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公路隧道为半封闭的狭长空间结构，故运营时均采用高标准的管理模式，据统计，隧道内事故发生率明显低于整条线路。然而，事故尤其火灾事故的灾情程度较洞外路段严重。因此，降低隧道火灾发生概率和提高灾后疏散效率就成为隧道运营安全的重点。总体来讲，国内外关于隧道火灾的研究多集中在燃烧理论、火灾场景、火源类型、结构损伤、人体伤害等方面，但关于火灾场景下的人员逃生疏散行为的研究较少，在人员逃生疏散方面的少量研究成果中，主要采用数值仿真单一手段，软件边界条件的假设性较强，导致分析结果与实际情况存在差异。
本学位申请论文以国家科技支撑计划项目(2011BAG07B05-4)课题五子课题四“离岸特长沉管隧道防灾减灾关键技术”为科技依托，以港珠澳海底特长沉管隧道安全运营为工程背景，通过理论分析、数值计算、物理试验、疏散行为实测等方法，对公路隧道火灾人员疏散问题开展了较系统研究。通过分析隧道火灾时温度、能见度、有毒气体等对人员疏散的影响，确定了人员安全疏散的温度-能见度-CO浓度临界值；采用马尔科夫链概率分布统计方法获得5MW、20MW、25MW、30MW、40MW、60MW六种燃烧规模所对应的典型火灾场景；建立了公路隧道安全疏散可用时间T（A）、安全疏散必须时间T（R）和人员安全疏散系数等的函数模型及其解析式。
本论文的主要结论分为以下几个方面。
1）关于隧道火灾人员安全疏散临界值的研究。在隧道发生火灾时，对人员疏散有重要影响的火灾产物主要有：温度、能见度、有毒气体。气体温度对判断隧道使用者和隧道结构是否热暴露，估算探测火灾所需时间和火势蔓延的可能性以及设计通风系统具有重要意义。隧道内能见度好坏严重影响人员疏散成功率。有毒气体是火灾人员疏散致死率的直接影响因素。
2）关于隧道火灾人员疏散行为及人员安全疏散系数模型的研究。问卷调查可知：人们对隧道疏散知之甚少，更不知安全设施的位置及用途；隧道火灾时，人员疏散心理行为与性别、年龄、受教育程度、消防教育水平等因素显著相关。通过研究隧道火灾疏散的人员行为特性及疏散安全临界值，探究出隧道火灾安全疏散条件下的可用时间函数模型与必需时间函数模型，由此建立了隧道火灾人员安全疏散系数函数模型。
3）关于马尔科夫链概率分布统计的典型火灾场景研究。通过分析不同隧道类型的火灾场景，得到了两车道、三车道隧道火灾事故着火车辆引燃的主要影响因素、相应的火灾场景及发生概率，发现了火灾场景的发生概率随燃烧规模增大呈指数降低。
4）关于安全疏散可用时间函数模型的研究。对影响隧道火灾安全疏散可用时间的因素进行分析，结合现有工程实例和疏散实践，通过单因素、双因素分析方法，获得纵向风速-燃烧规模双因素影响下的安全疏散可用时间模型。
5）关于安全疏散必需时间函数模型的研究。将隧道火灾人员安全疏散必需时间函数模型离散化，分成疏散准备时间、疏散运动时间、出口排队时间、通道通过时间等四个方面，研究离散后不同模型的影响因素和函数解法，最终获得基于离散模型的隧道火灾安全疏散必需时间函数模型。
形成以下主要创新性成果。
1）建立了基于蒙特卡洛法的两车道、三车道隧道火灾场景分析方法，得到了不同断面隧道火灾着火车辆引燃条件的影响因素，获得了不同火灾场景及其对应燃烧规模的发生概率。
2）得到了温度-能见度-CO浓度影响下的人员安全疏散可用时间，研究了基于纵向风速-燃烧规模下的可用时间函数规律，提出了纵向风速、燃烧规模共同影响下的安全疏散可用时间的函数模型及其解析式。
3）获得了基于疏散行为实测的①疏散准备时间、②出口排队时间、③通道通过时间的模型边界参数；建立了基于增强学习的多元多汇疏散运动模型，给出了④疏散运动时间的计算方法；提出了基于离散单元的安全疏散必须时间函数模型及其解析式。
4）提出并建立了隧道火灾人员疏散安全系数的函数模型及其解析式。
本论文建立的基于统计分析的人员疏散模型，为实现人员疏散的评估和评价提供理论依据；建立的增强学习方法下的人员疏散路径模型，为隧道火灾时人员疏散路径及人员的数值求解提供了支持；提出的人员安全疏散系数的函数模型及其解析式，为公路隧道火灾人员疏散开辟了新的思路，提供了新的理论框架，可实现对既有运营隧道的人员疏散量化评估，并为拟建隧道中的防灾减灾和消防配套设施的设置和设计提供科学支撑。
本学位申请论文以国家科技支撑计划项目(2011BAG07B05-4)课题五子课题四“离岸特长沉管隧道防灾减灾关键技术”为科技依托，以港珠澳海底特长沉管隧道安全运营为工程背景，通过理论分析、数值计算、物理试验、疏散行为实测等方法，对公路隧道火灾人员疏散问题开展了较系统研究。通过分析隧道火灾时温度、能见度、有毒气体等对人员疏散的影响，确定了人员安全疏散的温度-能见度-CO浓度临界值；采用马尔科夫链概率分布统计方法获得5MW、20MW、25MW、30MW、40MW、60MW六种燃烧规模所对应的典型火灾场景；建立了公路隧道安全疏散可用时间T（A）、安全疏散必须时间T（R）和人员安全疏散系数等的函数模型及其解析式。
本论文的主要结论分为以下几个方面。
1）关于隧道火灾人员安全疏散临界值的研究。在隧道发生火灾时，对人员疏散有重要影响的火灾产物主要有：温度、能见度、有毒气体。气体温度对判断隧道使用者和隧道结构是否热暴露，估算探测火灾所需时间和火势蔓延的可能性以及设计通风系统具有重要意义。隧道内能见度好坏严重影响人员疏散成功率。有毒气体是火灾人员疏散致死率的直接影响因素。
2）关于隧道火灾人员疏散行为及人员安全疏散系数模型的研究。问卷调查可知：人们对隧道疏散知之甚少，更不知安全设施的位置及用途；隧道火灾时，人员疏散心理行为与性别、年龄、受教育程度、消防教育水平等因素显著相关。通过研究隧道火灾疏散的人员行为特性及疏散安全临界值，探究出隧道火灾安全疏散条件下的可用时间函数模型与必需时间函数模型，由此建立了隧道火灾人员安全疏散系数函数模型。
3）关于马尔科夫链概率分布统计的典型火灾场景研究。通过分析不同隧道类型的火灾场景，得到了两车道、三车道隧道火灾事故着火车辆引燃的主要影响因素、相应的火灾场景及发生概率，发现了火灾场景的发生概率随燃烧规模增大呈指数降低。
4）关于安全疏散可用时间函数模型的研究。对影响隧道火灾安全疏散可用时间的因素进行分析，结合现有工程实例和疏散实践，通过单因素、双因素分析方法，获得纵向风速-燃烧规模双因素影响下的安全疏散可用时间模型。
5）关于安全疏散必需时间函数模型的研究。将隧道火灾人员安全疏散必需时间函数模型离散化，分成疏散准备时间、疏散运动时间、出口排队时间、通道通过时间等四个方面，研究离散后不同模型的影响因素和函数解法，最终获得基于离散模型的隧道火灾安全疏散必需时间函数模型。
形成以下主要创新性成果。
1）建立了基于蒙特卡洛法的两车道、三车道隧道火灾场景分析方法，得到了不同断面隧道火灾着火车辆引燃条件的影响因素，获得了不同火灾场景及其对应燃烧规模的发生概率。
2）得到了温度-能见度-CO浓度影响下的人员安全疏散可用时间，研究了基于纵向风速-燃烧规模下的可用时间函数规律，提出了纵向风速、燃烧规模共同影响下的安全疏散可用时间的函数模型及其解析式。
3）获得了基于疏散行为实测的①疏散准备时间、②出口排队时间、③通道通过时间的模型边界参数；建立了基于增强学习的多元多汇疏散运动模型，给出了④疏散运动时间的计算方法；提出了基于离散单元的安全疏散必须时间函数模型及其解析式。
4）提出并建立了隧道火灾人员疏散安全系数的函数模型及其解析式。
本论文建立的基于统计分析的人员疏散模型，为实现人员疏散的评估和评价提供理论依据；建立的增强学习方法下的人员疏散路径模型，为隧道火灾时人员疏散路径及人员的数值求解提供了支持；提出的人员安全疏散系数的函数模型及其解析式，为公路隧道火灾人员疏散开辟了新的思路，提供了新的理论框架，可实现对既有运营隧道的人员疏散量化评估，并为拟建隧道中的防灾减灾和消防配套设施的设置和设计提供科学支撑。