高校教學(xué)樓人員安全疏散方案的研究

1、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(shí)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(shí)的樓道擁堵。這樣一旦發(fā)生險(xiǎn)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(diǎn)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(jì)方案做出了初步評價(jià)，用一種在人流密度較大的建筑物內(nèi)，

2、火災(zāi)中人員疏散時(shí)間的計(jì)算方法對教學(xué)大樓人員安全疏散的時(shí)間進(jìn)行了計(jì)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 AbstractFor all kinds of unexpected events of large public places, whether in the timely and effective safety evacuation is essential, otherwise it will cause serious casualties, a serious threat to public safety. The s

3、chool teaching building is very concentrated place, as school buildings open secure channel is limited ,and with the lack of reasonable evacuation plan, resulting in teacher-student class corridor congestion. So once accident occurs, it is easy to cause serious casualties. For different types of bui

4、ldings, processing methods of evacuation has great difference, this paper is to analyze the characteristics and typical staff in large building evacuation evacuation model, safety evacuation combined structure of our school building teaching building design fire personnel, typical fire emergency sce

5、ne of the teaching building is analyzed, and makes a preliminary evaluation of the design scheme of the evacuation in buildings, a building larger crowd density in the draw, calculation methods of evacuation time in fire, and the teaching building of the safe evacuation of some valuable opinions for

6、 advice. Keywords: college teaching building, safe evacuation, evacuation model, evacuation plan目錄1緒論11.1 研究背景11.2 人員安全疏散研究的動(dòng)態(tài)11.2.1 安全疏散研究的國際動(dòng)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(shí)間42.1.2 可用安全疏散時(shí)間42.1.3 安全疏散準(zhǔn)則52.2 安全疏散計(jì)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.

7、3.3疏散人員的行為特征72.4國外典型應(yīng)急疏散模型82.4.1 EXITT模型82.4.2 EVACNET模型82.4.3 SIMULEX模型92.4.4 EXODUS模型92.4.5 BFIRE模型92.5國內(nèi)典型應(yīng)急疏散模型92.5.1 疏散時(shí)間計(jì)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(gè)階段133.2教學(xué)大樓的簡化與計(jì)算假設(shè)133.3計(jì)算結(jié)果與分析164 結(jié)論與展望20參考文獻(xiàn)21致 謝231緒論1.1

8、 研究背景 學(xué)校教學(xué)樓是一個(gè)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(shí)間如上、下課時(shí)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(xiǎn)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(shí)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(shí)，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(gè)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(shí)間，以便于安排建筑物的出口以及撤離方案。這個(gè)問題可以通過反復(fù)的實(shí)際演習(xí)來解決。 但多次

9、反復(fù)的演習(xí)實(shí)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(dòng)態(tài)1.2.1 安全疏散研究的國際動(dòng)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(gè)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(shí)間的影響。目前仍不斷有一些疏散模型開發(fā)的報(bào)道, 一些自稱重點(diǎn)考慮人的相互作用因素并能預(yù)測人的個(gè)體疏散行為和追蹤個(gè)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,

10、 以及在安全設(shè)計(jì)、模擬疏散和火災(zāi)案例分析中的應(yīng)用。如EX IT 89、EXDU S、CR ISP 等模型的一些功能改進(jìn)及其成功應(yīng)用的實(shí)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(shí)驗(yàn)得出的居民行為和反應(yīng)時(shí)間, 居民人數(shù)、探測時(shí)間和行動(dòng)前時(shí)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(shí)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(yàn)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

11、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(xiǎn)的煙氣環(huán)境的評價(jià), 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)雜性和變化采用隨機(jī)走路模型的評價(jià)等等。通過上述一些項(xiàng)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(shí)間極其組成(探測、反應(yīng)、行為延誤、移動(dòng))、居民特點(diǎn)、路線尋找、標(biāo)識、安全區(qū)域、信息類和非信息類警報(bào)系統(tǒng)、出口路徑特征、決策。 (3) 疏散模型在防火設(shè)計(jì)、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(jì), 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(yàn)。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

12、和訓(xùn)練計(jì)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(xiǎn)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(jì)和性能化規(guī)范當(dāng)中。如在澳大利亞性能化規(guī)范BCA 96 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(shí)人員安全疏散可靠性評估一文, 文中給出了一個(gè)以逃生概率為評價(jià)指

13、標(biāo)的疏散可靠性計(jì)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(jì)算機(jī)數(shù)值?；A段。 香港城市大學(xué)的有關(guān)研究人員提出了利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)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(jià)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(gè)人員在建筑物內(nèi)的移動(dòng)速度。采用此模型對香港

14、的一些實(shí)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)疏散評估技術(shù)的相關(guān)研究1, 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(shí)驗(yàn)法, 建立真實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)模擬子程序與定量計(jì)算方法以及相關(guān)的評判標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)槭枭⑹墙Y(jié)合人員行為、人

15、流、人員能力、建筑物的物理環(huán)境、火災(zāi)情況的動(dòng)態(tài)變化的一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。所以它必須以動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型描述。從系統(tǒng)動(dòng)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(xiàng)目申請人員提出一個(gè)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(dòng)態(tài)模型。(EVACUA T ION SYSTEM DYNAM IC MODEL ) 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(dòng)態(tài)模型, 包括4 個(gè)子模型: a) 逃生前期人員行為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型; b) 逃

16、生中人員行為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型; c) 疏散人流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型; d) 疏散人員能力系統(tǒng)動(dòng)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(cái)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(xiǎn)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(xiǎn)性大。一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成財(cái)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(qiáng)重點(diǎn)單位的消防安全管理，做好

17、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(gè)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(diǎn)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(shí)不到位，初起火災(zāi)處置程序錯(cuò)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(shí)用性不強(qiáng)。相當(dāng)多的消防安全重點(diǎn)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(gè)單位，針對性和實(shí)用性不強(qiáng)，且預(yù)案中的滅火、疏散程序和措施概

18、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。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(shí)間必需安全疏散時(shí)間(Required Safety Egress Time，REST)2是指從事故發(fā)時(shí)刻起到人員疏散到安全區(qū)域的時(shí)間。以火災(zāi)為例，緊急情況下的RSET包括火災(zāi)探測時(shí)間()、預(yù)動(dòng)作時(shí)間()和人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間()。 REST=+ （2-1）(1)火災(zāi)探測時(shí)間：即從火災(zāi)發(fā)生到發(fā)現(xiàn)火情這段時(shí)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(bào)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(jì)算和預(yù)測。(2)預(yù)動(dòng)作時(shí)間：即從發(fā)現(xiàn)火情到開始疏散之間這段時(shí)間。人員接到

19、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(shí)火警、有的人會采取滅火措施等。預(yù)動(dòng)作時(shí)間很難被準(zhǔn)確估計(jì)，這是因?yàn)轭A(yù)動(dòng)作時(shí)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(jì)結(jié)果表明：發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員預(yù)動(dòng)作時(shí)間與建筑內(nèi)采用的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型有直接關(guān)系。(3)人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間：即人員從開始疏散至到達(dá)安全地點(diǎn)的時(shí)間。人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yàn)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(shí)間難于量化，其大小主要取決于建筑物報(bào)警系統(tǒng)的完善程度、人們對火災(zāi)的

20、認(rèn)知程度以及建筑物管理服務(wù)人員的素質(zhì)等，通常情況下，這兩項(xiàng)時(shí)間在計(jì)算疏散時(shí)間時(shí)都被忽略了3，而人員接收到報(bào)警器的警告后會有一定的反應(yīng)時(shí)間，該反應(yīng)時(shí)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(bào)警時(shí)間和人員反應(yīng)時(shí)間統(tǒng)一為1min 。在實(shí)際疏散中，對于整個(gè)疏散群體來說，這三個(gè)時(shí)間段不是明顯分開的，在整個(gè)疏散群體中是交互出現(xiàn)的。2.1.2 可用安全疏散時(shí)間可用安全疏散時(shí)間(Available Safety Egress Time，ASET)是指從起火時(shí)刻到火災(zāi)對人員安全構(gòu)成危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)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、房間

21、高度、通風(fēng)狀況等的影響4。2.1.3 安全疏散準(zhǔn)則一般認(rèn)為：當(dāng)建筑物的可用安全疏散時(shí)間大于必需安全疏散時(shí)間5(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(jì)算方法介紹安全疏散時(shí)間的計(jì)算，一般有現(xiàn)場模擬試驗(yàn)測量法、經(jīng)驗(yàn)公式法和計(jì)算機(jī)模擬三種方法?，F(xiàn)場模擬試驗(yàn)測量的方法主要用于科學(xué)研究，由于資金和試驗(yàn)條件的限制很少用于工程應(yīng)用；經(jīng)驗(yàn)公式法，是通過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，由一系列經(jīng)驗(yàn)公式組成的，一般可以通過手工計(jì)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(jì)算機(jī)模擬法，是通過計(jì)算機(jī)軟件模擬人員疏散的動(dòng)態(tài)過程，來預(yù)測人員疏散行

22、動(dòng)時(shí)間。(1)傳統(tǒng)的疏散時(shí)間計(jì)算公式，依據(jù)1995年日本Togawa推導(dǎo)的疏散時(shí)間公式6，溫麗敏等7提出火災(zāi)中群集流動(dòng)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(gè)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)此理論推導(dǎo)得到人群疏散時(shí)間計(jì)算公式如下7： （2-3）式(24)中：N。是建筑物疏散人員總數(shù)；N；(t)，N

23、分別是第i個(gè)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(gè)出口的寬度；Tn是出現(xiàn)定常人口流動(dòng)時(shí)的時(shí)間；識(t)為第i個(gè)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(shí)間的計(jì)算公式都是式(24)的簡化表達(dá)式(即忽略在T0-T時(shí)刻從各入口進(jìn)入的人數(shù))，只是其中符號表示不同，疏散時(shí)間簡化計(jì)算式如下。 (2-4)式中T為疏散時(shí)間(S)；f為門或走道的人群流動(dòng)系數(shù)(人m.s-1)；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個(gè)人移動(dòng)到門或走道的距離（m）；v為人群移動(dòng)速度（m/s）。式(25)中人群流動(dòng)系數(shù)f是影響疏散時(shí)間的重要參量，

24、在利用上式對建筑疏散時(shí)間進(jìn)行計(jì)算過程中，通常按照通道性質(zhì)設(shè)定人群流動(dòng)系數(shù)為一經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。但在實(shí)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出現(xiàn)堵塞，人群流動(dòng)系數(shù)并不是常量，而是隨人群密度不斷變化的8。 (2)加拿大Paul的經(jīng)驗(yàn)方法加拿大Paul9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(shí)間的計(jì)算方法，他提出了有效樓梯寬度的概念，即認(rèn)為實(shí)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(yàn)擬合公式： f=0.206p0.27 (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

25、建筑疏散時(shí)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(shí)， T=0.68+0.081p0.73 (2-6)當(dāng)單位寬度樓梯通過的人數(shù)多于800人時(shí)， 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(jì)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(jì)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(diǎn)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(dòng)路線, 進(jìn)而確定疏散時(shí)間。雖然每個(gè)模型分別從不同角度來模擬人員在建筑物內(nèi)的疏散行

26、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(gè)體特性、行為特性3 個(gè)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(shí)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(Fine Network) 和粗網(wǎng)格類(Coarse Network)。細(xì)網(wǎng)格類不考慮建筑實(shí)體的具體物理分隔, 如房間、樓道、走廊等, 而是把整個(gè)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)網(wǎng)格法的模型主要有B GRAF , EXODUS11,EGRESS, SGEM、MA GNETMODEL , VE2GAS , SI

27、MUL EX 等。這些模型利用各個(gè)網(wǎng)格的“占據(jù)”或“空缺”來表示每個(gè)人在建筑物內(nèi)的移動(dòng), 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(jì)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(jì)算高層建筑的人員疏散問題。粗網(wǎng)格類是根據(jù)實(shí)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(diǎn)”,連接任意兩節(jié)點(diǎn)的門或通道的轉(zhuǎn)折點(diǎn)看作網(wǎng)絡(luò)中的“弧”。同一模型中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的面積、形狀不一定相同。在疏散過程中, 人員移動(dòng)以人群的方式從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn), 根據(jù)各建筑單元的

28、出口容量確定人員在建筑物內(nèi)的移動(dòng)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(jì)算, 然而由于不能反映個(gè)體成員的確切位置, 因此很難對個(gè)體移動(dòng)以及個(gè)體之間相互作用進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算, 進(jìn)而無法反映個(gè)體人員的基本行為特性, 計(jì)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,DONEGANS,EXIT89,EXITT,E2SCAP , EVACSIM , EVACNET+,PAX2PORT,TAKAHASHIS MODEL, 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(gè)體的方法或群集的方法。個(gè)體的方法

29、就是考慮個(gè)體的行為差別, 疏散人員不是一個(gè)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(shí), 這些不同的個(gè)體特征就是計(jì)算的關(guān)鍵條件。它按單個(gè)人員檢查和分配各自的移動(dòng)特征, 因此需要較多的計(jì)算開銷, 程序處理的難度也稍大。目前采用個(gè)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(dòng), 并同時(shí)到達(dá)或離開建筑物的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。采用這種模型計(jì)算建筑物內(nèi)人員疏散, 操作簡單, 使用方便

30、, 運(yùn)行速度較快;缺陷在于無法詳細(xì)描述個(gè)體特征, 難以描述突發(fā)事件對個(gè)體的影響。采用這種方法的模型有DONEGANS， ENTROPY，EXIT89，EVACNET+,PAXPORT ,TA KA HASHIS MODEL ,WA YOU T , 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(dòng)不同, 在面對危險(xiǎn)時(shí), 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

31、行為, 己經(jīng)成為當(dāng)今疏散模型研究的重點(diǎn)。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(dòng)情況, 也就是說, 把人員當(dāng)作沒有思想的物體, 他們的移動(dòng)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(gè)或一系列的方程式應(yīng)用于疏散人員全體, 每個(gè)人的行為都由方程式?jīng)Q定。這種方法雖然可以確定個(gè)體的行為, 但是所有人對外界危險(xiǎn)的反應(yīng)都是一樣的, 采取的行動(dòng)措施也是相同的。此類模型有MA GNETMODEL ,TA KA HASHIS MODEL 。 第3 類方法是將人員行為隱含在復(fù)雜的物理

32、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,SIMUL EX, WA YOU T。 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(shí)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B GRAF,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(dòng)。這類方法雖然

33、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DONEGANS EN TROPY MODEL, EGRESS,VEGAS。2.4國外典型應(yīng)急疏散模型2.4.1 EXITT模型EXITT 是火災(zāi)危險(xiǎn)綜合分析程序HAZARDI的組成部分, 專門用于計(jì)算火災(zāi)時(shí)建筑物內(nèi)人員疏散的時(shí)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(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。程序允許用戶定義若干個(gè)影響待疏散人員響應(yīng)方式的個(gè)體特征, 包括年齡、性別、當(dāng)時(shí)是否清醒、疏散時(shí)是否需要?jiǎng)e人幫助等。一旦人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并決定逃生時(shí), 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

34、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, 程序就會選擇其他的路徑10。2.4.2 EVACNET模型 EVACNET ( Evacuation Network Computer Model , 疏散網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)模型) 是一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(shí)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(gè)運(yùn)輸模型, 其中源節(jié)點(diǎn)代表計(jì)算起點(diǎn), 中間節(jié)點(diǎn)代表建筑物的某些部分, 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則是建筑物

35、的疏散出口,節(jié)點(diǎn)則由弧線連接。用戶需要確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的容量、每條弧線的通過能力及人員通過弧線所需的時(shí)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(gè)樓層。由于該模型沒有考慮人員的個(gè)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(jì)算出來的疏散時(shí)間可能比實(shí)際疏散時(shí)間要短一些。2.4.3 SIMULEX模型SIMUL EX 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, SIMUL EX 據(jù)此可以自動(dòng)確定和計(jì)算整個(gè)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

36、。關(guān)于單個(gè)人運(yùn)動(dòng)的算法, 是先利用攝影技術(shù)拍攝實(shí)際生活中人們的運(yùn)動(dòng), 然后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對這些圖像進(jìn)行分析進(jìn)而得到的11。2.4.4 EXODUS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(yùn)動(dòng)、行為、毒性和危險(xiǎn)5 個(gè)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(diǎn)和弧構(gòu)成。每個(gè)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(xiǎn)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BUILDIN GEXO2DUS、應(yīng)用于飛機(jī)的AIREXODUS 和應(yīng)用于航海的MARITIM

37、EEXODUS , 適用于鐵路系統(tǒng)的Rail版本目前正在開發(fā)中。2.4.5 BFIRES模型BFIRES 是基于人員行為的火災(zāi)時(shí)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(gè)離散的時(shí)間框架鏈, 在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn), 每個(gè)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(shí)模擬20 個(gè)人。該模型可能是模擬單個(gè)人信息處理、決策制定以及對火災(zāi)反應(yīng)的唯一的計(jì)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

38、散問題的研究開始于20 世紀(jì)90 年代末, 目前尚沒有比較成熟的模型和軟件,也缺少有影響的工程應(yīng)用范例12。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(shí)人員疏散模型。比較典型的模型如下。2.5.1 疏散時(shí)間計(jì)算模型 袁理明等提出了一種計(jì)算疏散時(shí)間的數(shù)學(xué)模型13,14。該模型提出安全疏散時(shí)間即為火災(zāi)探測系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號的預(yù)警時(shí)間加上人員安全疏散出建筑物的時(shí)間, 采用時(shí)間序列法計(jì)算人員開始疏散直到最終到達(dá)安全出口所需的時(shí)間, 沒有考慮人們聽到或發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號后的確認(rèn)反應(yīng)時(shí)間。2.5.2 群集疏散模型 溫麗敏等提出了一種火災(zāi)時(shí)群集疏散的模型15-17。采用計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算人員疏散時(shí)間。該模型的前

39、提是“疏散人員井井有條地按照設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)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(gè)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 劉文利等提出地下商業(yè)街建筑人員疏散模型18。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(gè)店鋪、通道等地點(diǎn)分別作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn), 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(dòng)不便的人) 以及由兒童和其家長組成的家庭等3 個(gè)集團(tuán); 在疏散過程中, 人的流動(dòng)以單向型人流對待。2.5.4 網(wǎng)格疏散模型香港城市

40、大學(xué)的LOSM等提出了利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)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(gè)人員在建筑物內(nèi)的移動(dòng)速度。利用此模型對香港的一些實(shí)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王志剛開發(fā)了地下大型商場火災(zāi)時(shí)期人員疏散計(jì)算機(jī)模型F Egress19。該模型可以計(jì)算在建筑物內(nèi)不同位置處發(fā)生火災(zāi)時(shí), 從火災(zāi)發(fā)生到

41、人員疏散結(jié)束所需的時(shí)間, 與火災(zāi)模擬軟件相結(jié)合, 可以評價(jià)發(fā)生火災(zāi)時(shí)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(gè)典型代表是社會力模型，這種模型把行人處理為質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)受到由人的社會行為產(chǎn)生的遠(yuǎn)程力，這導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的平衡并類似于Newton力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程。離散性模型的一個(gè)典型代表是元胞自動(dòng)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(yùn)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(yùn)算速度快。元胞自動(dòng)機(jī)是一種在計(jì)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)

42、格有幾種可能的狀態(tài)；在仿真運(yùn)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(dòng)機(jī)技術(shù)具有構(gòu)造簡單、運(yùn)算能力強(qiáng)、所需硬件條件較低等優(yōu)點(diǎn)。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05mX 05m，以反映一個(gè)人占據(jù)的平面空間)。在同一時(shí)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(dòng)機(jī)方法模擬人員疏散，是從研究每個(gè)人從一個(gè)單元格移動(dòng)到相鄰單元格的概率入手，然后綜合全體人員的移動(dòng)情況，模擬整個(gè)疏散過程并計(jì)算出疏散需要的時(shí)間。因此，在仿真中，問題的核心是

43、確定單個(gè)個(gè)體移動(dòng)到下一步位置的算法。在某一刻，每個(gè)個(gè)體可以選擇移動(dòng)到相鄰的8個(gè)單元格中的一格，或留在原格不動(dòng)(如圖2-1所示)。 圖2-1 網(wǎng)格示意圖在移動(dòng)時(shí)，主要考慮以下兩個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。但是在同一時(shí)間內(nèi)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能由一個(gè)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(shí)刻確定每個(gè)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(jì)劃疏散行為的研究，及人員在隨機(jī)疏散行

44、為規(guī)律的研究。所建立的數(shù)學(xué)模型根據(jù)人的特點(diǎn)可以歸納為兩大類：運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和行為學(xué)模型。運(yùn)動(dòng)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(jì)人員設(shè)計(jì)的疏散通道疏散。疏散行動(dòng)中無相互超越和折返現(xiàn)象，疏散出口群集流動(dòng)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(yàn)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(jì)，但它完全忽視了群集疏散行動(dòng)的隨機(jī)性特征，沒有反應(yīng)群集流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。行為學(xué)模型的建立必須考慮以下三個(gè)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(gè)層次(心理、生理、社會關(guān)系)上的相互影響。模型以任意時(shí)刻、火災(zāi)事故現(xiàn)場任意空間

45、點(diǎn)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(shí)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模化為不同大小的網(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(dòng)按一定的方向和秩序進(jìn)行；并且忽略了待疏散人員的動(dòng)量屬性，過分強(qiáng)調(diào)疏散行為個(gè)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(shí)人員疏散行為安全性的重要影響。3 教學(xué)大樓人員安全疏散模型的

46、建立3.1災(zāi)中的人員反應(yīng)三個(gè)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(dòng)三個(gè)主要階段。在剛著火時(shí)，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(qiáng)?；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(bào)警系統(tǒng)發(fā)出的報(bào)警，聽到報(bào)警信號后，火災(zāi)安全知識較強(qiáng)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(dòng)。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(shí)火災(zāi)存在、確認(rèn)火災(zāi)危險(xiǎn)、評估火災(zāi)危險(xiǎn)、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(gè)人都會企圖證實(shí)該信息是否

47、真實(shí)。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(xiǎn)，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(xiǎn)程度有多大、自己是否需要行動(dòng)。選擇如何行動(dòng)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(gè)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(shí)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(shí)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(dòng)。但不同人員采取的行動(dòng)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(dòng)較為便捷，利于組織統(tǒng)一行動(dòng)。這是

48、教學(xué)樓火災(zāi)中人員疏散的一個(gè)有利的因素。該例中著重討論教學(xué)樓發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散的時(shí)間，在此不考慮師生采取的滅火行動(dòng)等其它方面。3.2教學(xué)大樓的簡化與計(jì)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(dòng)大廳，其兩邊有兩個(gè)分支，每個(gè)分支包括若干個(gè)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(diǎn)分析人員通過大廳時(shí)的疏散狀況，現(xiàn)將每分支的若干個(gè)小教室簡化成為一個(gè)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(shí)禁止使用電梯，故安全疏散只能通過樓梯）。每個(gè)大教室面積為400m2，每個(gè)教室的最大容量為420人（疏散時(shí)每個(gè)大

49、教室的人員平均分為兩部分分別向中央樓梯和東西側(cè)樓梯疏散），中央大廳的面積為50m2。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(gè)樓梯連接著不同的樓層，而且在大樓的東西兩側(cè)分別有一個(gè)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(gè)出口和東西各一側(cè)門，此處將其在效果上看為一個(gè)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(shí)，每個(gè)教室的人數(shù)為420人，這樣整個(gè)教學(xué)樓內(nèi)的總?cè)藬?shù)（假設(shè)當(dāng)時(shí)每個(gè)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

50、略）為6720人，且每個(gè)大教室中的人數(shù)相等。疏散過程中每個(gè)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(bào)警系統(tǒng)，但沒有應(yīng)急廣播系統(tǒng)；從起火時(shí)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 2 大 廳 教 室 1 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(jì)算，并據(jù)此確定樓內(nèi)危險(xiǎn)狀況到來的時(shí)間。但為了突出重點(diǎn)，這里不詳細(xì)討論計(jì)算細(xì)節(jié)。人員的整個(gè)疏散時(shí)間可分為疏散前的滯后時(shí)間，疏敞中通過某距離的時(shí)間及在某峰重要出口的等待時(shí)間三部分，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將人們的疏散通道分成

51、若丁個(gè)小段。在某些小段的出口處，人群通過時(shí)可能需要一定的排隊(duì)剛間。于是第i個(gè)人的疏散時(shí)間，可表示為： (3-1)式中為疏散前的滯后時(shí)間，包括覺察火災(zāi)和確認(rèn)火災(zāi)所用的時(shí)間；為第n段的長度；為該人在第n段的平均行走速度；為第n段出口處的排隊(duì)等候時(shí)間。最后一個(gè)離開教學(xué)樓的人員所有用的時(shí)間就是教學(xué)樓人員疏散所需的疏散時(shí)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(shí)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(dòng)。設(shè)這種信息傳送時(shí)間為120s，即這批人的總的反應(yīng)滯后時(shí)間為180=120

52、+60（s）；其他樓層的人員將通過火災(zāi)報(bào)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(shí)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(xiǎn)相對較小，故下面重點(diǎn)討論二到九樓的人員疏散。為了實(shí)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(shí)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(shí)算起，某人在教室內(nèi)的逗留時(shí)間視為其排隊(duì)時(shí)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/m2時(shí)，采用0.6m/s的疏散速度，通過走廊所需時(shí)間為20s，通過大廳所需時(shí)間為4s；

53、當(dāng)人流密度小于1人/m2時(shí)，疏散速度取為12m/s，通過走廊所需時(shí)間為10s，通過大廳所需時(shí)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)平均行走速度（m/s）平均密度（人/）單位寬度平均流量（人/m.s）平均行走速度（m/s）平均密度（人/）單位寬度平均流量（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>

54、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<0.93Pauls20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(jì)算公式為： f=(w/8040)0.73×p0.27 (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<O55。這樣便可以通過流量和室內(nèi)人數(shù)來計(jì)算出疏散所用時(shí)間

55、。出口的有效寬度是從通道的實(shí)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(jì)算結(jié)果與分析在整個(gè)疏散過程中會出現(xiàn)如下幾種情況：(1)起火教室的人員剛開始進(jìn)行疏散時(shí)，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(shí)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(gè)疏散過程可能會分成兩個(gè)階段米進(jìn)行計(jì)算：當(dāng)f進(jìn)入二層大廳<f流出二層大廳，這時(shí)的疏散就屬于距離控制疏散過程；當(dāng)f進(jìn)入二層大廳>f流出二層大廳，二樓樓梯間的寬度便成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