Клеточная модель эвакуации людей из здания: разработка графа, постановка формальной задачи и реализация клеточного автомата в среде Wolfram Mathematica

Настоящая выпускная квалификационная работа посвящена разработке и анализу клеточной модели эвакуации людей из зданий, что является важнейшим аспектом обеспечения пожарной безопасности и гражданской обороны в Российской Федерации. В рамках исследования будет последовательно рассмотрена теоретическая база моделирования массовых перемещений, проанализированы существующие подходы к проектированию путей эвакуации, а также разработана оригинальная клеточная модель, учитывающая поведенческие аспекты и физические ограничения движения людей в условиях чрезвычайной ситуации. Особое внимание будет уделено адаптации модели к российским нормативно-правовым актам в области пожарной безопасности, регламентирующим требования к эвакуационным путям и выходам. Практическим результатом исследования станет программная реализация предложенной модели на платформе Wolfram Mathematica, позволяющая проводить численные эксперименты и оценивать эффективность различных планировочных решений зданий.

Разработанная клеточная модель эвакуации людей, реализованная в среде Wolfram Mathematica, позволяющая визуализировать процесс эвакуации, идентифицировать "узкие места" и оптимизировать планировочные решения для повышения скорости и безопасности выхода из здания, а также протокол интерпретации результатов моделирования в соответствии с требованиями Федерального закона от 22.07.2008 № 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".

Актуальность данной темы обусловлена возрастающими требованиями к обеспечению безопасности населения в условиях урбанизации и эксплуатации сложных архитектурных объектов. На фоне многочисленных чрезвычайных ситуаций последнего десятилетия в России, связанных с пожарами и другими инцидентами в общественных зданиях, становится очевидной необходимость в эффективных инструментах для прогнозирования и оптимизации процессов эвакуации. Разработка и внедрение современных клеточных моделей, интегрированных с практикой проектирования и эксплуатации зданий, напрямую коррелирует с задачами, поставленными МЧС России, по повышению уровня защищенности объектов и населения от угроз различного характера.

Целью настоящей работы является разработка и апробация клеточной модели эвакуации людей из зданий, адаптированной к российским нормативным требованиям и способной на количественном уровне оценивать эффективность различных эвакуационных стратегий и архитектурных решений, а также предоставление инструментария для анализа и оптимизации процессов эвакуации.

1. Изучить теоретические основы и понятийный аппарат клеточных автоматов и дискретного моделирования применительно к процессам массового перемещения людей.

2. Проанализировать нормативно-правовую базу Российской Федерации, регулирующую вопросы обеспечения пожарной безопасности и эвакуации людей из зданий.

3. Разработать концептуальную основу клеточной модели эвакуации, включающую описание состояний клеток, правил перехода и параметров поведения агентов.

4. Создать граф пространства эвакуации и формализовать задачу выхода обычного/клеточного автомата из здания, учитывая особенности архитектурной планировки и заданные параметры.

5. Разработать программную реализацию клеточной модели эвакуации людей на платформе Wolfram Mathematica, обеспечивающую визуализацию процесса и сбор статистических данных.

6. Провести серию численных экспериментов с разработанной моделью для оценки влияния различных планировочных решений и поведенческих факторов на скорость и безопасность эвакуации.