基于移动互联网的综合楼宇应急疏散导航系统设计

☐文、图／北京市安全生产科学技术研究院 侯占杰 范丽娜 李梦璐 翟晓雁

随着城市化进程的加快，各地出现大量超高层建筑、多层地下空间和城市综合体等综合楼宇，这类综合楼宇由于建筑体量大、结构设计复杂、功能分区多等特点，与其他建筑相比，发生突发情况后应急疏散路线更复杂、应急逃生难度更大，楼内人员如果对环境不熟悉，很难准确快速找到最短的疏散路线。因此，通过更为有效的手段辅助应急逃生，提升应急疏散能力，提高疏散效率是亟需解决的问题。

目前，移动互联网的不断发展给社会生产和生活产生了巨大的改变，尤其是4G、5G 移动网络的普及，数据传输的速度越来越快，为基于移动互联网的应急疏散导航的应用提供了重要条件。不少学者已经展开研究，并且取得了显著的成果。张少平等构建了基于移动终端的疏散时间的路径规划，但只在火灾发生时才能使用，并需要用户向服务器请求支援后才能显示疏散路径。余芳文等融合多种上下文构建适合医院等室内应急疏散导航模型，并针对认知障碍、移动障碍、视觉障碍等不同类型人员提供地图、语音、短信等个性化的功能，但未考虑为行动受限人员提供避难层、避难间的疏散路径。本文拟通过构建楼宇应急疏散模拟地图，定位人员位置和灾害发生位置，为需要疏散人员在移动终端提供可视化的最短、最科学的疏散路径，引导疏散人员快速、高效、合理、安全逃生。

应急疏散地图设计

楼宇内电子地图是进行应急疏散导航的基础，通过对楼宇内地图的绘制，建立室内疏散路径模型，采用相关算法实现路径导航的功能。地图主要有二维、2.5维和三维地图，由于二维地图制作更简便、运行更快，因此，本课题选取二维地图来展示楼宇内的应急疏散路径。

根据应急疏散需求，疏散导航地图需包含建筑平面图、疏散路线、消防设备及报警装置的位置、应急设备及疏散辅助装备的位置、避难场所和集合点的位置。通过对楼宇内布局和结构的分析，以楼层为基本单位，对各要素由相应的符号或图标构成。

通过建筑规划设计图纸等相关数据，采集楼宇内消防及应急设施等辅助信息，进行格式转换为制图的矢量数据文件，形成点线面楼内数据，构建导航路网数据集。

应急疏散路线设计

应急疏散路径长度直接影响疏散时间，通过建立道路拓扑网络数据模型，搜集包括走道长度、宽度、起节点、终节点等数据，采用路径起经终点，通过路网数据模型，根据最短路径算法查找并绘制规划最短路径，完成路径规划，如图1所示。

图1 应急疏散路线导航设计

目前对最优路径算法的研究较多，主要有传统路径规划算法和智能路径规划算法这两类。其中，智能路径规划算法以神经网络算法等为代表，传统路径规划算法以D ijkstra算法等为代表。由于D ijkstra算法效果较好，更具稳定性，本课题选择D ijkstra算法进行路径规划计算，以楼内人员位置为初始点计算到疏散出口的最短的路径，并避开火灾发生危险区域。

应急疏散导航界面设计

主界面采用扁平化设计。导航的界面一般根据导航的目的、类别和特点进行设计，目前市场上的导航设计类型主要有层级式、扁平式和内容主导式三种。其中，扁平式比较常见，且布局不局限在某个位置，样式比较丰富，比较符合应急疏散导航的需要，因此本课题选择扁平式的设计，将地图界面直接展示在导航界面的首页，未进行层级的划分，用户无需进行界面的选择和切换。

人员和灾害位置手动定位。导航界面采用明显符号进行标注，以火灾为例，设计火把和奔跑中的人像代表火灾发生的位置和人所在的位置，用户通过手动点击的方式移动火把和人两个图标至相应位置即可完成地址相关数据的录入，能够在应急逃生状况下方便快捷地完成定位。

疏散路径直观展示。在导航界面中完成定位后，系统将快速搜索最短路径及估算疏散时间，并在界面的地图上通过绿色线路和绿色箭头对疏散线路进行标记，向使用人员展示可以疏散的路径，帮助引导人员疏散。

应急疏散导航系统实例研究

本课题组选择北京市安全生产实训基地作为应用场所，进行室内地图和疏散路径数据的制作，并生成离线数据部署于移动端设备，通过手机终端应用程序实现楼宇内应急疏散导航功能。楼宇应急疏散导航系统的应用程序主要实现了楼宇内地图展示、人员位置点选、灾害位置点选和规划疏散路径展示等功能模块。楼宇内人员在手机客户端点选所在位置和灾害发生位置，模型通过位置数据和楼宇内平面布置数据，按照就近原则和避开灾害位置原则，快速计算并显示最优疏散路线。

应急疏散导航程序执行流程包括程序获取、程序启动、路径计算和导航执行四个步骤。程序获取指的将应用程序的二维码张贴在实训基地的显著位置方便用户获取，进入实训基地培训的人员可以通过扫描二维码进入疏散导航程序。当实训基地一旦发生相关灾害，消防应急广播告知现场人员灾害发生的位置，现场人员在疏散导航程序内标记应急广播告知的灾害位置和自身所在位置即可启动导航程序，导航程序即可根据现场人员输入的位置进行路径选择，避开灾害发生的位置，为用户显示最优疏散路线，并预估该路线所需的疏散时间，疏散人员通过导航指引，按照疏散路线进行快速疏散，直至到达安全区域，如图2所示。

基于上述设计的应急疏散导航，很好辅助了传统的疏散系统，与消防应急广播形成了有效的对接，实现了疏散路线的最优选择，并提供了疏散时间，达到稳定人员情绪的目的。

辅助传统疏散措施。传统楼宇内的应急疏散主要依赖于疏散指示标志的指引、应急广播的播报和现场人员的疏导，应急疏散导航可以同步作为附加的疏散措施，对传统的疏散方法予以辅助和支持，增大安全冗余。

与消防应急广播有效对接。灾害位置的确定通过应急广播的播报来确定，加强了楼宇消防中控发布的应急广播与疏散导航系统能够有效对接，帮助既定疏散方案的实施。

实现疏散路线的最优选择。应急疏散导航系统可以根据人员位置、灾害位置快速计算最优的疏散路线。能够让不同位置的人员根据具体情况选择疏散路线，减少人员因为环境不熟悉而出现无序乱跑等问题。

提供预估疏散时间，稳定人员情绪。疏散导航系统在计算疏散路径的同时，还可以计算疏散时间，时间预期对于稳定疏散人员的情绪具有一定促进作用。

图2 应急疏散导航路线

结语

本课题通过楼宇内部结构绘制疏散地图，并根据人员和灾害位置采用D ijkstra算法规划疏散路线，利用移动终端为楼内人员进行应急疏散导航，为楼宇内应急疏散问题的破解提供了解决方案，对于提高疏散效率，增加灾难情况下的逃生概率具有较好的探索意义，在应急管理领域进一步探索新技术的应用，再一次验证新技术可以通过与应急管理相关特点有效结合，借鉴设计理念，实现更好的应用。今后，课题组将选取多层平面场所作为实验场地，进一步优化和提高应急疏散路线模型，补充和完善导航系统功能，增加位置自动定位功能、语音功能、应急救助等功能。