An Artificial Intelligence and Computer Vision Framework for Construction Safety Evacuation Modeling Across Complex Building Layouts

عندما ينتهي بناء ما، عادة ما تكون خطة السلامة الخاصة به وثيقة ثابتة: رسم يوضح أماكن الأبواب وحساباً للمدة التي سيستغرقها الجميع للمغادرة إذا انطلق إنذار. هذا النهج يعمل بشكل جيد في المنشآت الدائمة حيث لا يتغير المخطط أبداً وعدد الأشخاص بالداخل يمكن التنبؤ به. لكن مواقع البناء مختلفة؛ فهي بيئات حية ومتغيرة حيث ترتفع الجدر walls وتنخفض، والسلالم تظل غير مكتملة، وعدد العمال يتغير مع كل نوبة عمل. في هذه المساحات الفوضوية، غالباً ما تفشل القواعد القديمة لأنها لا تستطيع مراعاة ممر مسدود أو حشد مفاجئ من العمال يتحركون عبر ممر ضيق. وللحفاظ على سلامة الناس، يحتاج المهندسون إلى وسيلة لاختبار خطط الإخلاء ليس فقط على الورق، بل في نموذج ديناميكي يفهم كيفية تحرك البشر الحقيقيين عبر المساحات المتغيرة. وهذا يتطلب الجمع بين القدرة على قراءة رسومات المبنى وقوة محاكاة كيفية تفاعل الحشود عندما تسوء الأمور.

لقد طور باحث في جامعة ولاية أريزونا، يدعى بهارغاف فاجاني، نظاماً جديداً يسمى "PeopleFlow" لحل هذه المشكلة تحديداً. فبدلاً من الاعتماد على افتراضات ثابتة، يستخدم هذا الإطار الرؤية الحاسوبية لقراءة مخططات الطوابق تلقائياً وتحويلها إلى ساحة لعب رقمية يمكن للعمال الافتراضيين التحرك فيها. لا يحاول النظام التنبؤ بمكان ذهاب كل شخص بدقة، وهو أمر مستحيل، ولكنه يحاكي كيفية تصرف المجموعات من الناس عندما يكونون في عجلة من أمرهم. ومن خلال تشغيل آلاف من عمليات المحاكاة هذه، يكشف البحث أن الوقت المستغرق لإخلاء مبنى يمكن أن يتفاوت بشكل هائل اعتماداً على شكل الغرف والاستراتيجية التي يستخدمها الناس لإيجاد طريقهم للخروج. وفي بعض المخططات، يكون الفرق في وقت الإخلاء بين خطة جيدة وأخرى سيئة أكثر من ثمانية أضعاف.

جوهر هذا العمل هو مسار (pipeline) يحول صورة بسيطة لمخطط طابق إلى محاكاة معقدة. أولاً، يبحث النظام في رسم لمبنى ويحدد تلقائياً الجدران والأبواب والمخارج. ثم يبني خريطة يمكن للحاسوب استخدامها للتنقل. وداخل هذه الخريطة الرقمية، ينشئ النظام مئات الوكلاء الافتراضيين، يمثل كل منهم عاملاً. يتحرك هؤلاء الوكلاء وفقاً لمجموعة من القواعد التي تحاكي السلوك البشري الحقيقي: فهم يحاولون الوصول إلى مخرج، ويتجنبون الاصطدام ببعضهم البعض، ويتفاعلون مع الازدحام. وإذا أصبح المسار مزدحماً للغاية، يمكن للوكلاء اختيار تغيير الباب إلى آخر، تماماً كما قد يفعل شخص حقيقي إذا رأى طابوراً طويلاً يتشكل. اختبر الباحثون هذا النظام على تسعة أنواع مختلفة من مخططات المباني، تتراوح من ممرات المدارس الطويلة إلى مراكز التسوق الكبيرة، وأجروا أكثر من 650 تجربة منفصلة. لقد غيروا الظروف في كل اختبار، تارة بسد مخرج، وتارة بإضافة المزيد من الناس، وتارة بجعل العمال الافتراضيين يتصرفون كما لو كانوا في حالة ذعر.

أظهرت النتائج أن شكل المبنى يهم أكثر بكثير مما تفترض العديد من أكواد السلامة. في أحد الاختبارات، استغرق مخطط ذو ممرات طويلة ومستقيمة قرابة 183 ثانية للإخلاء في الظروف العادية، بينما استغرق قاعة كبيرة مفتوحة بها مخارج عديدة 24 ثانية فقط. هذا الفرق الهائل يسلط الض الضوء على أن هندسة المبنى هي العامل الأكثر حرجاً في السلامة. ووجدت الدراسة أيضاً أن كيفية اختيار الناس لطريقهم تحدث فرقاً كبيراً. فعندما تمت برمجة العمال الافتراضيين للتوجه ببساطة نحو أقرب باب، غالباً ما تسببوا في حدوث اختناقات هائلة، مما أدى إلى تأخيرات طويلة. ومع ذلك، عندما سُمح لهم بمراقبة الحشد واختيار مخرج أقل ازدحاماً، انخفض وقت إخلاء المبنى بنسبة تقارب 80 بالمائة في بعض الحالات. وهذا يشير إلى أن اللوحات الإرشادية الواضحة أو التعليمات التي تشجع الناس على الانتشار قد توفر وقتاً كبيراً.

كما استكشف البحث ما يحدث عندما تسوء الأمور. فعندما تم سد مخرج رئيسي في المحاكاة، زاد وقت الإخلاء في بعض المباني بشكل كبير، حيث استغرق أحد المخططات ما يصل إلى 350 ثانية للإخلاء. وهذا يؤكد أن وجود نقطة فشل واحدة في تصميم المبنى يمكن أن يكون كارثياً. ومن المثير للاهتمام، وجدت الدراسة أن جعل الناس يتحركون بشكل أسرع لا يساعد دائماً. فعندما تم جعل العمال الافتراضيين يتحركون بسرعات أعلى، وصلوا إلى المخارج بشكل أسرع مما يمكن للأبواب استيعابه، مما تسبب في مزيد من الازدحام وأدى في الواقع إلى إبطاء عملية الإخلاء الإجمالية. هذه النتيجة المناقضة للمنطق تشير إلى أن الرغبة في الركض أثناء الذعر قد تجعل الموقف أسوأ من خلال خلق ازدحام عند الباب.

ما يجعل "PeopleFlow" مفيداً بشكل خاص لسلامة مواقع البناء هو قدرته على التكيف مع الطبيعة المتغيرة لموقع العمل. ولأن النظام يمكنه قراءة مخططات الطوابق الجديدة تلقائياً، يمكن لمدير السلامة رفع رسم للمبنى كما يبدو اليوم، وتشغيل محاكاة، ورؤية ما إذا كان المخطط الحالي آمناً. فإذا أظهرت المحاكاة تشكل اختناق عند زاوية معينة، يمكن للمدير اختبار حل فوراً، مثل إضافة مخرج مؤقت أو نقل كومة من المواد، ورؤية ما إذا كانت المشكلة ستختفي. كما يتصل النظام بفكرة "التوأم الرقمي"، وهو نسخة افتراضية لمبنى حقيقي يتم تحديثها في الوقت الفلي. وفي المستقبل، يمكن للكاميرات الموجودة في موقع البناء أن تغذي المحاكاة ببيانات مباشرة حول أماكن تواجد العمال. وهذا سيسم_ح للنظام بتحذير المديرين إذا أصبح مجال معين مزدحماً للغاية واقتراح أفضل مسار للإخلاء بناءً على الظروف الفعلية في تلك اللحظة.

يشير الباحثون بحذر إلى أن هذه محاكاة، وليست كرة بلورية. فالنموذج لا يأخذ في الاعتبار الدخان أو الحريق أو التأثيرات النفسية المعقدة للذعر الحقيقي، وهو يعمل حالياً في بُعدين فقط، مما يعني أنه لا يحاكي بعد التحرك صعوداً وهبوطاً في السلالم بشكل كامل. ومع ذلك، يوفر الإطار أداة قوية لمقارنة التصاميم والاستراتيجيات المختلفة. إنه ينقل تخطيط السلامة من مرحلة التخمين إلى اتخاذ القرارات القائمة على الأدلة. ومن خلال إظهار أن التغييرات الصغيرة في المخطط أو المسار يمكن أن تؤدي إلى تأثيرات هائلة على السلامة، يقدم هذا العمل طريقة لتصميم مبانٍ أكثر أماناً حتى قبل صب الخرسانة. الهدف النهائي هو منح مديري المواقع وسيلة لاختبار خططهم ضد أسوأ السيناريوهات، لضمان أنه عندما ينطلق الإنذار، يكون المسار نحو السلامة واضحاً، وفعالاً، وجاهزاً للناس الذين يحتاجون إليه.