基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊BIM规划方法.pdf

第 卷第 期粉 煤 灰 综 合 利 用 年 月 研究与应用基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊规划方法 赵静，杨秀谦（广西水利电力职业技术学院水利工程学院，广西 南宁；广西水利电力职业技术学院信息工程学院，广西 南宁）摘 要：为降低高层建筑物人员疏散难度，提升消防通道规划效果，研究基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊建筑信息模型（，）规划方法。在蒙特卡罗定位算法内添加遗传算法的交叉与变异操作，改进蒙特卡罗定位算法，加快定位效率。利用改进蒙特卡罗定位算法，定位高层建筑物消防通道的关键位置。通过区间直觉模糊广义 积分方法，选择消防通道规划时的模糊 软件。利用选择的模糊 软件，结合关键位置定位结果，规划消防通道路径，建立消防通道模糊 规划模型。利用 软件，以调节模型质量精细度与曝光度的方式，效果渲染消防通道模糊 规划模型，提升消防通道模糊 规划结果的逼真度。实验证明：该方法可精准定位消防通道关键位置；该方法可有效规划消防通道路径，构建消防通道模糊 规划模型；经过效果渲染后，该方法的消防通道模糊 规划结果的逼真度较优。关键词：蒙特卡罗定位；高层建筑物；消防通道；模糊；规划方法；遗传算法中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，（，；，）：，（），；，：；基金项目：广西教育厅，广西中青年教师科研项目，基于大数据和 技术的建筑工程项目全过程管理研究（编号：）。作者简介：赵静（），女，硕士，工程师，研究方向：建筑设备技术，技术应用和项目管理系统等。通信作者：杨秀谦（），男，高级工程师，主要研究方向：大数据应用技术，物联网应用技术。收稿日期：期赵 静等：基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊 规划方法 研究与应用 引言城市建筑水平的提升，导致高层建筑物的结构更加繁琐，加剧了消防安全疏散的难度。合理规划高层建筑消防通道，可提升人们对紧急情况的应对能力，最大程度地降低人员 伤 亡 情况。例如，周鹏等通过 技术构造高层建筑消防通道模型，结合自适应蚁群算法，规划高层建筑消防通道路径，得到最佳的高层建筑消防通道规划结果。该方法可有效规划消防通道，在出现紧急情况时，利于人员疏散。叶继红等通过结合 技术与元胞自动机，通过场景分层与碰撞检测，自动识别高层建筑内的全部信息，规划一条安全的高层建筑消防通道。该方法具备高层建筑消防通道规划的有效性，在出现紧急情况时，该方法可为精准救援提供参考。但这两种方法均忽略了消防通道规划中关键区域定位的重要性，考虑高层建筑中与消防通道相关的全部关键区域，才能提升消防通道规划的全面性，进一步提升消防通道规划的安全性。蒙特卡 罗 定 位（，）算法属于一种无需测距的定位算法，在实际高层建筑中具备较高的定位精度，在出现紧急情况下，可为救援工作提供精准的关键位置信息。为此，研究基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊 规划方法，精准规划消防通道，提升人员疏散时的安全性。高层建筑物消防通道模糊 规划 消防通道模糊 规划中关键位置估计利用 算法定位高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置前，需离散化处理模糊 规划的高层建筑物消防通道疏散时间，令其变成间隔一致的时间段。在高层建筑物消防通道模糊 规划区域内，任意采集 个点，建立最初未知节点的位置样本集 ，采集概率必须是一致的。在之后的高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置定位时段中，算法需反复操作预测与滤波两部分，完成未知节点的位置定位，即消防通道模糊 规划中关键位置的定位。关键位置定位的具体步骤如下：步骤：高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置的预测部分。未知节点可按照自身运动模型与 时刻的位置样本集 ，预测 时刻的样本集 ，。未 知 节 点 的 状 态 转 移 方程 ()为：()，()，其他（）其中，未知节点的状态转移权重是；信息传输时的最大速度是，。通过 ()可预测获取 ，；与 间的欧式距离是（，）。步骤：高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置的滤波部分。通过步骤 预测获取的，无法满足高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置的定位需求，为满足定位需求，需设置一个滤波条件，公式如下：（）（，（，）（，（，）（）其中，节点通信半径是 ；未知节点的一跳、两跳锚节点是 、；与间 、与 间的欧式距离是 ，()、，()。高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置定位时，需反复执行预测与滤波两部分，以获取足够的有效关键位置样本数量为止。步骤：输 出 时 刻 的 有 效 样 本 集，。由 内 个样本的均值，描绘 时刻未知节点的估计位置，即高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置估计结果。结合遗传算法的消防通道关键位置定位为加快 的关键位置定位效率，避免重采样，在 内添加遗传算法的交叉与变异过程，设计基于交叉变异的多跳 算法，提升关键位置定位精度。粉煤灰综合利用 卷研究与应用令节点信息传输的速度区间是，与，相应的权重集合是，。()为以 时刻位置为条件，预测 时刻未知节点位置是 的概率，叫做状态转移方程。()为以 时刻接收由锚节点得到的观测值 为条件，未知节点位置是 的可能性，叫做测量方程。利用交叉变异的多跳 算法，定位高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置的具体步骤如下：步骤：初始化节点，；，。在高层建筑物消防通道模糊 规划采样区域中，任意采样获取 个采样点，也是采样粒子数。步骤：求解第 个锚节点的每跳距离均值，公式如下：()()，（）其中，未知节点 距离锚节点 的最小跳数是；与 的坐标是，()、，()。计算获取后，在各定位时刻 均会周期性广播 的 消息。步骤：预测，在 不是空集情况下，构造高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置的预测区域 ，公式如下：()，()，()，()，（）其中，关键位置预测区域横纵坐标最大、最小值是、。在 内采集 时刻未知节点位置估计的样本值。步骤：滤波，若采样点符合式（）的滤波条件，那么存储该采样点，反之，剔除该采样点，滤波结束后，更新 时刻第 个锚节点权重，公式如下：()()，()（）其中，更新速率是 ；提议概率魔都函数是，()；时刻权重是。步骤：遗传交叉操作，在步骤 获取的样本集内任意选择两个样本，()、，()，对，()与，()执行交叉操作。共执行 次 交 叉 操 作，结 束 一 次 交 叉 后，便 在，()、，()内选取权值最大的两个样本，取代初始的两个样本。步骤：在步骤 获取的样本集内任意选择一个样本，()，令，()，对展开变异操作。变异操作 次，结束一次变异操作后，便在样本集内选择权值大的样本，取代初始样本。步骤：权值归一化，公式如下：（）其中，归一化后的锚节点 权值是。步骤：估计未知节点的位置，公式如下：，()，()（）步骤：计算未知节点位置样本的均值，获取最终的未知节点位置坐标，即高层建筑物消防通道模糊 规划中关键位置坐标，公式如下：，()，（）高层建筑物消防通道规划模糊 软件选择利用 基 于 区 间 直 觉 模 糊 广 义 积分方法，选择高层建筑物消防通道规划时的模糊 软件，用于建立高层建筑物消防通道模糊 模型的规划结果。考虑模糊 模型运用、表现力、技术难度与兼容性四方面，建立模糊 软件选择的评价指标体系。选择高层建筑物消防通道规划时的模糊 软件，具体步骤如下：步骤：通过决策人，设置 个模糊 软件 期赵 静等：基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊 规划方法 研究与应用选择方案的 个指标的区间直觉模糊评价取值区间，以及权重取值区间，其中，高层建筑物消防通道规划时的模糊 软件选择中准则层指标数量是 ；次准则层指标数量是。步骤：计算次准则层的模糊测度，公式如下：，()()()，()，（）其中，值是 ()；高层建筑物消防通道规划模糊 软件选择方案的属性集合是 ；内第 个属性是；中的模糊测度是 ；的取值区间是。求解高层建筑物消防通道规划模糊 软件选择评价指标的广义 值，公式如下：（，）（）（）！（）（）其中，高层建筑物消防通道规划模糊 软件选择的分值函数是 ；内元素是 ；模糊 软件选择中模糊测度的有限非空集合是 ；内元素编号是 ；第 个分值函数内元素的 模糊测度是()，()。步骤：利用广义 积分公式，计算次准则层内评价指标的数据，获取第 个准则层指标 的准则层属性评价区间直觉模糊数，即准则层指标综合属性值，公式如下：，()()，()()（）其中，的非负实值函数是 ()。步骤：依据步骤 获取准则层属性的广义 值。步骤：依据步骤 获取高层建筑物消防通道规划模糊 软件选择方案的综合属性值。步骤：依据选择方案的综合属性值，降序排列选择方案，以排名第一的选择方案为最佳方案。步骤：利用最佳方案，选择高层建筑物消防通道规划模糊 软件，通过选择的模糊 软件，结合 小节获取的消防通道关键位置坐标，完成高层建筑物消防通道模糊 规划。消防通道模糊 规划的实现对高层建筑物消防通道模糊 进行规划，具体步骤如下：步骤：利用 小节选择的模糊 软件，绘制高层建筑物的标高与轴网，绘制标高与轴网，可提升建筑构件横纵方向上位置定位准确性，以及构件尺寸的准确性，即提升高层建筑物消防通道模糊 规划精度。先绘制高层建筑物的标高，再绘制楼层平面的轴网，轴网是确定构件位置与尺寸的基准线。步骤：构建高层建筑物消防通道模糊 规划模型。依据 小节定位的消防通道关键位置坐标，在标高与轴网绘制完成的高层建筑物内，规划消防通道路径。按照规划结果，构建消防通道模糊 规划模型，消防通道构建包含桩承台、楼板与框架柱等构件的构建。步骤：利用 软件，对构建的模型展开效果渲染，以调节模型质量精细度与曝光度的方式，完成效果渲染。使高层建筑物消防通道模糊 规划模型，与实际建筑更加相似。实验分析通过 软件制定消防通道规划方案，在建筑物内部部署 设备，通过读取与设备携带的 标签交互，实现对关键位置的定位。运行 软件，初始化一个新建模型文件。根据建筑模型数据，编写模糊逻辑算法，并运行该算法。根据运行结果通过 ：可视化软件将关键位置标注在建筑模型上。以某市的一栋高层大学综合商业楼为实验对象，该栋高层大学综合商业楼的长、宽、高分别是 、，楼层是地上 层。地上 层主要包含分区操作间、储藏室、商铺、教室、餐厅等区域。将建筑结构数据转换为数字化的建筑模型。该栋高层大学综合商业楼的整体模型如图 所示。粉煤灰综合利用 卷研究与应用图 高层大学综合商业楼 模型 利用本文方法对该高层大学综合商业楼消防通道的关键位置进行定位，分析本文方法改进前后，关键位置的定位效果，部分关键位置定位结果如图 所示。（）改进前的关键位置定位结果（）改进后的关键位置定位结果图 本文方法改进前后关键位置定位结果 根据图 （）与图 （）可知，本文方法改进前关键位置的定位结果与实际位置相差略大，本文方法改进后关键位置的定位结果与实际位置非常接近，精准度达到。这是因为本文通过新增的遗传算法交叉和变异操作，蒙特卡罗定位算法的准确性得到了提高，从而有效地提高了消防通道关键位置的定位精度。实验证明：本文方法可有效定位高层建筑物消防通道关键位置，且本文方法改进后，可有效提升关键位置定位精度。利用本文方法和文献 方法分别对该栋大学综合商业楼的消防通道路径进行规划，部分消防通道路径规划结果如图 所示。图 部分消防通道路径规划结果 根据图 可知，文献 方法规划该高层建筑物消防通道路径时存在误差，而本文方法能够有效地根据消防通道关键位置定位结果，规划该建筑物的消防通道路径。说明本文方法在高层建筑消防通道规划方面有比较好的准确性和可行性。根据消防通道路径规划结果，建立高层建筑物消防通道模糊 规划模型，部分消防通道模糊 规划模型建立结果如图 所示。根据图 可知，本文方法可有效依据消防通道路径规划结果，构建桩承台、楼板与框架柱等构件，完成高层建筑物消防通道模糊 规划模型的构建。实验证明：本文方法具备高层建筑物消防通道模糊 规划模型构建的有效性。对构建的消防通道模糊 规划模型进行效果渲染，效果渲染后的消防通道模糊 规划结果如图 所示。根据图 可知，经过效果渲染后，高层建筑 期赵 静等：基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊 规划方法 研究与应用图 部分消防通道模糊 规划模型 图 效果渲染后的消防通道模糊 规划结果 消防通道模糊 规划结果，与实际建筑中的消防通道非常接近，说明本文方法对高层建筑消防通道模糊 规划的有效性和逼真程度高，在紧急情况下准确为人员疏散提供逃生路径。结论出现紧急情况时，消防通道属于非常重要的逃生路径，为此，研究消防通道规划方法至关重要。为提升消防通道规划效果，研究基于蒙特卡罗定位算法的高层建筑物消防通道模糊 规划方法，利用蒙特卡罗定位算法，定位消防通道的关键位置，提升关键位置定位精度；通过模糊 技术，结合关键位置定位结果，构建消防通道模糊 规划模型，提升消防通道规划的可视化效果，为用户清晰呈现消防通道模糊 规划结果。参 考 文 献刘澎，吕淑然，马舒琪 面向高层建筑物的火灾演化路径研究 安全与环境学报，（）：李杨飞，江辉仙 基于 的消防灭火动态路径规划研究 福建师范大学学报（自然科学版），（）：王梦瑶，张靖岩，杨玲，等 面向韧性城市的高层建筑消防安 全 韧 性 评 估 建 筑 科 学，（）：张怡 基于 与 的地下建筑火灾预警及疏散系统 消防科学与技术，（）：梁裕卿，吉久茂，杨佳蕾，等 基于人工智能的 疏散设计 自 动 化 方 法 图 学 学 报，（）：周鹏，王慧琴，卢英 基于 的建筑消防疏散路径规划研究 消防科学与技术，（）：叶继红，潘俊山 基于 和元胞自动机的建筑火灾救援路径动态规划研究 土木工程学报，（）：宋玲，姜小玉，黄晓冬 基于临时锚节点的改进蒙特卡罗节点定位算法 华中科技大学学报（自然科学版），（）：马明明，张永辉，陈真佳 基于频谱感知的蒙特卡洛定位算法 计 算 机 工 程 与 设 计，（）：张沛朋，李冬锋 基于 的无线传感器网络目标定位算法 计 算 机 工 程 与 设 计，（）：单志龙，黄恒，项婉 一种障碍物检测移动节点定位算法研究 小 型 微 型 计 算 机 系 统，（）：贾进章，李雪娇 基于遗传蚁群算法的单层建筑火灾疏散路径规划研究 中国安全生产科学技术，（）：杨再薇，田琦 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