In addition to its public health crisis, COVID-19 pandemic has led to the shutdown and closure of workplaces with an estimated total cost of more than $16 trillion. Given the long hours an average person spends in buildings and indoor environments, this research article proposes data-driven control strategies to design optimal indoor airflow to minimize the exposure of occupants to viral pathogens in built environments. A general control framework is put forward for designing an optimal velocity field and proximal policy optimization, a reinforcement learning algorithm is employed to solve the control problem in a data-driven fashion. The same framework is used for optimal placement of disinfectants to neutralize the viral pathogens as an alternative to the airflow design when the latter is practically infeasible or hard to implement. We show, via simulation experiments, that the control agent learns the optimal policy in both scenarios within a reasonable time. The proposed data-driven control framework in this study will have significant societal and economic benefits by setting the foundation for an improved methodology in designing case-specific infection control guidelines that can be realized by affordable ventilation devices and disinfectants.


翻译:除了公共卫生危机外,COVID-19大流行还导致工作场所停工和关闭,估计总成本超过16万亿美元;鉴于人均在建筑物和室内环境中花费的时间长,本研究文章提出了数据驱动控制战略,以设计最佳室内空气流,尽量减少居住者在建筑环境中接触病毒病原体的风险;提出了总体控制框架,以设计最佳速度场和准政策优化,采用了强化学习算法,以数据驱动的方式解决控制问题;在空气流设计实际上不可行或难以执行时,也采用同样的框架,最佳安排消毒剂来中和病毒病原体,作为空气流设计的一种替代办法;我们通过模拟试验表明,控制剂在合理时间内学习两种情景的最佳政策;本研究中拟议的数据驱动控制框架将为社会和经济带来重大好处,为改进设计具体病例感染控制准则的方法奠定基础,而这种方法可通过负担得起的通风装置和消毒剂来实现。

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