高校教學(xué)樓人員安全疏散方案的研究畢業(yè)設(shè)計論文

高校教學(xué)樓人員安全疏散方案的研究畢業(yè)設(shè)計論文摘要對于大型公共場所的各種突發(fā)事件來說，能否在事發(fā)后及時有效的進(jìn)行安全疏散是至關(guān)重要的，否則將會造成嚴(yán)重的人員傷亡，嚴(yán)重威脅公眾的生命安全。學(xué)校的教學(xué)樓是人員非常集中的場所，由于學(xué)校教學(xué)樓開放的安全通道有限，加上缺少合理的人員疏散方案，造成師生上下課時的樓道擁堵。這樣一旦發(fā)生險情，就容易造成嚴(yán)重的人員傷亡。對于不同類型的建筑物，人員疏散問題的處理辦法有較大的區(qū)別，在文章中分析了大型建筑物內(nèi)人員疏散的特點及典型疏散模型，結(jié)合我校大樓教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)形式設(shè)定火災(zāi)場景人員的安全疏散，對教學(xué)樓的典型的火災(zāi)突發(fā)事件場景作了分析，并對該建筑物中人員疏散的設(shè)計方案做出了初步評價，用一種在人流密度較大的建筑物內(nèi)，火災(zāi)中人員疏散時間的計算方法對教學(xué)大樓人員安全疏散的時間進(jìn)行了計算，并對該教學(xué)樓的安全疏散提出有益的見解建議。關(guān)鍵詞:高校教學(xué)樓,安全疏散,疏散模型,疏散方案第1頁AbstractForallkindsofunexpectedeventsoflargepublicplaces,whetherinthetimelyandeffectivesafetyevacuationisessential,otherwiseitwillcauseseriouscasualties,aseriousthreattopublicsafety.Theschoolteachingbuildingisveryconcentratedplace,asschoolbuildingsopensecurechannelislimited,andwiththelackofreasonableevacuationplan,resultinginteacher-studentclasscorridorcongestion.Soonceaccidentoccurs,itiseasytocauseseriouscasualties.Fordifferenttypesofbuildings,processingmethodsofevacuationhasgreatdifference,thispaperistoanalyzethecharacteristicsandtypicalstaffinlargebuildingevacuationevacuationmodel,safetyevacuationcombinedstructureofourschoolbuildingteachingbuildingdesignfirepersonnel,typicalfireemergencysceneoftheteachingbuildingisanalyzed,andmakesapreliminaryevaluationofthedesignschemeoftheevacuationinbuildings,abuildinglargercrowddensityinthedraw,calculationmethodsofevacuationtimeinfire,andtheteachingbuildingofthesafeevacuationofsomevaluableopinionsforadvice.Keywords:collegeteachingbuilding,safeevacuation,evacuationmodel,evacuationplan第2頁目錄1緒論.............................................................11.1研究背景...................................................11.2人員安全疏散研究的動態(tài).....................................11.2.1安全疏散研究的國際動態(tài)................................11.2.2我國安全疏散研究的概況................................21.3安全疏散的重要意義.........................................32人員安全疏的基本理論.............................................42.1人員安全疏散準(zhǔn)則...........................................42.1.1必需安全疏散時間......................................42.1.2可用安全疏散時間......................................42.1.3安全疏散準(zhǔn)則..........................................52.2安全疏散計算方法介紹.......................................52.3安疏散研究方法.............................................62.3.1模型的空間劃分........................................62.3.2疏散人員的特征........................................72.3.3疏散人員的行為特征....................................72.4國外典型應(yīng)急疏散模型........................................82.4.1EXITT模型............................................82.4.2EVACNET模型..........................................82.4.3SIMULEX模型..........................................92.4.4EXODUS模型...........................................92.4.5BFIRE模型............................................92.5國內(nèi)典型應(yīng)急疏散模型........................................92.5.1疏散時間計算模型......................................92.5.2群集疏散模型.........................................102.5.3地下商業(yè)建筑疏散預(yù)測模型.............................102.5.4網(wǎng)格疏散模型.........................................102.5.5地下大型商場疏散模型.................................102.6人員疏散的建模............................................103教學(xué)大樓人員安全疏散模型的建立..................................133.1災(zāi)中的人員反應(yīng)三個階段.....................................133.2教學(xué)大樓的簡化與計算假設(shè)...................................133.3計算結(jié)果與分析.............................................164結(jié)論與展望......................................................20參考文獻(xiàn)..........................................................21第3頁致謝.............................................................23第4頁1緒論1.1研究背景學(xué)校教學(xué)樓是一個人員集中的場所，由于建筑空間有限，且學(xué)生人數(shù)多，在某些特定時間如上、下課時間段，樓梯處人群相對集中，特別容易發(fā)生擁堵踩踏事件，一旦發(fā)生險情，容易造成嚴(yán)重的人員傷亡。分析近年來發(fā)生的擁擠踩踏傷亡事故發(fā)現(xiàn)，事發(fā)后能否進(jìn)行及時有效的安全疏散是造成事故的主要原因之一。因此，對教學(xué)樓內(nèi)人員疏散進(jìn)行研究，制定緊急情況下的疏散預(yù)案是非常必要的。在災(zāi)難發(fā)生之時，建筑物內(nèi)的人員是否能有組織、有秩序地撤離是有關(guān)人身安全保障的大問題。對于一個特定的建筑物，管理人員最關(guān)心建筑物內(nèi)所有的人全部撤離完畢所用時間，以便于安排建筑物的出口以及撤離方案。這個問題可以通過反復(fù)的實際演習(xí)來解決。但多次反復(fù)的演習(xí)實際上是不可能的，理想的辦法是通過理論上的分析得到。1.2人員安全疏散研究的動態(tài)1.2.1安全疏散研究的國際動態(tài)目前國際上火災(zāi)安全疏散的研究主要集中在下面一些方面。(1)疏散模型的開發(fā)和模型預(yù)測能力的改進(jìn)疏散模型方面的研究的一個明顯的趨勢就是未來的模型將包含更多的行為細(xì)節(jié),注重人行為的因素,并考慮殘疾人的疏散行為和對整體疏散時間的影響。目前仍不斷有一些疏散模型開發(fā)的報道,一些自稱重點考慮人的相互作用因素并能預(yù)測人的個體疏散行為和追蹤個體疏散軌跡的模型被開發(fā)出來,如中國香港的SGEM模型。此外,一些前期開發(fā)的模型有一些使用局限性,在其使用范圍和功能上作了一些拓展,以及在安全設(shè)計、模擬疏散和火災(zāi)案例分析中的應(yīng)用。如EXIT89、EXDUS、CRISP等模型的一些功能改進(jìn)及其成功應(yīng)用的實例。(2)火災(zāi)中居民反應(yīng)及毒性和煙的影響集中在煙氣中出口標(biāo)志和疏散門標(biāo)識的可見度測試,疏散實驗得出的居民行為和反應(yīng)時間,居民人數(shù)、探測時間和行動前時間分析,對火反應(yīng)的性別差異,商業(yè)中心等公共建筑殘疾人的火災(zāi)安全的比例和容量調(diào)查,睡眠中火災(zāi)信號的認(rèn)識,應(yīng)用在疏散模擬中的開始疏散前延遲時間和行走速度的數(shù)據(jù)庫建立等一些方面。毒性和煙的影響有暴露在一氧化碳后的長期后遺癥的影響,在緊張的火災(zāi)試驗中心理和精神指標(biāo)的相關(guān)性,頭頂照明和指路設(shè)施的使用對行走速度的影響,火災(zāi)煙氣對生存和健康的致命影響,對可見度損失為有限危險的煙氣環(huán)境的評價,預(yù)測火災(zāi)條件下疏散者尋路方式的概率測量方式,由于路標(biāo)指示設(shè)置而導(dǎo)致的出口復(fù)雜性和變化采第5頁用隨機(jī)走路模型的評價等等。通過上述一些項目的研究獲得火災(zāi)安全工程師需要的信息和數(shù)據(jù),包括:所需的疏散時間極其組成(探測、反應(yīng)、行為延誤、移動)、居民特點、路線尋找、標(biāo)識、安全區(qū)域、信息類和非信息類警報系統(tǒng)、出口路徑特征、決策。(3)疏散模型在防火設(shè)計、性能化規(guī)范和工程評估中的應(yīng)用人員疏散研究的目的是改善防火設(shè)計,減少人員傷亡。國外在這些方面已經(jīng)有了許多成功的經(jīng)驗。減少火災(zāi)事故影響的非工程方案,如基于人員疏散模型教育和訓(xùn)練計劃的開發(fā),公共建筑內(nèi)如娛樂場所復(fù)雜居民的緊急疏散和管理,火災(zāi)中人的行為與防火保護(hù)工程的結(jié)合,以人的行為和危險為基礎(chǔ)的消防法規(guī),通過積極的防火管理來提高性能等等。逐步將人員疏散的研究成果應(yīng)用到防火設(shè)計和性能化規(guī)范當(dāng)中。如在澳大利亞性能化規(guī)范BCA96中疏散模型的應(yīng)用,以及中國香港利用疏散模型SGEM所做的工程評估等等。1.2.2我國安全疏散研究的概況在我國,人員安全疏散的研究尚屬起步階段,迄今為止僅有一、二家研究機(jī)構(gòu)在國內(nèi)消防刊物上發(fā)表過有關(guān)人員安全疏散的論文。如青島海洋大學(xué)曾經(jīng)在《火災(zāi)科學(xué)》上發(fā)表過《火災(zāi)時人員安全疏散可靠性評估》一文,文中給出了一個以逃生概率為評價指標(biāo)的疏散可靠性計算方法?！熬盼濉逼陂g,國內(nèi)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)開發(fā)了地下建筑的疏散模型,標(biāo)志著我國在人員疏散這一領(lǐng)域的研究進(jìn)入到計算機(jī)數(shù)值模化階段。香港城市大學(xué)的有關(guān)研究人員提出了利用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實的技術(shù)收集人員在火災(zāi)中行為量化數(shù)據(jù)的調(diào)查方法,并結(jié)合火災(zāi)后的問卷調(diào)查及疏散演習(xí)等手段收集了大量有關(guān)火災(zāi)中人員行為的數(shù)據(jù)。比較詳細(xì)地研究了建筑物防火通道內(nèi)的標(biāo)識(如燈光、張貼、指引、廣播等)對人員疏散行為的影響,得出了一些有價值的結(jié)論。建立了網(wǎng)格疏散模型(SGEM)。該模型在幾何空間上將建筑物劃分成能反映人員具體位置的細(xì)網(wǎng)格,并利用拉格朗日方法分析每個人員在建筑物內(nèi)的移動速度。采用此模型對香港的一些實際工程進(jìn)行了較為成功的疏散模擬。公安部四川消防科學(xué)研究所擬在“十五”期間,開展大空間公共建筑火災(zāi)[1]疏散評估技術(shù)的相關(guān)研究,內(nèi)容包括:(1)我國大空間公共建筑人員疏散特性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究采用情境實驗法,建立真實客觀的現(xiàn)場火災(zāi)模型對本專題進(jìn)行現(xiàn)場疏散演習(xí),采集相關(guān)數(shù)據(jù)。同時結(jié)合問卷式方式對火災(zāi)中疏散逃生人員進(jìn)行跟蹤調(diào)查所取得的數(shù)據(jù),得出人員疏散基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。包括人在樓梯中的疏散速度、人在走廊中的疏散速度、人們意識到火災(zāi)發(fā)生的方式、失火后人的第一反應(yīng)與第二反應(yīng)等等。(2)研究建立適用于我國大空間公共建筑安全疏散計算機(jī)模擬子程序與定量計算方法以及相關(guān)的評判標(biāo)準(zhǔn)因為疏散是結(jié)合人員行為、人流、人員能力、建筑物的物理環(huán)境、火災(zāi)情況的動態(tài)變化的一個動態(tài)系統(tǒng)。所以它必須以動態(tài)系統(tǒng)模型描述。從系統(tǒng)動態(tài)模型的模擬結(jié)果進(jìn)行評估。在國際上,對疏散進(jìn)行第6頁研究,大多數(shù)都在描述模擬疏散情況。對建筑物與人員行為的綜合分析模擬比較少。該項目申請人員提出一個新的研究方法,對建筑系統(tǒng)與人員行為的綜合的疏散問題進(jìn)行深入的研究,結(jié)合當(dāng)前我國的情況對火災(zāi)疏散提出有效的結(jié)論。研究人員準(zhǔn)備建立疏散綜合系統(tǒng)動態(tài)模型。(EVACUATIONSYSTEMDYNAMICMODEL)模型包括評估部分及相關(guān)的評判標(biāo)準(zhǔn)綜合系統(tǒng)動態(tài)模型,包括4個子模型:a)逃生前期人員行為系統(tǒng)動態(tài)模型;b)逃生中人員行為系統(tǒng)動態(tài)模型;c)疏散人流系統(tǒng)動態(tài)模型;d)疏散人員能力系統(tǒng)動態(tài)模型。1.3安全疏散的重要意義近年來，在我國發(fā)生的群死群傷重大惡性火災(zāi)事故中，約有85%以上火災(zāi)事故與火災(zāi)安全疏散有直接的聯(lián)系。因此，如何抓好人員密集場所的安全疏散工作，對進(jìn)一步改善安全預(yù)防措施，確保人民群眾生命財產(chǎn)安全都有非常重要意義。下面是對人員密集場所火災(zāi)安全疏散的重要性分析:(1)火災(zāi)危險較大。由于人員密集場所的建筑空間大、著火源多，使用的可燃物品多、人員高度集中、火災(zāi)蔓延快，火災(zāi)危險性大。一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成財產(chǎn)損失大、人員傷亡大、后果影響大的慘痛教訓(xùn)。因此，加強重點單位的消防安全管理，做好消防安全疏散，制訂滅火應(yīng)急疏散預(yù)案和演練，不僅會避免重大人員傷亡，而且還關(guān)系到一個地區(qū)人民群眾的生活和社會的安定。(2)消防安全主體意識較差。當(dāng)前，消防安全重點單位消防責(zé)任人員安全意識薄弱，消防管理人員消防操作程序不熟悉、消防安全責(zé)任制落實不到位，初起火災(zāi)處置程序錯誤等問題日益嚴(yán)重。因此，制定消防應(yīng)急疏散預(yù)案對于提高社會單位消防安全管理水平和火災(zāi)應(yīng)急處置能力，預(yù)防和減少火災(zāi)危害具有重要參考意義。(3)應(yīng)急疏散預(yù)案實用性不強。相當(dāng)多的消防安全重點單位制訂滅火和應(yīng)急疏散預(yù)案僅僅為了應(yīng)付公安消防機(jī)構(gòu)的有關(guān)防火檔案的檢查，假定對象往往為整個單位，針對性和實用性不強，且預(yù)案中的滅火、疏散程序和措施概念含糊不清、條理混亂，一旦發(fā)生火災(zāi)，預(yù)案很可能起不到應(yīng)有的作用。第7頁2人員安全疏的基本理論2.1人員安全疏散準(zhǔn)則2.1.1必需安全疏散時間[2]必需安全疏散時間(RequiredSafetyEgressTime，REST)是指從事故發(fā)時刻起到人員疏散到安全區(qū)域的時間。以火災(zāi)為例，緊急情況下的RSET包括火災(zāi)探測時間()、預(yù)動作時間()和人員疏散運動時間()。tpretalarmtmoveREST=+tpre+(2-1)talarmtmove(1)火災(zāi)探測時間:即從火災(zāi)發(fā)生到發(fā)現(xiàn)火情這段時間間隔，一般是通過人員或火災(zāi)探測器發(fā)現(xiàn)火情并報警，可通過火災(zāi)蔓延模型以及探測系統(tǒng)的特性進(jìn)行計算和預(yù)測。(2)預(yù)動作時間:即從發(fā)現(xiàn)火情到開始疏散之間這段時間。人員接到火警之后會有不同的反應(yīng)，如有的人開始疏散并到達(dá)安全區(qū)域、有的人則想證實火警、有的人會采取滅火措施等。預(yù)動作時間很難被準(zhǔn)確估計，這是因為預(yù)動作時間與人員的心理行為特征、人員的年齡、對建筑物的熟悉程度、人員反應(yīng)的靈敏性、甚至與人員的集群特征密切相關(guān)。統(tǒng)計結(jié)果表明:發(fā)生火災(zāi)時，人員預(yù)動作時間與建筑內(nèi)采用的火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型有直接關(guān)系。(3)人員疏散運動時間:即人員從開始疏散至到達(dá)安全地點的時間。人員疏散運動時間主要取決于人員密度、人員疏散速度、安全出口寬度等，可以利用簡單的經(jīng)驗公式或者疏散模型進(jìn)行預(yù)測。一般情況下，發(fā)現(xiàn)火情和人員反應(yīng)時間難于量化，其大小主要取決于建筑物報警系統(tǒng)的完善程度、人們對火災(zāi)的認(rèn)知程度以及建筑物管理服務(wù)人員的素[3]質(zhì)等，通常情況下，這兩項時間在計算疏散時間時都被忽略了，而人員接收到報警器的警告后會有一定的反應(yīng)時間，該反應(yīng)時間依據(jù)人員的不同而不同，本文模擬中綜合且較保守考慮報警時間和人員反應(yīng)時間統(tǒng)一為1min。在實際疏散中，對于整個疏散群體來說，這三個時間段不是明顯分開的，在整個疏散群體中是交互出現(xiàn)的。2.1.2可用安全疏散時間可用安全疏散時間(AvailableSafetyEgressTime，ASET)是指從起火時刻到火災(zāi)對人員安全構(gòu)成危險狀態(tài)的時間段，主要受到火災(zāi)中將釋放的大量熱能、熱輻射、煙氣(包括一般熱煙氣和有毒有害氣體)、房間內(nèi)襯材料的熱特性、[4]房間高度、通風(fēng)狀況等的影響。第8頁2.1.3安全疏散準(zhǔn)則[5]一般認(rèn)為:當(dāng)建筑物的可用安全疏散時間大于必需安全疏散時間(公式2-2)，則認(rèn)為建筑物中人員能夠安全疏散。ASET>RSET(2-2)2.2安全疏散計算方法介紹安全疏散時間的計算，一般有現(xiàn)場模擬試驗測量法、經(jīng)驗公式法和計算機(jī)模擬三種方法?，F(xiàn)場模擬試驗測量的方法主要用于科學(xué)研究，由于資金和試驗條件的限制很少用于工程應(yīng)用;經(jīng)驗公式法，是通過大量的試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，由一系列經(jīng)驗公式組成的，一般可以通過手工計算進(jìn)行疏散預(yù)測的方法，以日本為代表的一些國家主要采用這類方法;計算機(jī)模擬法，是通過計算機(jī)軟件模擬人員疏散的動態(tài)過程，來預(yù)測人員疏散行動時間。(1)傳統(tǒng)的疏散時間計算公式，依據(jù)1995年日本Togawa推導(dǎo)的疏散時間公[6][7]式，溫麗敏等提出火災(zāi)中群集流動模型，從而對人群疏散理論進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，即:假設(shè)聚集人群可以看作一個均質(zhì)流體，那么在人群疏散方向上取一基準(zhǔn)斷面P，則向斷面P前進(jìn)的人群稱為流入群集;流出斷面P繼續(xù)前進(jìn)的人群為流出群集，如果由于某種原因，例如通路變窄，或遇到門，樓梯，臺階等通道性質(zhì)的改變，便容易引起人群在基準(zhǔn)斷面P處的滯留與混亂，在斷面P處滯留的人群稱為滯留群集，它等于流入群集與流出群集人數(shù)之差。依據(jù)此理[7]論推導(dǎo)得到人群疏散時間計算公式如下:n0r1，，，，，，,,,，0(2-3)TeNaNitBjitdtT,'',,,0NB,1i，，式(2(4)中:N。是建筑物疏散人員總數(shù);N;(t)，N’分別是第i個出口和最終出口處的人員流量;n是出H總數(shù);B;是第i個出口的寬度;Tn是出現(xiàn)定常人口流動時的時間;識(t)為第i個出口處人員滯留系數(shù);目前各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括我國及其他相關(guān)的建筑防火規(guī)范對于疏散時間的計算公式都是式(2(4)的簡化表達(dá)式(即忽略在T-T時刻從各入口進(jìn)入的人數(shù))，0只是其中符號表示不同，疏散時間簡化計算式如下。，，T,NafB，ksv(2-4)-1式中T為疏散時間(S);f為門或走道的人群流動系數(shù)(人,m.s);B為門或走道寬度(m);為建筑內(nèi)需要疏散的總的人數(shù);ks為待疏散人群中的第一Na個人移動到門或走道的距離(m);v為人群移動速度(m/s)。式(2(5)中人群流動系數(shù)f是影響疏散時間的重要參量，在利用上式對建筑疏散時間進(jìn)行計算過程中，通常按照通道性質(zhì)設(shè)定人群流動系數(shù)為一經(jīng)驗常數(shù)。但在實際人群疏散尤其是恐慌人群疏散過程中，出口或通道狹窄處通常會第9頁[8]出現(xiàn)堵塞，人群流動系數(shù)并不是常量，而是隨人群密度不斷變化的。(2)加拿大Paul的經(jīng)驗方法[9]加拿大Paul經(jīng)過了大量的演習(xí)觀測在1980年總結(jié)出了一系列關(guān)于多層建筑疏散時間的計算方法，他提出了有效樓梯寬度的概念，即認(rèn)為實際人們可以利用的樓梯面積應(yīng)該扣除樓梯兩側(cè)不可利用部分各150mm，并得到人流流量在樓梯處的經(jīng)驗擬合公式:0.27f=0.206p(2-5)f是每m有效寬度樓梯所能通過的人流流量，P是每m有效寬度樓梯要疏散的人數(shù)。對于多層建筑疏散時間，Paul給出了如下公式:當(dāng)單位寬度樓梯通過的人數(shù)少于800人時，0.73T=0.68+0.081p(2-6)當(dāng)單位寬度樓梯通過的人數(shù)多于800人時，T=2.00+0.0117p(2-7)2.3安疏散研究方法20世紀(jì)80年代起,隨著計算機(jī)的發(fā)展,人們開發(fā)了許多用以描述建筑物內(nèi)人員疏散特性的軟件和模型。據(jù)統(tǒng)計已經(jīng)完成的和正在開發(fā)的疏散模型超過20種?？傮w上,這些模型都可歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型,即建筑各部分的空間布局用網(wǎng)絡(luò)來表示,然后在此網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上確定人員在建筑物內(nèi)的位置及疏散移動路線,進(jìn)而確定疏散時間。雖然每個模型分別從不同角度來模擬人員在建筑物內(nèi)的疏散行為,其性能、效果及適用范圍各不相同,但從目前建立的數(shù)學(xué)模型及模擬方法來看,主要區(qū)別在于模型的空間劃分、人員個體特性、行為特性3個方面。2.3.1模型的空間劃分模型的空間劃分是指建立模型時如何分隔建筑物空間。目前空間劃分方法大體分2類:細(xì)網(wǎng)格類(FineNetwork)和粗網(wǎng)格類(CoarseNetwork)。細(xì)網(wǎng)格類不考慮建筑實體的具體物理分隔,如房間、樓道、走廊等,而是把整個建筑平面分割成同樣形狀和面積的網(wǎng)格,如正方形、六邊形等。采用細(xì)[11]網(wǎng)格法的模型主要有BGRAF,EXODUS,EGRESS,SGEM、MAGNETMODEL,VE2GAS,SIMULEX等。這些模型利用各個網(wǎng)格的“占據(jù)”或“空缺”來表示每個人在建筑物內(nèi)的移動,因此能夠反映人與人之間的互相關(guān)系、環(huán)境的影響等諸多因素,模擬結(jié)果的精度較高。但是,現(xiàn)代建筑特別是高層建筑,建筑單元眾多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因而計算處理信息量也相當(dāng)大,幾乎呈指數(shù)增長,所以這種模型目前還較少用于模擬計算高層建筑的人員疏散問題。粗網(wǎng)格類是根據(jù)實際建筑物格局來分割建筑空間,即將房間、樓道、走廊看作網(wǎng)絡(luò)中的“節(jié)點”,連接任意兩節(jié)點的門或通道的轉(zhuǎn)折點看作網(wǎng)絡(luò)中的“弧”。第10頁同一模型中每個節(jié)點的面積、形狀不一定相同。在疏散過程中,人員移動以人群的方式從一個節(jié)點移動到另一個節(jié)點,根據(jù)各建筑單元的出口容量確定人員在建筑物內(nèi)的移動速度并確定相應(yīng)的幾何位置。這種方式能夠進(jìn)行大容量的人員計算,然而由于不能反映個體成員的確切位置,因此很難對個體移動以及個體之間相互作用進(jìn)行詳細(xì)計算,進(jìn)而無法反映個體人員的基本行為特性,計算精度較低。這種模型適用于大型建筑,尤其是功能復(fù)雜且人員眾多的建筑。有代表性的這類模型主要有CRISP,DONEGAN′S,EXIT89,EXITT,E2SCAP,EVACSIM,EVACNET+,PAX2PORT,TAKAHASHI′SMODEL,WAYOUT等。2.3.2疏散人員的特征疏散人員的特征可以用2種方法來處理:個體的方法或群集的方法。個體的方法就是考慮個體的行為差別,疏散人員不是一個均質(zhì)的群體,而是內(nèi)部特征不完全一樣的人群。在模擬疏散過程時,這些不同的個體特征就是計算的關(guān)鍵條件。它按單個人員檢查和分配各自的移動特征,因此需要較多的計算開銷,程序處理的難度也稍大。目前采用個體方法描述疏散人員特征的模型有BGRAF,CRISP,EXITT,E2GRESS,E2SCAPE,EVACSIM,EXODUS,MAGNETMODEL,SGEM,SIMULEX,VEGAS。群集的方法是將一群或一組人按同一特性考慮,他們將按同一速度移動,并同時到達(dá)或離開建筑物的某個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。采用這種模型計算建筑物內(nèi)人員疏散,操作簡單,使用方便,運行速度較快;缺陷在于無法詳細(xì)描述個體特征,難以描述突發(fā)事件對個體的影響。采用這種方法的模型有DONEGAN′S，ENTROPY，EXIT89，EVACNET+,PAXPORT,TAKAHASHI′SMODEL,WAYOUT,溫麗敏等的火災(zāi)中群集疏散模型、劉文利等的地下商業(yè)街建筑疏散預(yù)測模型。2.3.3疏散人員的行為特征疏散人員的行為包括對火災(zāi)的反應(yīng)、逃生的決策等,與單純的物理移動不同,在面對危險時,人們會有什么樣的心理,會做出怎樣的逃生決策,都是非常復(fù)雜的。而且,不同的建筑環(huán)境、不同的人員擁擠狀況等等都會影響逃生的決策。因此,如何更好地在模型中表現(xiàn)出人員的行為,己經(jīng)成為當(dāng)今疏散模型研究的重點。目前建立的眾多疏散模型中,對行為特征的處理方法可以分為以下5大類。第1類是根本不考慮人員的行為,只考慮人員的移動情況,也就是說,把人員當(dāng)作沒有思想的物體,他們的移動情況取決于外界環(huán)境。此類模型有EVACNET+。第2類是方程式行為分析方法。這種方法將1個或一系列的方程式應(yīng)用于疏散人員全體,每個人的行為都由方程式?jīng)Q定。這種方法雖然可以確定個體的行為,但是所有人對外界危險的反應(yīng)都是一樣的,采取的行動措施也是相同的。此類模型有MAGNETMODEL,TAKAHASHI′SMODEL。第11頁第3類方法是將人員行為隱含在復(fù)雜的物理模型中。這種方法以第2手?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ),而這些數(shù)據(jù)己經(jīng)將心理的或者社會的因素包含在其中,所以不再需要另外考慮各種心理對行為的影響。這類模型的可靠性和準(zhǔn)確性取決于第2手?jǐn)?shù)據(jù)。此類模型有EXIT89,PAXPORT,SIMULEX,WAYOUT。第4類方法是建立一系列基于行為系統(tǒng)的行為準(zhǔn)則,人們在逃生時的行為將根據(jù)這些準(zhǔn)則進(jìn)行。這些準(zhǔn)則通常與環(huán)境有關(guān),不同的環(huán)境將決定不同的行為。此類模型有BGRAF,CRISP,E2SCAPE,EXITT,EVACSIM,EXODUS。第5類方法是利用人工智能模擬特定環(huán)境下人員對于環(huán)境因素的反應(yīng),以此決定人員在建筑物內(nèi)的移動。這類方法雖然提高了模擬決策過程的準(zhǔn)確性,但目前還不十分成熟。此類模型主要有DONEGAN′SENTROPYMODEL,EGRESS,VEGAS。2.4國外典型應(yīng)急疏散模型2.4.1EXITT模型EXITT是火災(zāi)危險綜合分析程序HAZARDI的組成部分,專門用于計算火災(zāi)時建筑物內(nèi)人員疏散的時間。該模型使用網(wǎng)絡(luò)描述建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境,用戶必須建立能夠表示人員位置、可能的出口與疏散路線的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)。程序允許用戶定義若干個影響待疏散人員響應(yīng)方式的個體特征,包括年齡、性別、當(dāng)時是否清醒、疏散時是否需要別人幫助等。一旦人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并決定逃生時,程序便可根據(jù)一些規(guī)則模擬他們的逃生路徑。程序首先選出某人所在的位置到出口之間距離最短的路徑,并優(yōu)先選擇門作為出口。然后模擬該人通過這條路徑的情況。如果最先選擇的路徑變得不安全,或者對比其他路線后認(rèn)為不可取,程序就會選[10]擇其他的路徑。2.4.2EVACNET模型EVACNET(EvacuationNetworkComputerModel,疏散網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)模型)是一個典型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點人員疏散模型,而且完全不考慮人員的行為。該模型中人員的疏散路線按疏散時間最小選取最優(yōu)路線,而且通過采取一些相應(yīng)的措施使疏散按照一種適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行。該模型基本上是一個運輸模型,其中源節(jié)點代表計算起點,中間節(jié)點代表建筑物的某些部分,目標(biāo)節(jié)點則是建筑物的疏散出口,節(jié)點則由弧線連接。用戶需要確定每個節(jié)點的容量、每條弧線的通過能力及人員通過弧線所需的時間。該模型可進(jìn)行多種類型建筑物內(nèi)的人員疏散模擬,可以模擬部分樓層,也可以模擬整個樓層。由于該模型沒有考慮人員的個體行為,即認(rèn)為所有的人員具有相同的疏散特征,因此由它計算出來的疏散時間可能比實際疏散時間要短一些。第12頁2.4.3SIMULEX模型SIMULEX是能夠在PC機(jī)上模擬很多人從大型公共建筑物中疏散的模型。用戶利用CAD軟件創(chuàng)建建筑物的3D模型,定義建筑物“最終”的外部出口,SIMULEX據(jù)此可以自動確定和計算整個建筑物空間里所有人的行進(jìn)路線和距離,進(jìn)行疏散過程的模擬。關(guān)于單個人運動的算法,是先利用攝影技術(shù)拍攝實際生[11]活中人們的運動,然后利用計算機(jī)技術(shù)對這些圖像進(jìn)行分析進(jìn)而得到的。2.4.4EXODUS模型EXODUS是模擬人群從圍合區(qū)域疏散的軟件,該套軟件現(xiàn)已投入商業(yè)應(yīng)用。EXODUS包含人員、運動、行為、毒性和危險5個相互作用的子模型。建筑布局由CAD生成的DXF文件或者提供的交互式工具生成,網(wǎng)格由節(jié)點和弧構(gòu)成。每個人選擇的疏散策略(行為子模型)是他們和圍護(hù)結(jié)構(gòu)、其他人及火災(zāi)危險之間交互作用的產(chǎn)物。EXODUS模型家族包括適用于大型建筑的BUILDINGEXO2DUS、應(yīng)用于飛機(jī)的AIREXODUS和應(yīng)用于航海的MARITIMEEXODUS,適用于鐵路系統(tǒng)的Rail版本目前正在開發(fā)中。2.4.5BFIRES模型BFIRES是基于人員行為的火災(zāi)時期緊急疏散模擬模型,該模型應(yīng)用于醫(yī)療類型的建筑中。模擬結(jié)果對以下參數(shù)敏感:?樓層平面的布置;?人員所在的空間位置;?任何阻礙人員行走的因素;?人員對建筑物結(jié)構(gòu)的熟悉程度;?允許的人員密度水平。BFIRES把建筑火災(zāi)事件抽象化為一個離散的時間框架鏈,在每個時間節(jié)點,每個人員根據(jù)他們對周圍環(huán)境變化的感知而做出反應(yīng)。目前該模型最多可以同時模擬20個人。該模型可能是模擬單個人信息處理、決策制定以及對火災(zāi)反應(yīng)的唯一的計算機(jī)模型。2.5國內(nèi)典型應(yīng)急疏散模型我國針對緊急疏散問題的研究開始于20世紀(jì)90年代末,目前尚沒有比較[12]成熟的模型和軟件,也缺少有影響的工程應(yīng)用范例。國內(nèi)對應(yīng)急疏散模型的研究主要側(cè)重研究建筑物發(fā)生火災(zāi)時人員疏散模型。比較典型的模型如下。2.5.1疏散時間計算模型[13,14]袁理明等提出了一種計算疏散時間的數(shù)學(xué)模型。該模型提出安全疏散時間即為火災(zāi)探測系統(tǒng)發(fā)出報警信號的預(yù)警時間加上人員安全疏散出建筑物的時間,采用時間序列法計算人員開始疏散直到最終到達(dá)安全出口所需的時間,沒有考慮人們聽到或發(fā)現(xiàn)報警信號后的確認(rèn)反應(yīng)時間。第13頁2.5.2群集疏散模型[15-17]溫麗敏等提出了一種火災(zāi)時群集疏散的模型。采用計算機(jī)仿真計算人員疏散時間。該模型的前提是“疏散人員井井有條地按照設(shè)計人員設(shè)計的疏散通道疏散”。由于疏散人員的性別、年齡、身體條件等不同,疏散能力也各不同,模型采用降低整個疏散能力平均值的方法,以描述具有不利于疏散的疏散人員特征。2.5.3地下商業(yè)建筑疏散預(yù)測模型[18]劉文利等提出地下商業(yè)街建筑人員疏散模型。該模型采用網(wǎng)絡(luò)型控制方法進(jìn)行空間模式化,將地下商業(yè)街的各個店鋪、通道等地點分別作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點,它們之間的聯(lián)系為連接(link);對人的行為按照能力不同,劃分為正常人、老年人(含活動不便的人)以及由兒童和其家長組成的家庭等3個集團(tuán);在疏散過程中,人的流動以單向型人流對待。2.5.4網(wǎng)格疏散模型香港城市大學(xué)的LOSM等提出了利用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實的技術(shù),收集人員在火災(zāi)中行為量化數(shù)據(jù)的調(diào)查方法,并結(jié)合火災(zāi)后的問卷調(diào)查及疏散演習(xí)等手段收集大量有關(guān)火災(zāi)中人員行為的數(shù)據(jù),研究建筑物防火通道內(nèi)的標(biāo)識(如燈光、張貼、廣播等)對人員疏散行為的影響,建立網(wǎng)格疏散模型(SGEM)。該模型在幾何空間上將建筑物分成反映人員具體位置的細(xì)網(wǎng)格,并利用拉格朗日法分析每個人員在建筑物內(nèi)的移動速度。利用此模型對香港的一些實際工程進(jìn)行了較為成功的疏散模擬。2.5.5地下大型商場疏散模型[19]王志剛開發(fā)了地下大型商場火災(zāi)時期人員疏散計算機(jī)模型FEgress。該模型可以計算在建筑物內(nèi)不同位置處發(fā)生火災(zāi)時,從火災(zāi)發(fā)生到人員疏散結(jié)束所需的時間,與火災(zāi)模擬軟件相結(jié)合,可以評價發(fā)生火災(zāi)時人員生命的安全性。2.6人員疏散的建模人員疏散連續(xù)性模型的一個典型代表是社會力模型，這種模型把行人處理為質(zhì)點，這些質(zhì)點受到由人的社會行為產(chǎn)生的遠(yuǎn)程力，這導(dǎo)致運動的平衡并類似于Newton力學(xué)的運動方程。離散性模型的一個典型代表是元胞自動機(jī)模型，這種模型主要參考城市交通流模型，并考慮一些典型行人特征的擴(kuò)展，也有引入場域的概念以確定向臨近元胞的躍遷比率等?？偟膩碚f連續(xù)性模型運算速度慢，不太適合人員眾多情況下的模擬，而離散性模型規(guī)則簡單，運算速度快。第14頁元胞自動機(jī)是一種在計算機(jī)仿真中常用的工具。它的主要原理是:在二維的網(wǎng)格陣中，每一網(wǎng)格有幾種可能的狀態(tài);在仿真運行的過程中，每一單元格按照自身和與其相鄰格的狀態(tài)，依照一定的算法，更新自身的狀態(tài);所有單元格均更新了一次自身的狀態(tài)，稱仿真完成了一“步”。元胞自動機(jī)技術(shù)具有構(gòu)造簡單、運算能力強、所需硬件條件較低等優(yōu)點。在仿真模型中，平面空間被劃分為許多微小正方形單元格陣(通常為0(5mX0(5m，以反映一個人占據(jù)的平面空間)。在同一時刻，每一單元格要么為障礙物占據(jù)，要么為一人占據(jù)，要么為空，三種狀態(tài)必居其一。元胞自動機(jī)方法模擬人員疏散，是從研究每個人從一個單元格移動到相鄰單元格的概率入手，然后綜合全體人員的移動情況，模擬整個疏散過程并計算出疏散需要的時間。因此，在仿真中，問題的核心是確定單個個體移動到下一步位置的算法。在某一刻，每個個體可以選擇移動到相鄰的8個單元格中的一格，或留在原格不動(如圖2-1所示)。圖2-1網(wǎng)格示意圖在移動時，主要考慮以下兩個因素:第一，若該單元格被障礙物或別的人占據(jù)，則此格不可達(dá);第二，該單元格距離出口越近，則人越傾向于走向該格。人員可以沿著弧線從一個節(jié)點到另外一個節(jié)點移動。但是在同一時間內(nèi)，一個節(jié)點只能由一個人員所占據(jù)。用這種方法可以比較準(zhǔn)確地表示建筑平面空間的幾何形狀及其內(nèi)部障礙物的位置，并可在人員疏散的任意時刻確定每個人的準(zhǔn)確位置。關(guān)于人員疏散的行為規(guī)律，國內(nèi)外學(xué)者的研究方向大致可分為井井有條的有計劃疏散行為的研究，及人員在隨機(jī)疏散行為規(guī)律的研究。所建立的數(shù)學(xué)模型根據(jù)人的特點可以歸納為兩大類:運動學(xué)模型和行為學(xué)模型。運動學(xué)模型假設(shè)疏散人員自始至終保持疏散初期的人員密度，以平均步行速度的下限值，有秩序地按照設(shè)計人員設(shè)計的疏散通道疏散。疏散行動中無相互超越和折返現(xiàn)象，疏散出口群集流動系數(shù)保持不變。它的研究結(jié)果的可靠性完全取決于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，其結(jié)果雖然可用于指導(dǎo)建筑物安全疏散設(shè)計，但它完全忽視了群集疏散行動的隨機(jī)性特征，沒有反應(yīng)群集流動的動力學(xué)規(guī)律。行為學(xué)模型的建第15頁立必須考慮以下三個相互作用的因子(人一人;人一建筑物空間結(jié)構(gòu);人一環(huán)境)之間，在三個層次(心理、生理、社會關(guān)系)上的相互影響。模型以任意時刻、火災(zāi)事故現(xiàn)場任意空間點處的待疏散人員為研究對象，進(jìn)行火災(zāi)中疏散人員的一般行為規(guī)律的研究，及最優(yōu)疏散路線的選擇，以達(dá)到對火災(zāi)現(xiàn)場應(yīng)急疏散性狀進(jìn)行即時模擬，和輔助應(yīng)急疏散決策的目的。為了便于對疏散行為人進(jìn)行空間定位，行為模型將建筑空間?；癁椴煌笮〉木W(wǎng)格，如以單元建筑空間為單位的粗網(wǎng)格，或以小于等于人的步幅為單位的細(xì)網(wǎng)格等。較成熟的模擬軟件有EXODUS，SIMULEX等。行為模型對于疏散空間按一定模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)?；?，結(jié)果使得疏散行動按一定的方向和秩序進(jìn)行;并且忽略了待疏散人員的動量屬性，過分強調(diào)疏散行為個體的疏散行為特征，忽視了群集滯留和群集事故現(xiàn)象對火災(zāi)時人員疏散行為安全性的重要影響。第16頁3教學(xué)大樓人員安全疏散模型的建立3.1災(zāi)中的人員反應(yīng)三個階段一般說，在火災(zāi)中人員的反應(yīng)基本上可分為察覺火災(zāi)跡象、確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生和采取逃生行動三個主要階段。在剛著火時，火災(zāi)初期跡象是模糊的，但隨著火災(zāi)的持續(xù)，火焰的增大、熱量和煙氣的增多使火災(zāi)跡象不斷增強?；馂?zāi)跡象可以直接覺察到，也可間接得到，例如通過他人提醒，或聽到火災(zāi)探測報警系統(tǒng)發(fā)出的報警，聽到報警信號后，火災(zāi)安全知識較強的人，可以在兒秒鐘內(nèi)意識到發(fā)生了什么事情，從而能夠較快地采取疏散行動。青年學(xué)生可以歸屬為這類群體。確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生包括證實火災(zāi)存在、確認(rèn)火災(zāi)危險、評估火災(zāi)危險、決定是否疏散、或是否需要重新評估火災(zāi)的影響等。覺察到初步火災(zāi)跡象后，每個人都會企圖證實該信息是否真實。當(dāng)確定火災(zāi)存在之后，接著就會評估火災(zāi)是否對自己構(gòu)成危險，也就是把火災(zāi)跡象與他本人所在區(qū)域的狀況聯(lián)系起來，確定火災(zāi)的危險程度有多大、自己是否需要行動。選擇如何行動是這種自我評估過程的直接結(jié)果，而能否做出正確的選擇將會影響他的最終逃生是否成功。當(dāng)某個教室中起火后，該教室里的學(xué)生和老師能夠比較清晰的判定是否會構(gòu)成火災(zāi)，從而決定采取相應(yīng)的措施，同時能夠很好的傳播火災(zāi)發(fā)生信號，這樣便于其他受到火災(zāi)威脅的人員及時地組織起來進(jìn)行火災(zāi)人員疏散。在明確火災(zāi)可以對自己構(gòu)成威脅之后，人們便會采取具體的行動。但不同人員采取的行動是多種多樣的。在教學(xué)樓里，主要是青年學(xué)生，他們的行動較為便捷，利于組織統(tǒng)一行動。這是教學(xué)樓火災(zāi)中人員疏散的一個有利的因素。該例中著重討論教學(xué)樓發(fā)生火災(zāi)時人員疏散的時間，在此不考慮師生采取的滅火行動等其它方面。3.2教學(xué)大樓的簡化與計算假設(shè)此處所討論的教學(xué)樓為我校教學(xué)大樓，該樓為一幢九層建筑，每層的中間為活動大廳，其兩邊有兩個分支，每個分支包括若干個教室(本次研究只考慮大樓主體，此處忽略與大樓聯(lián)接的東西階教學(xué)樓)。為了重點分析人員通過大廳時的疏散狀況，現(xiàn)將每分支的若干個小教室簡化成為一個大教室，這樣二到九層的平面結(jié)構(gòu)可以用圖3-1表示(由于發(fā)生緊急情況，如地震，火災(zāi)等時禁止使用2電梯，故安全疏散只能通過樓梯)。每個大教室面積為400m，每個教室的最大容量為420人(疏散時每個大教室的人員平均分為兩部分分別向中央樓梯和東西側(cè)2樓梯疏散)，中央大廳的面積為50m。教室與大廳之間的平均距離為12m，教室與側(cè)面樓梯間的距離為12m，走廊寬為2.3m，大廳內(nèi)有兩個樓梯連接著不同的樓層，第17頁而且在大樓的東西兩側(cè)分別有一個樓梯連接著不同的樓層。每段樓梯有22級，單級樓梯的寬度為1.6m，一樓大廳的出口寬度(一樓大廳設(shè)有四個出口和東西各一側(cè)門，此處將其在效果上看為一個出口)為7.2m。對于火災(zāi)場景做出如下假設(shè):?火災(zāi)發(fā)生在第二層的1號教室內(nèi);?發(fā)生火災(zāi)時，每個教室的人數(shù)為420人，這樣整個教學(xué)樓內(nèi)的總?cè)藬?shù)(假設(shè)當(dāng)時每個教室都在上課，人員數(shù)達(dá)到最大化，且由于一樓為辦公室故其內(nèi)人員數(shù)量可忽略)為6720人，且每個大教室中的人數(shù)相等。疏散過程中每個大教室的人員可等分為兩部分，分別從中間樓梯及側(cè)面樓梯疏散。?教學(xué)樓內(nèi)安裝有集中火災(zāi)報警系統(tǒng)，但沒有應(yīng)急廣播系統(tǒng);?從起火時刻起，在20min內(nèi)還沒有通過起火樓層大廳的人員為逃生失敗。樓梯教室教室21大廳樓梯走廊樓梯圖3-1教學(xué)樓二到九層平面簡圖對于這種場景下的火災(zāi)發(fā)展與煙氣蔓延過程可用一些模擬程序計算，并據(jù)此確定樓內(nèi)危險狀況到來的時間。但為了突出重點，這里不詳細(xì)討論計算細(xì)節(jié)。人員的整個疏散時間可分為疏散前的滯后時間，疏敞中通過某距離的時間及在某峰重要出口的等待時間三部分，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點，可將人們的疏散通道分成若丁個小段。在某些小段的出口處，人群通過時可能需要一定的排隊剛間。于是第i個人的疏散時間，可表示為:tiNM(3-1),,，，t,t，di,nvi,n，,tiidelaymqueue,,,1,1nm式中為疏散前的滯后時間，包括覺察火災(zāi)和確認(rèn)火災(zāi)所用的時間;為ti,delaydi,n第n段的長度;為該人在第n段的平均行走速度;為第n段出口處的排vi,n,tm,queue隊等候時間。最后一個離開教學(xué)樓的人員所有用的時間就是教學(xué)樓人員疏散所需的疏散時間。二層的1號教室是起火房間，其中的人員直接獲得火災(zāi)跡象進(jìn)而馬上疏散，設(shè)其反應(yīng)滯后時問為60s;教學(xué)樓內(nèi)的人員大部分是學(xué)生，火災(zāi)信息將傳播得很快，因而同樓層其它教室的人員會得到1號教室人員的警告，開始決定疏散行動。第18頁設(shè)這種信息傳送時間為120s，即這批人的總的反應(yīng)滯后時間為180=120+60(s);其他樓層的人員將通過火災(zāi)報警系統(tǒng)的警告而開始進(jìn)行疏散，他們得到火災(zāi)信息的時間又比二層內(nèi)其它教室的人員晚60s。因此其總的反應(yīng)延遲為240s。由于火災(zāi)發(fā)生在二樓，其對一層人員構(gòu)成的危險相對較小，故下面重點討論二到九樓的人員疏散。為了實際了解教學(xué)樓內(nèi)人員行走的狀況，本人專門進(jìn)行了幾次現(xiàn)場觀察，具體記錄了學(xué)生通過一些典型路段的時間。參考一些其它資料提出的人員疏散的主要參數(shù)可用表3.1表示。在開始疏散時算起，某人在教室內(nèi)的逗留時間視為2其排隊時間。人的行走速度應(yīng)根據(jù)不同的人流密度選取。當(dāng)人流密度大于1人/m時，采用0.6m/s的疏散速度，通過走廊所需時間為20s，通過大廳所需時間為4s;2當(dāng)人流密度小于1人/m時，疏散速度取為1(2m/s，通過走廊所需時間為10s，通過大廳所需時間為2s。表3-1人員疏散的若干主要參數(shù)大廳或走廊樓梯內(nèi)平均行走平均密度單位寬度平均行走平均密度單位寬度速度(m/s)(人/?)平均流量速度(m/s)(人/?)平均流量(人/m.s)(人/m.s)>1.32<0.308<0.38>0.64<0.538<0.27>1.27<0.431<0.55>0.61<0.719<0.38>1.17<0.719<0.82>0.58<1.075<0.55>1.02<1.075<1.09>0.53<1.538<0.71>0.56<2.174<1.37>0.43<2.073<0.93<0.56>2.174>1.37<0.43>2.073<0.93[20]Pauls提出，下樓梯的人員流量f與樓梯的有效寬度w和使用樓梯的人數(shù)p有關(guān)，其計算公式為:0.730.27f=(w/8040)×p(3-2)式中，流量f的單位為人/s，w的單位為mm。此公式的應(yīng)用范圍為0.1<p/w<O(55。這樣便可以通過流量和室內(nèi)人數(shù)來計算出疏散所用時間。出口的有效寬度是從通道的實際寬度里減去其兩側(cè)邊界層而得到的凈寬度，通常通道一側(cè)的邊界層被沒定為150mm。3.3計算結(jié)果與分析在整個疏散過程中會出現(xiàn)如下幾種情況:第19頁(1)起火教室的人員剛開始進(jìn)行疏散時，人流密度比較小，疏散空間相對于正在進(jìn)行疏散的人群來說是比較寬敞的，此時決定疏散的關(guān)鍵因素是疏散路徑的長度?，F(xiàn)將這種類型的疏散過程定義為是距離控制疏散過程;(2)起火樓層中其它教室的人員可較快獲得火災(zāi)信息，并決定進(jìn)行疏散，他們的整個疏散過程可能會分成兩個階段米進(jìn)行計算:當(dāng)f<f，這時進(jìn)入二層大廳流出二層大廳的疏散就屬于距離控制疏散過程;當(dāng)f>f，二樓樓梯間的寬度便成進(jìn)入二層大廳流出二層大廳為疏散過程中控制因素(現(xiàn)將這種過程定義為瓶頸控制疏散過程;(3)二到九層的人員開始疏散以后，可能會使梯間成為瓶頸控制疏散過程;(4)一樓教室人員開始疏散時，可能引起一樓大廳出口的瓶頸控制疏散過程(但考慮到教學(xué)大樓一樓為辦公室故當(dāng)二樓及以上層的人員到達(dá)一樓時即可認(rèn)為安全);(5)在疏散后期，等待疏散的人員相對于疏散通道來說，將會滿足距離控制疏散過程的條件，即又會出現(xiàn)距離控制疏散過程。2起火教室內(nèi)的人員密度為420/400=1.05人/m。然而教室里還有很多的桌椅，因此人員行動不是十分方便，參考表3-1給出的數(shù)據(jù)，將室內(nèi)人員的平均行走速度定為0(7m/s。設(shè)教室的門(有效寬度，下同)寬為7.0m。則從教室中出來的人員流量f為:0f=v×s×w=0.7×1.05×7.0=5.0(人/s)(3-3)0000式中，v和s分別為人員在教室中的行走速度和人員密度，w為教室出口的000有效寬度。按此速度計算，起火教室里的人員要在84s內(nèi)才能完全疏散完畢。2設(shè)人員按照5人/s的流量進(jìn)入走廊。由于走廊罩的人流密度不到1人/m，因此采用1(2m/s的速度進(jìn)行計算。可得人員到達(dá)二樓中間樓梯口和東側(cè)樓梯口的時間都為10s。在此階段，將要使用二樓中間樓梯的人數(shù)為210，使用東側(cè)樓梯的人數(shù)為210人。此時p/w=210?1600=0.13在范圍0.1<p/w<O(55內(nèi)，因而可以使用公式(3-2)來計算樓梯的流量。即:0.730.27f=(1600/8040)×210=1.3(人/s)1根據(jù)進(jìn)入樓梯間的人數(shù)，取樓梯中單位寬度的人流最為0(8人/(m.s)，人的平均速度為O(4m/s，則下一層樓的樓梯的時間為10s。該教學(xué)樓一層大廳的出口寬度為7.2m，其對應(yīng)的有效寬度為7m。這樣從著火時刻算起，在第80s時，有人疏散成功。以上這些數(shù)據(jù)都是在距離控制疏散過程范圍之內(nèi)得出的。起火后120s，起火樓層另一個教室里的人員開始疏散。在進(jìn)入當(dāng)層樓梯間之前，疏散的主要參數(shù)和起火教室中的人員的情況基本一致。在130s他們中有人到達(dá)二層大廳的樓梯口，此時起火教室里的人員并未全部撤離二摟大廳。因pi此，即將使用二樓樓梯間的人數(shù)為:pi=210+210-(130-70)×1.3=342(人)(3-4)此時f>f，從該時刻起，疏散過程由距離控制疏散過渡到由二樓樓進(jìn)入二層大廳流出二層大廳梯口瓶頸控制疏散階段。由于p/w=342/1600=0.21，可以使用公式2計算二樓大廳的疏散流量，即:0.730.27f=(1600/8040)×342=1.44(人/s)(3-5)1第20頁式中的1600為單個樓梯口的有效寬度，單位是mm。而三到九層的人員在起火后180s時才開始疏散。三層人員在200s時到達(dá)二層樓梯口，與此同時四層人員到達(dá)三層樓梯口，以此類推至九層人員到達(dá)八層樓梯口;此時刻二層樓梯前尚等待疏散人員數(shù)p':1P'=342,(200-130)×1.44=242(人)(3-6)1此后，即將使用二層樓梯間的人數(shù)p:2P=242+420=662(人)(3-7)2相應(yīng)此階段通過二樓樓梯間的流量f:20.730.27f=(1600/8040)×662=1.7(人/s)(3-8)2這些人通過二樓樓梯的疏散時間t:1t=662?1.7=389(s)(3-9)1對于到達(dá)三樓樓梯口的四層人員來說，在200+389-10=579s時他們開始從三樓樓梯口進(jìn)入，此時即將使用三樓樓梯的人數(shù)P=210人，則通過三樓樓梯間的流3量f為f=1.3(人/s)，故四樓人員通過三樓樓梯的時間為t=210?1.3=162(s)。332對于到達(dá)四樓樓梯口的五層人員來說，在579+162-10=736s時他們開始從四樓樓梯口進(jìn)入，此時即將使用四樓樓梯的人數(shù)P=210人，則通過四樓樓梯間的流4量f=1.3(人)，故五樓人員安全通過四樓樓梯的時間為t=210?1.3=162(s)。43同理，六層人員安全通過五層樓樓梯的時間，七層人員安全通過六層樓樓梯的時間，八層人員安全通過七層樓樓梯的時間，九層人員安全通過八層樓樓梯的時間均為t=t=162(s)。2當(dāng)t=736+(162×4-10×4)=1344s時，九樓人員進(jìn)入八層樓梯口，這批人員3中最后一個到達(dá)一樓的時間t=162+6×10=222(s)4因此通過二樓樓梯的總體疏散時間T:T=736+(162×4-10×4)+162+6×10=1566(s)(3-10)二樓大廳樓梯口流量隨時間的變化曲線如圖3-2所示，沒有通過二樓大廳樓梯口的人數(shù)隨時間的變化曲線如圖3-3所示。由上可知，二層以上的所有人通過二樓樓梯所需的時間為1344.7s，這比前面設(shè)定的可用安全疏散時間要長，因而不能保證有關(guān)人員全部安全疏散出去。二樓樓梯顯然是制約人員疏散的一個瓶頸。造成這種情況的基本原因是該教學(xué)樓的疏散通道安排不當(dāng)。一方面是樓梯通道的寬度不夠，對此可以適當(dāng)增大樓梯的總寬度;另一方面將樓梯過于集中在中央大廳也是有影響。在這種安排下，大多數(shù)人員只能由所在房間跑到大廳內(nèi)才能下樓，這不僅延長了行動的時間，而且造成了人員擁擠。以上的分析是按一種很理想的條件進(jìn)行的，并沒有進(jìn)行任何修正。實際上人在火災(zāi)中的行為是很復(fù)雜的，尤其是沒有經(jīng)過火災(zāi)安全訓(xùn)練的人，可能會出現(xiàn)盲目亂跑、逆向行走等現(xiàn)象，而這也會延長總的疏散時間。該模型在現(xiàn)階段是一個人員疏散分析模型的基礎(chǔ)，目前屬于理論上的模型，以上的計算結(jié)果都是通過手算得到的。模型中的人員行走速度是通過多次觀察該教學(xué)樓內(nèi)下課時人員的行走速度和參照Fruin給出的疏散時人員行走速度、NFPA中給出的人員行走速度以及目前人員疏散模型中通用的計算速度等修正而第21頁得到的，具有較為廣泛的通用性。而預(yù)測的疏散時間是根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點和人員行走速度而得到的，在計算疏散所用時間的時候在剔除疏散前人員的滯后時間(或稱預(yù)移動時間)外，所得到的時間是合理的。對于疏散前人員的滯后[20]時間，參考T.J.Shields等試驗結(jié)論:75,人員在聽到火災(zāi)警報后的15,40s才開始移動，而整個疏散所用的時間為165s。在該例中起火教室的反應(yīng)滯后時間為60s，這是從開始著火時刻算起的。預(yù)移動時間與不同類型的建筑物、建筑物中人員的自身特點和建筑物中的報警系統(tǒng)有著很大的關(guān)系，它是一個很不確定的數(shù)值。本文中所用的預(yù)移動時間不到整個疏散過程中所用的時間的10,。二樓大廳樓梯口流量(人/s)54321.71.31.41.31時間(s)1203606008401080132014401680圖3-2二樓大廳樓梯口的流量隨時間的變化曲線沒有通過二樓大廳樓梯口的人數(shù)(人)67206408600060084500504030001500時間(s)120360600840108013201440第22頁圖3-3沒有通過二樓大廳樓梯口的人數(shù)隨時間的變化曲線研究結(jié)果表明，盡管該教學(xué)樓的疏散設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)范要求，但由于各種主、客觀原因造成實際使用時各樓梯使用的不平衡，導(dǎo)致總疏散時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于假設(shè)的疏散時間。在教學(xué)樓發(fā)生緊急情況時，由于人們往往趨向于使用熟悉出口，使得緊急情況下人員的疏散時間也會相對延長，增大人員受到傷害的可能性。制定緊急狀態(tài)下的疏散方案，在緊急情況下對疏散人員進(jìn)行必要的疏散引導(dǎo)是減少人員傷亡的主要措施之一。針對該教學(xué)樓的實際情況，提出如下建議。(1)合理安排使用教室，將人員密度大的多媒體教室盡量分開時間段使用，樓內(nèi)人員密度相對較小的辦公室或資料檔案室盡量布置在較高樓層的合適位置，同時應(yīng)避免某一樓層教室安排滿座率過高而引起的樓梯口疏散時間過長形成“瓶頸”。(2)設(shè)置合理的緊急疏散分區(qū)。當(dāng)遇到突發(fā)事件時，應(yīng)有管理人員進(jìn)行疏散指導(dǎo)，使得各樓梯得到平均使用，最大程度地分流人員。(3)適當(dāng)拓寬出口寬度。通過觀測和模擬均發(fā)現(xiàn)，樓道出口及樓梯的人流量較大，但樓梯間和休息平臺空間小，且出口通常只開半邊門，致使流通能力很小。故建議在可能的情況下盡量加寬出口寬度，減少人員等待時間，緩解擁擠現(xiàn)象。(4)適當(dāng)進(jìn)行疏散演習(xí)，增加學(xué)生的應(yīng)急疏散和防災(zāi)意識，同時也可使師生熟悉各進(jìn)出口和疏散通道的基本情況，縮短疏散時間。第23頁4結(jié)論與展望以往在