2025年HiMCM美国高中生数学建模竞赛A题发布!

美国高中数学建模竞赛(HiMCM)是一项备受瞩目的国际性赛事,2025年11月6日(美东时间)正式发布本年度的赛题。参赛队伍将在接下来的14天内,围绕选定的题目进行深入的建模和求解,并最终提交一篇详尽的论文。以下是HiMCMA题相关介绍。

Problem A:

问题A:

在火灾或气体泄漏等紧急情况下,迅速且有序地疏散建筑物对拯救生命至关重要。受过训练的应急人员(救援者)通常会对建筑进行“清扫”(sweep)——逐个区域、逐个房间地检查,确保 所有人员 已安全撤离或正积极前往出口。这包括在可能的情况下对所有空间进行目视检查,以确认其为空,从而确保没有人被遗留在建筑内。

清扫的效率与策略往往决定着安全与危险之间的差距。

你的团队受多功能公共/私人集会空间清理委员会(COMAP) 的委托,设计一个数学模型,用于在多层建筑的紧急疏散中优化清扫策略。目标是在最短时间内清空所有房间,同时兼顾人员安全与救援效率。建筑物在布局、楼层数量、楼梯与出口位置、人员分布等方面各不相同,而救援者通常需在信息有限的高压环境下迅速行动。这些因素都必须纳入你的分析中。

比赛要求

①理解问题

明确识别会影响模型的关键要素,包括但不限于:

判定房间是否“清空”的标准;

房间的人员类型或布局(例如托儿所、办公室、仓库等差异是否重要);

所需救援者的数量与专业类型;

清扫策略中需要的冗余程度(若有);

紧急情况的类型(火灾、气体泄漏等);

其他相关因素。

②建立建筑清扫模型

以如下基本情景为例:两名消防员清扫一栋单层办公楼,建筑两侧各有一个出口(见图1)。走廊中央贯通,走廊两侧各有三个大小相近的房间。请建立一个模型,模拟消防员在火警时如何高效地清扫整栋建筑,并估计完成清扫所需时间。

在构建模型时,团队应考虑上述关键要素,例如平面布局、响应人员数量、移动规则与清扫验证、烟雾可能存在等情况。

③应用您的模型

设计并分析至少两个额外的建筑布局,其中响应者数量各不相同。对于额外的布局,您必须改变楼层数量、每层的平面图以及房间的占用者。对于每个场景,使用您的模型来确定:

• 检查房间的顺序(或清扫路径)

• 最优响应⼈员数量及其起始位置

• 完成整栋建筑清扫的最短时间

④扩展模型并反思分析过程

a. 扩展模型以纳⼊扫荡⾏动及其他紧急情况(如火灾或气体泄漏)中更现实的约束条件。可考虑纳入的因素包括:

• 通信延迟或中断,

• ⼈员对紧急状况的感知能力(如无味气体泄漏、建筑其他区域的事故),

• 随时间变化的危险因素(如火势蔓延、能见度下降),

• 疏散过程中人员的动态移动,

• 高风险区域优先疏散(如实验室、托育室),

• 救援人员数量不足,

• 非标准建筑布局

b. 请考虑技术(如传感器或楼宇自动化系统)的引入可能对您的模型产生的影响。针对上述建筑布局方案,请阐述您推荐采用的技术方案。

⑤分享您的模型及其结果

撰写一至两页的信函,为地方应急规划委员会提供实用建议。该信函应包含:

• 基于研究发现制定的疏散清扫策略。需明确说明如何规划清扫行动、分配响应人员,以及确保冗余性与速度而不牺牲安全性的策略。

• 针对不同建筑类型、平⾯布局及各类⼈员构成制定的可操作性策略建议。

提交要求

您的PDF解决方案总页数不超过25页,应包含以下内容:

• 一页摘要表

• 目录

• 完整解决方案

• 致地方应急规划委员会的一至两页信函

• 参考文献列表

• 人工智能工具使用报告(若使用则不计入25页限制)

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