人員密度的方法，但該方法計算結果保守，不具有針對性，不適用于計算某些內部構造復雜、有特殊用途的建筑的人員密度。針對該現象，本專利提出了用“黑箱理論”來計算建筑內人員荷載密度的方法。

在控制論中，“黑箱”是未知的區域或系統的統稱。“黑箱理論”就是研究黑箱問題及其解決方法的理論。“黑箱理論”的特點是使系統整體優化，即無需考慮系統內部的相互聯系，從系統的整體出發，重點解決部分與整體、整體與外部之間的關系，從而解決實際問題。在建筑物中人員處于游走狀態，并且時時刻刻都有人員進出建筑物，加上建筑物內部空間大、內部構造復雜，我們不便直接調查研究建筑內各局部的人員密度，但建筑物內部人員滯留量統計滿足黑箱理論的特點。我們將建筑物本身看成黑箱，不考慮內部人員流動對建筑人員密度造成的影響，通過統計進入和離開建筑物人員的數量從而研究人員滯留量，再進一步計算人員密度，從而可以實現建筑物人員密度的統計。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種基于“黑箱理論”來計算建筑物內人員疏散時間的方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于“黑箱理論”來計算建筑物內人員疏散時間的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)實時監控并記錄各個出入口人員進入和流出的數量，統計出不同時建筑內人員的滯留量；

根據黑箱理論的原理，一定時間內進入建筑物人員的數量減去離開建筑物人員的數量即為該時間段內人員的增量，即：Δy＝Δx₁-Δx₂，y為建筑物現有人員的數量，Δy為該時間段建筑內人員的增量，Δx₁、Δx₂分別為人員進入和流出建筑物的數量。

該時間段建筑內人員數量變化速率可化簡為a(t)、b(t)分別為入口/出口人流速率，其值為各入口/出口人員速率之和，即：

a_i(t)、b_i(t)分別指第i個入口/出口的人員速率。

建筑該時間段人員總量：其中y(t+Δt)指該時刻建筑內人員總量。

(2)根據建筑物內部情況，分析建筑內人員分布特征并計算出建筑內人員密度；

(3)根據水力計算公式，計算出人員疏散所用的行動時間T_t；

假定建筑內人員分布均勻，在建筑劃定的防火分區內，人員疏散速度v_ev可表示為疏散系數k一般取為1.4，v_max為人員疏散時最快的疏散速度，其值由人群類別決定，ρ為人員密度。在防火分區j內距離安全出口最近的待疏散人員疏散至安全出口所用時間t_j'可表示為：其中l_min為防火分區j內離安全出口距離最近的長度，m。

防火分區j內距離安全出口最遠的待疏散人員至安全出口所用的時間t_j”可表示為：其中l_max為防火分區j內離安全出口距離最遠的長度，m。防火分區j內人員到達可以直通室外的安全出口時，通過該安全出口所用的時間由安全出口的疏散能力以及待疏散人數決定，防火分區j內待疏散人數P_j為：P_j＝S_j×ρ_j，其中S_j為該防火分區的建筑面積，ρ_j為該防火分區內人員密度。則防火分區j內人員通過直通室外的安全出口所用時間t_j”'可表示為：此時疏散行動時間為該防火分區離疏散出口最近的疏散人員安全通過直通室外安全出口所用的時間之和，即t_j'+t_j”'。N_j為該直通室外安全出口的通過系數，人/m·s，B_j直通室外安全出口的寬度。人員通過系數N_j可以表示為：N_j＝kρ_j×(1-0.266ρ_j)。

建筑內人員行動總時間T_t各防火分區疏散行動時間的最大值，即T_t＝max(t_j”,t_j'+t_j”')。

(4)根據人員疏散公式計算出人員疏散所用的總時間T_REST：T_RSET＝T_d+T_pre+k·T_t，其中T_d為消防報警時間，T_pre為建筑內人員反應時間，s。

在所述步驟(1)中，記錄建筑物的各個出入口人員進入和流出的數量，從而得出不同時和建筑內人員的滯留量，具體方法為：

(11)根據黑箱理論的原理，一設定時間段內進入建筑物的人員的數量減去離開建筑物的人員的數量即為該時間段內人員的增量，即：Δy＝Δx₁-Δx₂，Δy為該時間段建筑物內人員的增量，Δx₁、Δx₂分別為人員進入和流出建筑物的人員數量；

(12)該設定時間段Δt建筑物內人員數量變化速率化簡為a(t)、b(t)分別為入口、出口人流速率，其值為各入口、出口人員速率之和，即：

a_i(t)、b_i(t)分別指第i個入口、出口的人員速率，m、n分別為入口、出口的總數量；

(13)建筑物內該時間段人員總量：其中y(t+Δt)指該時刻建筑物內人員總量，y(t)為建筑物原有人員的數量。

在所述步驟(2)中，建筑物內人員密度計算公式為：其中，t指時間，Δt指設定時間段，a_i(t)、b_i(t)分別指第i個入口、出口的人員速率，m、n分別為入口、出口的總數量。

在所述步驟(3)中，通過水力計算公式計算人員疏散所用的行動時間，具體方法為：

(31)設定建筑物內人員分布均勻，在建筑物劃定的防火分區內，人員疏散速度v_ev表示為k為疏散系數，v_max為人員疏散時最快的疏散速度，其值由人群類別決定，ρ為人員密度；在防火分區j內距離安全出口最近的待疏散人員疏散至安全出口所用時間t_j'表示為：其中l_min為防火分區j內離安全出口距離最近的長度，m；

(32)防火分區j內距離安全出口最遠的待疏散人員至安全出口所用的時間t_j”表示為：其中l_max為防火分區j內離安全出口距離最遠的長度，m；

(33)防火分區j內人員到達可以直通室外的安全出口時，通過該安全出口所用的時間由安全出口的疏散能力以及待疏散人數決定，防火分區j內待疏散人數P_j為：P_j＝S_j×ρ_j，其中S_j為該防火分區的建筑面積，ρ_j為該防火分區內人員密度；

則防火分區j內人員通過直通室外的安全出口所用時間t_j”'表示為：N_j為該直通室外安全出口的通過系數，人/m·s，B_j直通室外安全出口的寬度；通過系數N_j表示為：N_j＝kρ_j×(1-0.266ρ_j)；

(34)當建筑物內直通室外的安全出口寬度夠大或者待疏散人員相對較少時，則該安全出口的疏散寬度對疏散行動時間影響較小，故時間忽略不計，此時離防火分區安全出口最遠處的待疏散人員疏散到室外所用時間即為總疏散時間，即T_t＝t_i”。當直通室外的安全出口較窄或者待疏散人員較多時，待疏散人員需要在該安全出口處等待，因此總疏散時間即為距防火分區安全出口最近處人員疏散到直通室外的安全出口處的時間與通過直通室外安全出口時間之和，即T_t＝t_i'+t_i”'。建筑物內人員疏散所用的行動時間T_t為各防火分區疏散行動時間的最大值，即T_t＝max(t_i”,t_i'+t_i”')。

在所述步驟(4)中，建筑物內人員疏散所用的總時間T_REST表示為：T_RSET＝T_d+T_pre+k·T_t，其中T_d為消防報警時間，T_pre為建筑物內人員反應時間，s，k為疏散系數。

疏散系數k取值為1.4。

本發明的有益效果是，運用“黑箱理論”方法科學、真實地計算出建筑物人員密度，有效的彌補規范上的不足之處，為計算人員疏散時間和疏散模擬提供基礎。

附圖說明

圖1為“黑箱理論”原理圖；

圖2為建筑人員密度黑箱模型。

具體實施方式

結合圖1和圖2，本發明的一種基于“黑箱理論”計算建筑物內人員疏散時間的方法，包括以下步驟：

(1)實時監控并記錄各個出入口人員進入和流出的數量，統計出不同時刻建筑內人員的滯留量；

(2)根據建筑物內部情況，分析建筑內人員分布特征并計算出建筑內人員密度；

(3)根據水力計算公式，計算出人員疏散所用的行動時間T_t；

(4)根據人員疏散公式計算出人員疏散所用的總時間T_REST。

在所述步驟1)中，記錄建筑各個出入口人員進入和流出的數量，從而得出不同時和建筑內人員的滯留量，具體方法為：

(11)根據黑箱理論的原理，一定時間內進入建筑物人員的數量減去離開建筑物人員的數量即為該時間段內人員的增量，即：Δy＝Δx₁-Δx₂，y為建筑物現有人員的數量，Δy為該時間段建筑內人員的增量，Δx₁、Δx₂分別為人員進入和流出建筑物的數量；

(12)該時間段建筑內人員數量變化速率可化簡為a(t)、b(t)分別為入口/出口人流速率，其值為各入口/出口人員速率之和，即：

a_i(t)、b_i(t)分別指第i個入口/出口的人員速率；

(13)建筑該時間段人員總量：其中y(t+Δt)指該時刻建筑內人員總量。

在所述步驟2)中，建筑內人員密度可以表述為：

在所述步驟3)中，通過水力計算公式計算疏散所用的行動時間，具體方法為：

(31)假定建筑內人員分布均勻，在建筑劃定的防火分區內，人員疏散速度v_ev可表示為疏散系數k一般取為1.4，v_max為人員疏散時最快的疏散速度，其值由人群類別決定，ρ為人員密度。在防火分區j內距離安全出口最近的待疏散人員疏散至安全出口所用時間t_j'可表示為：其中l_min為防火分區j內離安全出口距離最近的長度，m；

(32)防火分區j內距離安全出口最遠的待疏散人員至安全出口所用的時間t_j”可表示為：其中l_max為防火分區j內離安全出口距離最遠的長度，m；

(33)防火分區j內人員到達可以直通室外的安全出口時，通過該安全出口所用的時間由安全出口的疏散能力以及待疏散人數決定，防火分區j內待疏散人數P_j為：P_j＝S_j×ρ_j，其中S_j為該防火分區的建筑面積，ρ_j為該防火分區內人員密度；則防火分區j內人員通過直通室外的安全出口所用時間t_j”'可表示為：此時疏散行動時間為該防火分區離疏散出口最近的疏散人員安全通過直通室外安全出口所用的時間之和，即t_j'+t_j”'；N_j為該直通室外安全出口的通過系數，人/m·s，B_j直通室外安全出口的寬度。人員通過系數N_j可以表示為：N_j＝kρ_j×(1-0.266ρ_j)；

(34)建筑內人員行動總時間T_t各防火分區疏散行動時間的最大值，即T_t＝max(t_j”,t_j'+t_j”')。

在所述步驟4)中，建筑內人員疏散總時間T_REST可以表示為：T_RSET＝T_d+T_pre+k·T_t，其中T_d為消防報警時間，T_pre為建筑內人員反應時間，s。

“黑箱理論”的操作工程只需要測定建筑物整體人員進入和人員流出兩個參數即可，從而避免了由于建筑物空間大、內部構造復雜和人員密集等原因造成研究人員流動規律困難等問題，提高了人員滯留量及人員密度測定的準確性，在本領域具有廣泛的實用性。