1 绪论
1.1 研究背景
自改革开放以来，随着我国城镇化进程的不断推进，城市人口的急速增加，社会主义经济的腾飞，人们的生活水平显著提升，各地大型商业建筑、超高层建筑如雨后春笋般拔地而起。在欧美等一些发达国家出现城市经济逆增长的情况下，如今的中国每年还保持着 6%以上的 GDP 增速，成为世界第二大经济体，在发展中国家名列前茅，城市到处可见摩天大楼，不同于以往单一化，规模小的集市商铺，如今的商业建筑集餐饮、购物、休闲、娱乐设施于一体，可谓是功能齐全、形式多样的城市综合体（Urban Complex，HOPSCA）。
不同于普通住宅开发受经济与政策的影响波动较大，我国的商业建筑一直处于平稳的发展当中，据统计，近十年，每年全国批准新开工的商业营业用房建筑面积在 1.4亿至 2 亿平方米之间，全国城市综合体的数量已多达 2000 多处[1]，同时，许多城市的商业综合体都扩展到地下部分，地下空间部分的开发与同期地面建筑开发的比例已增加至 15%[2]。这些大型商业综合体，极大地丰富了城市居民的生活，为城市的发展注入了新的生命力。
但是在高层、大型复杂商业建筑的运营过程中，因其内部包含步行街、超市、影院、办公室、公共活动区等区域，具有内部空间大、各部分连通性强、结构较为复杂、人员较密集、火灾荷载大等特点[3,4]，一旦发生火灾、地震、恐怖袭击等突发事件，易造成商场人员恐慌、拥挤、踩踏，引起惨重的人员伤亡和经济损失。
在国内，据《中国消防年鉴》统计，大型商业类建筑是近年来人员密集场所发生火灾中数量最多、人员伤亡最惨重、经济损失最严重的地方之一，自 1990 年起至今，全国各城市的商场发生火灾时，造成死伤人数接近 6000 人，占公众聚集场所火灾死亡人员总数的 39.7%。从 1990 年伊始，在人员聚集空间所发生的特大火灾事件中，商业建筑特大火灾发生数、死伤人员数所占的比例每年上升，每年造成的直接经济损失成千万上亿元[5,6]。在国外，商业类建筑事故更是伤亡惨痛，2002 年，在越南胡志明市贸易中心，火灾造成 61 人死亡，100 多人重伤。2004 年，巴拉圭的亚松森超市大火导致500 多人在火海中去世。2017 年 10 月，莫斯科一家名为辛迪加(SINDIKA)的大型商场发生火灾，火势很快蔓延至整个商场，大火造成经济损失约合 7.3亿人民币[2]。
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1.2 研究目的与意义
1.2.1 研究目的
国外学者在对商业建筑防火设计与人员安全疏散的研究上，已从纯安全技术性思维转变为偏向对人员行为与心理方面的研究，而我国在这方面的研究上还处于起步阶段，建筑消防性能化设计的理论研究与实际应用还存在不足。商业建筑消防设计方面的研究应将安全技术与人行行为相结合，国家相应的规范制度也应从“处方式”的规范向性能化设计规范进行转变，作出相应调整。
本文研究在一定程度上为我国商业建筑防火设计与人员安全疏散提供理论依据，并通过对人员心理因素、行为因素的研究，充分了解人员心理、行为特征对疏散的影响，找出其中的一般规律，用以补充我国商业建筑人员安全疏散在人员心理因素、行为因素方面研究的理论基础与数据支撑。
将改进后的数学模型运用到实际案例当中，为该大型商业建筑内人员在突发情景下，提供一种疏散策略，同时，为该商场的运营管理人员提供有效的决策与安全管理方法。运用相关软件对该大型商场仿真模拟，得出疏散瓶颈，对该商场进行深化设计，就商场内可能出现安全隐患的地方提出参考改进意见。对在大型商业建筑内发生突发事件具有指导意义，为降低突发事件造成的人员伤亡与财产损失做出一定贡献。
设计开发智慧商场人员疏散服务系统，并链接到商场轻型移动应用中，当突发险情发生时，用户可通过商场轻型移动应用快速进入本系统，便于实时查询最优动态逃生路径，最大化减小突发险情造成的人员与财产损失，为今后商业建筑内人员安防与逃生疏散提供有力的技术支持。
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2 大型商业建筑火灾人员疏散的特性分析
2.1 对疏散人群心理因素的研究
当火灾或其他突发灾害发生时，由于惊慌与恐惧交织在一起，从而导致当事人的心理和行为发生异常。即便是心理素质好的人，遇到火灾等突发灾害时也会感到紧张、害怕，并伴随一系列生理、心理的变化，如血压升高，心跳加速等，但这类人的大脑还处于清醒状态，肌肉有力，反应敏捷；而心理素质较差的人，在突发灾害来临之时，往往目瞪口呆，不知所措，手脚木讷，不能做出逃离现场的准备，此时，由于外界环境影响，加上自身因素，导致个体行为本能的发生一系列反应，如行为不理智，呈现无序性[28]。因此，文章首先进行当火灾或其他突发灾害发生时人员的心理因素研究，然后再进行相应的人员疏散路径分析。
（1）短时间的不理智。
当真正的灾害到来时，人们的反应与在警报演练时的反应完全不同，即当真正的灾害降临时，人们往往做不到像演练时一样的淡定与理智。面对突发的灾害，大多数人员在 5-10s 的时间内，不能做出相应的正确避难行为，这种不理智行为会使逃生变得更加复杂和困难，这使得建筑在设计时需要做出相应的正确引导，例如，醒目的图标，安全出口等逃生方向。
（2）“归巢性”。
在火灾发生时，受到外界环境影响，个体的“归巢性”促使自己寻找较熟悉的道路进行撤离，或是回归自己的家及房间，这种现象在女性中更为明显。这种本能，使得人们习惯于走老路，走熟悉的路，对于陌生的楼梯苦于寻找或是无寻找意识。例如在大超市或者大型商业建筑内，一旦发生火情，大多数人都是直接奔向电动扶梯，少有人去寻找安全疏散通道[29]。
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2.2 对疏散人员行为因素的研究
人员在火灾或其他突发灾害发生时，对整个灾害过程的行为反应分为认知、逃生准备、逃生、逃生结束，四个阶段，这些行为的持续时间，严重影响了火灾时人员疏散的整体时间。
（1）认知
认知即接收并确认火灾讯息的阶段，人员通过目睹起火、看到烟火、感受到温热、嗅到异味、听到吵杂爆裂声音、听到声光报警以及通过他人行为或告知等行为获得火灾讯息，通过以上行为来确认火灾的发生。在大型商业建筑内人员主要是通过自动报警装置和人员之间相互传递来获得火灾讯息，因此，认知阶段的时间很大程度上受到火灾报警装置系统的影响[32]。
（2）逃生准备
逃生准备阶段是一个抉择与评估的过程，分为警示行为、准备疏散与等待救援三种类型。在确认了火灾发生之后，建筑内人员首先思考火灾是否对自己造成威胁、以及危害的程度，直接影响到人的行为动作，这些行为动作直接影响到疏散的成功与否。由于火灾发生当时的紧张、恐惧心理，这段思考时间并不短，也需算入人员整体疏散时间。
警示行为分为警告朋友或亲人准备逃生、报警与无助并四处叫喊；准备疏散行为分为查看火势、诱导疏散、收拾贵重物品等；等待救援行为分为站在原地等待救援与跑到安全通道内等待救援。
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3 人员疏散模型............................21
3.1 基于人工免疫系统算法的 iEvaP+法.....................21
3.1.1 动态人群疏散模型....................................21
3.1.2 基于人工免疫系统算法的动态路径优化器.............23
4 案例分析............................32
4.1 案例介绍........................ 32
4.1.1 工程概况......................32
4.1.2 防火分区................33
5 智慧商场人员疏散服务系统设计与开发.............................54
5.1 移动应用的选择.............................. 54
5.2 系统的总体方案设计.................... 55
5 智慧商场人员疏散服务系统设计与开发
5.1 移动应用的选择
手机移动应用 APP，涉及到人们日常生活的方方面面，为了满足人们日益增长的新需求，保持并活跃用户量，移动应用 APP 厂商会对 APP 不断的进行更新和维护，使得该 APP 的用户需要不定期的对其进行升级、更新与安装，十分麻烦。APP 厂商对软件进行维护同样需要投入大量的时间和精力，同一款 APP 的不同版本在移动互联网上同时存在，使得软件的新功能不能让所有用户同时体验到，影响用户体验。另外，移动终端操作系统存在不唯一性，目前市占率较高的有安卓、IOS、塞班等系统，APP 的厂商需要对多家平台进行设计开发，不同的移动终端操作系统不能统一维护，人力成本巨大。
相比于手机移动应用 APP 的不便利，轻型移动应用可以很好的避免以上这些问题，轻应用主要用于解决长尾分发问题，且不需要用户下载，方便快捷，即时启动，即搜即用，容易分享，不占用用户本地内存，设计更加简洁单一。另外，轻应用可以更方便的调用服务器的 API，例如，获取用户所在位置信息、语音识别、图片处理、拨打电话、支付功能、云服务等应用。
目前，所有手机 APP 应用当中，微信的安装量最大，用户最多，2019 年微信的月活用户数量已超 11.5 亿，可以算是手机必备软件，航母级别的 APP 应用。2016 年 9 月21 日，作为微信的轻型移动应用，正式以“微信公众平台小程序”的名义发布。轻型移动应用是一种不需要下载安装即可使用的应用，符合本文人员疏散服务系统目标用户的需求，用户扫一扫或者搜一下即可使用。程序代码的执行效率与网络环境有很大的关系，然而，移动应用 APP 在使用时，大多情况下的终端设备都在移动，网络环境不稳定，这在很大程序上影响了 APP 的运行效率。
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6 结论与展望
6.1 本文结论总结
随着我国城镇化的进程不断推进，未来将会有越来越多的人口聚集到城市，所以需要建设更多的大型城市综合体来满足人们的生活所需，在大型商业建筑的运营过程中，因其内部包含步行街、超市、影院、办公室、公共活动区等区域，具有内部空间大、各部分连通性强、结构较为复杂、人员较密集、火灾荷载大等特点，一旦发生火灾、地震、恐怖袭击等突发事件，易造成商场人员恐慌、拥挤、踩踏，引起惨重的人员伤亡和经济损失，因此，大型商业建筑内的安全问题应受到大家重视。对于大型商业建筑火灾发生后，最关键的问题是，如何快速、安全的把人员疏散到安全区域以内，因此，研究大型商业建筑内消防设计以及火灾人员疏散问题显得尤为重要。本文针对大型商业建筑中人员疏散进行了疏散路径与疏散时间的研究，主要结论如下：
①影响大型商业建筑火灾人员疏散的因素有很多，本文表 2-1 进行了详细列举，然后通过文献综述、实地调研、问卷调查相结合的方式，主要讨论了人员心理因素，人员行为因素，群体社会力，环境因素对人群疏散的影响。在火灾等突发灾害发生时，建筑内人员会出现短时间的不理智、“归巢性”、趋光性、恐烟性与从众心理等心理因素。人员的疏散可分为认知、准备逃生、逃生与逃生结束四个阶段，在逃生阶段，工作人员有不同的行为类型：积极疏导型、灭火型、逃难型、阻止疏散型与盲目乐观型；顾客的逃生类型又分为：原路逃生型、趋光型与盲目跟随型。人群社会力由人员自我驱动力（eF ）、人员受周围群体影响产生的排斥力（rF ）与人员结伴而行的亲人、朋友产生的内聚力（cF ）三种力组成。火灾产生的烟气、火焰热、辐射热与声光都会对疏散产生很大的影响，本文通过对环境因素的研究分析出人员可用安全疏散时间（AEST）的危险临界时间上限。
②文章建立了两种数学模型分别来研究人员之间社会力对疏散时间的影响与人员疏散路径的优化。第一，用基于人工免疫系统算法提出的 iEvaP+法来研究群体间的社会力模型，分析大型商业建筑内疏散人员在突发状况下社会力对疏散路径与疏散时间的影响，第二，将人员疏散精细网格模型与人员疏散网络模型复合，构成精细网格网络复合模型，既可以对大型复杂建筑进行人员疏散模拟，又可以显示形象具体的疏散过程，然后对精细网格网络复合模型中的速度——密度经验公式与相应密度范围进行改进，得到改进的精细网格网络复合模型，使其更加符合商业建筑特性，改进后的精细网格网络复合模型，更加科学准确的计算在不同密度下，不同性别、年龄结构人员在不同区域的疏散速度与疏散时间，使疏散更加接近客观事实。最后，对疏散时间进行确定，对 REST（所需安全疏散时间）、AEST（可用安全疏散时间）进行具体分析，并选取当热烟气层高度低于距离地面(1.6+0.1H) m 时的危险临界时间作为本文研究的 AEST。
参考文献（略）