大型公共建筑物火灾时人员疏散行为规律研究★

2024-05-09 来源：九壹网

第11卷第2期中国安全科学学报Vol.11No.2

2001年4月ChinaSafetyScienceJournalApr.2001

大型公共建筑物火灾时

人员疏散行为规律研究

张培红　陈宝智

(东北大学)ΞΞ

ΞΞΞ

刘丽珍

(北京公用事业研究所)

【摘　要】　根据大型公共建筑物建筑结构、人员分布情况及火灾发展的特点,笔者首先对建筑物进行空间模化,并建立相应的人员疏散行为数学模型。利用关系型数据库技术和Mapinfo地图信息系统,进行大型公共建筑物火灾时人员疏散行为的计算机仿真及实例研究。

【关键词】　关系数据库　大型公共建筑物　火灾　疏散1　引　言大型公共建筑物是指人员高度集中、建筑面积和空间结构较大的公共场所。此类建筑一旦发生火灾,火势和烟气蔓延较快,人员疏散困难,容易造成严重的人员伤害。火灾发生时,建筑物内避难人员按照事先计划好的疏散路线和疏散方案有秩序的进行紧急疏散,是否能全部安全的疏散到避难空间是评价建筑物防火设计安全性的重要指标。评价疏散安全性的指标包括建筑空间出口及楼梯等处群集滞留人数、滞留持续的时间、疏散全部结束所需的时间及可用的安全疏散时间等,这些指标与建筑空间形式、空间内人员分布、人员状态、火灾工况等因素有关。笔者首先根据不同类型大型公共建筑物火灾发展的规律及建筑结构特点和其中人员分布情况,对建筑物疏散空间进行空间模化,并建立相应的人员疏散行为数学模型;在VB6.0平台上,利用Mapinfo桌面地图信息系统和关系数据库技术,进一步建立关于建筑物疏散空间性能特征和待疏散人员初期分布特点的关系型数据库,以及各疏散空间内疏散行动模拟过程动态关系型数据库;根据所建立的不同建筑空间内人员疏散的数学模型,通过检索、查询和统计等数据处理,对大型公共建筑物火灾时人的有计划疏散行为进行计算机仿真研究。以一教学楼为例,进行实测数据和模拟结果的对比研究。其成果可以提高火灾时待疏散人员和救援队伍的认知能力、决策能力和疏散行为能力,对建筑物性能化防火设计有着很重要的指导意义。

2　大型公共建筑物疏散空间的空间模化

根据疏散性状预测模型简单且适用性广泛的原则,可将不同类型建筑物划分为7种疏散空间,即单元空间、水平通道、共享空间、前室、垂直通道、避难间、连接处等。建筑物单元空间的功能和其中人员分布特点不同,人员疏散行动将遵从不同的规律。最基本的将单元疏散空间分

Ξ辽宁省后备人才队伍建设研究项目(98107019)ΞΞ副教授、博士研究生ΞΞΞ教授、博士生导师

第二期　　　　　　　　　张培红等:大型公共建筑物火灾时人员疏散行为规律研究・23・

为L型和C型两种。L型的单元疏散空间是指办公室等建筑空间中,疏散人员难于直接到达出口,需经内部家具之间的折线型通道(L型步行通道)才能到达出口。C型是指广场、展览中心大厅、体育馆等疏散空间内无阻碍步行的障碍物时,假定疏散人员可直线达出口。这两种类型单元疏散空间内群集流动规律参阅文献[1]。教学楼类建筑中,根据各教室内座位排列和布置方式不同,可将不同的教室空间分别进行模化。如图1所示,当教室内人员密度较小,座位可移动,各排座位之间行距较大,且不会造成人员步行速度降低时,这样的座位布置的教室可以做为一个具有L型步行通道的单元空间来处理。如图2所示,当教室内人员密度较大,课桌和座位均无法移动且不允许跨越或跨越困难,各排课桌间距较小,在两排座位之间,学生只能侧身行走时,造成人员步行速度降低,这样座位布置的教室不能作为一个具有L型步行通道的单元空间来处理,可参考影剧院观众席空间模化模式进行空间模化。具体而言,即将大于等于两个座位的任意一组座位划分为两个单元空间(每个单元空间内均可忽略短边长度方向的步行距离),分别沿两个相反的方向进行疏散。通道上疏散模式的处理参见文献[1]。第一排座位至教室出口之间的空间可作为大厅(Hall)来处理,疏散路经如实线箭头所示,参见文献[1]。如果门2在疏散开始后无法打开,则所有从多个通道进入大厅的人员都只

　　图1　视为具备L型步行通道

的单元空间的模化

图2　依照影剧院进行空间模化

有选择一个出口进行疏散的机会。此时,应该考虑大厅中讲台作为障碍物对疏散的影响,由距离门1较远的path进入hall的疏散人员的疏散路径如虚线所示,整个大厅可以看作具有L型的疏散通道。

3　建筑物火灾时人员疏散模拟关系数据库的建立

建筑物发生火灾时,人员的疏散行动不仅与人员自身的疏散能力有关,而且很大的程度上取决于建筑物的空间结构特性、疏散通道的疏散能力、建筑物的防火性能和火灾状况等。各类大型建筑物结构功能复杂,建筑物发生火灾时,火灾状况和人员疏散行动受随机性因素影响很大。因此,疏散模拟必须借助关系数据库强大的数据管理和处理能力。3.1　建筑物空间特征数据库

对于建筑物内任何一个建筑空间,根据其中人员分布情况和疏散通道特征,可以对其进行空间模化。根据空间模化的结果,可以建立建筑物空间特征数据库如下:

建筑物疏散空间(SafeSpc,EvaStr,RmNo,RmTp,RmWidth,RmLgth,RmHith,Dr2Width,DrNo,ShtstDstcToDr,IntialPNo,FrStatus,RmFrPrtctMr)

・24・

中国安全科学学报第11卷

ChinaSafetyScienceJournal2001年

建筑物发生火灾时,人员疏散模拟开始时,根据建筑物中所有可利用的安全疏散避难间

(SafeSpc)建立主检索文件,对建筑物中的各单元疏散空间(RmNo),按可利用的疏散楼梯间(EvaStr)的位置,逐一进行疏散行动模拟计算,直至对整个建筑物完成疏散模拟为止。其中RmTp代表建筑物疏散空间的空间类型(L型󰃗C型󰃗Hall型󰃗Theatre型),RmWidth,RmL2

长边长度、层高、出口gth,RmHith,DrWidth,ShtstDstcToDr分别表示疏散空间的短边长度、

的宽度、建筑物疏散空间内疏散人员距出口的最近的步行距离等。IntialPNo表示疏散空间内的初期疏散人数,FrStatus代表疏散空间的火灾状态(火灾室󰃗非火灾层󰃗火灾层),RmFr2PrtctMr表述建筑物疏散空间的防火设施情况(有无自动报警和自动喷淋装置等)。3.2　火灾时人员疏散模拟动态数据库

火灾发生后任意时刻t建筑物中各避难空间内、各疏散楼梯上、各楼层走廊上及各疏散空间中人员群集流动情况由动态数据库即时的记录下来。例如,表RmUtMdTmly(RmNo,TmAftFr,PnNrExt,RmOutNo)记录了火灾发生后任意时刻TmAftFr,疏散空间RmNo出口附近人员滞留情况PnNrExt,RmOutNo记录了此时从该疏散空间内实现安全疏散的人数。RmOutNo与初期疏散人数IntiaPNo相等的时刻即该疏散空间完成最终安全疏散所需的时间。模拟过程中,可方便、快捷的对动态数据库进行查询和数据处理,并可自动生成所需的数据视图。例如,利用“selectEvaStr,PathNo,TmAftFr,sum(RmOutNo)asOutRm2DrNoSumTmlyfromFlrPathModlTmlyTablewhereEvaStr=[evastno]GroupbyEvaStr,PathNo,TmAftFrorderbyPathNo,

语句可实现对任意时刻TmAftFrasc”

由各楼层走廊完成疏散到达疏散楼梯上的情况的查询,并作为楼梯疏散模拟的初始数据。

4　大型公共建筑物火灾时人

员疏散计算机仿真系统的研究

计算机仿真系统(BudEvaSimu)启动后,首先要求用户输入建筑平立面图、建筑物内人员分布情况及火灾初期信息。再利用Mapinfo强大的空间数据管理分析和可视化分析功能,建立建筑物

图3　建筑物火灾时人员疏散模拟框图火灾时人员疏散Mapinfo地图信息系统

(BudEvaMapinfo)。根据该地图信息系统及火灾危险分析专家系统所完成的火灾发展趋势预测,仿真系统BudEvaSimu按相关知识规则确定疏散方案,可以实现地图与数据库的双向查询,为用户提供一种崭新的疏散行动决策支持方式。

假设疏散行动开始前,待疏散人员均匀分布在各单元疏散空间,以相同的疏散能力,井井有条进行疏散,无超越或折返现象。人员按各自的疏散开始时间进行疏散后,首先经内部的疏散通道和出口,完成各单元疏散空间内的疏散到达走廊,各疏散个体或群体经过走廊出口,完

第二期　　　　　　　　　张培红等:大型公共建筑物火灾时人员疏散行为规律研究・25・

成楼层内的疏散后,通过各疏散楼梯,向最终避难间疏散。当进行走廊或楼梯疏散模拟时,需要对相应的动态数据库进行检索和大量的数据处理,参见文献[1]。仿真系统框图见图3。

5　实例研究

沈阳建筑工程学院一教学楼总建筑面积约4000m2,共3层,初期待疏散人数共1332人,

图4　建筑一、二、三层平面图

图4所示为一、二、三层平面图。模拟中将1001室设定为火灾室,其他房间均为非火灾室。模拟

中设定火灾室开始疏散的时刻为火灾发生后30秒钟,火灾层中非火灾室开始疏散的时刻为火灾发生后60秒,非火灾层开始疏散的时刻为火灾发生后120秒。经优化计算,疏散方案选定1006󰃗2006󰃗3006、1007󰃗2007󰃗3007、1008󰃗2008󰃗3008、1013󰃗2013󰃗3013、1014󰃗2014󰃗3014、1015󰃗2015󰃗3015等房间人员采用No12疏散楼梯及型疏散,其他房间用No.1疏散楼梯进行疏散,计算机模拟结果如图5所示。据火灾危险性评价模拟结果表明,按现有的疏散通道情况,火灾中部分房间无法实现人员的全部安全疏散,火灾发生后225秒,整个建筑完成疏散,此时能够安全疏散出去的人数为1000人。

实测时,1001室的人员在下课铃响后30秒开始走出教室,一楼其他教室的人员60秒后开始疏散,其他楼层教室在120秒后开始疏散。实测结果是下课铃响后242秒从教学楼内出来1000人,330秒时全楼疏散结束。此结果为数次观测的平均值。图5　计算机模拟结果

实测时,大部分人员能够按照指挥井井有条的疏散。但由于无火灾危险的压力,疏散人员行动较迟缓,有的同学收拾文具等,使开始疏散时间有所延迟。总的来说,模拟结果和实测基本吻合。

6　结　论

笔者所进行的计算机仿真和实测研究的结果表明,数学模型和仿真系统反映了建筑物中人员疏散的一般规律,可靠性较强。由于利用关系数据库强大的数据处理和管理能力,该仿真

・26・

中国安全科学学报第11卷

ChinaSafetyScienceJournal2001年

系统可适用于多层或高层大型公共建筑物。而且只需通过对火灾状况模型的修改,该仿真系统

可适用于其他事故状况下建筑物的人员疏散模拟。然而,由于基础数据资源的不足,软硬件设备的限制,该系统还存在很多不足之处,尚有待在以下方面进行深入研究。

1)　群集流动规律的研究,指疏散通道上发生群集事故的临界条件分析、突变分析等。2)　利用调查法和实验法,进一步开展疏散开始时间的统计分析及随机性和不确定性的研究。

(收稿:2000年7月;作者地址:辽宁省沈阳市;东北大学资源与土木学院;邮编:110006)

参考文献1　ZhangPeihong,etc,StudyonThePerformanceofEmergencyEvacuationinBuildingSpace,2000

InternationalSymposiumofSafetyScienceandTechnology,Beijing:ChemicalIndustryPress,200018.

2　陈　全1人在火灾中的行为规律及计算机方针1东北大学博士后研究工作报告,1997.

3　B.AsheandT.J.Shields,AnalysisandModelingoftheUnannouncedEvacuationofaLargeRetail

～3361Store,FireMater.,1999.8:333

4　E.R.Galea&J.M.PerezGalparsoro,AComputer-BasedSimulationModelforthePredictionfrom

～366.Mass-TransportVehicles,FireSafetyJournal,199411:3341

5　MatthewOwen,etc,TheEXODUSEvacuationModelAppliedtoBuildingEvacuationScenarios,Fire

～30.EngineersJournal,199617:27

6　日本建设省编著1孙金香、高　伟译.建筑综合防火设计1天津科技翻译出版公司,1994.

StudyontheBehaviorofPopulationDispersion

duringtheFireofaBigPublicBuilding

ZhangPeihongΞ　ChenBaozhΞiΞ

(NortheastUniversity)

LiuLizhen

(BeijingInstituteofPublicUtility)

Abstract

Accordingtothestructureofthebigpublicbuilding,populationdistribution,andchar2

acteristicsofthefirestretching,firstofallthespaceofthebuildingismodeled.Thenthemathematicalmodelofthebehaviorofthepopulationdispersionisestablished.Bytherela2tiondatabasetechnologyandMapinfosystem,thecomputerizedsimulationsystemofthepopulationdispersionbehaviorduringthefireofabigpublicbuildingisdevelopedandexem2plified.

Keywords:　Relationdatabase　Bigpublicbuilding　Dispersion

ΞDoctoralStudent

ΞΞProf.,DirectorofDoctorProgram

因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容

查看全文

全部栏目

大型公共建筑物火灾时人员疏散行为规律研究★