火災人員疏散分析

1、第一章 火災人員疏散分析 人員疏散分析是建筑性能化防火設計評估的重要組成部分。通過對建筑物的具體功能定位，確定建筑物內部特定人員的狀態(tài)及分布特點，并結合火災場景和具體位置設計，計算分析得到緊急情況下各種階段的人員疏散時間及疏散通行狀況預測。而火災場景下人員疏散所需時間則是性能化防火設計評估的重要組成要件。因此，對建筑物做出符合其實際情況和特點的人員疏散性能評估成為決定建筑物性能化設計評估結果好壞的關鍵性因素之一。由于影響建筑物內人員疏散安全性的因素眾多，性能化人員疏散分析的重點就是要綜合特定建筑條件下各方面影響因素，建立起或者合理選取符合實際的人員疏散量化分析模型，從而計算得到人員疏散時間，提

2、出改進疏散性能的方案和措施。 一、影響人員安全疏散的因素 與正常情況下人員在建筑物內行走的狀態(tài)不同，人員在緊急情況下（如發(fā)生火災）的疏散過程中，內在因素和外在環(huán)境因素都可能發(fā)生了變化，這些因素有可能對人員安全疏散造成影響。由于實際情況條件千差萬別，影響人員安全疏散的因素亦復雜眾多，總結起來可分為：人員內在影響因素、外在環(huán)境影響因素、環(huán)境變化影響因素、救援和應急組織影響因素四類。這些因素在緊急疏散情況下，有些不利于安全疏散，有些則有利于安全疏散，還有一些影響受到現(xiàn)場實際條件變化和人為因素的作用而不同。 （一）人員內在影響因素 人員內在因素主要包括：人員心理上的因素、生理上的因素、人員現(xiàn)場狀態(tài)因素

3、、人員社會關系因素等。 1. 人員心理因素 人員在緊急情況下的心理普遍會發(fā)生顯著的變化，如感知到火災、煙氣時會出現(xiàn)恐慌，聽到警鈴或接收到火警信息時會出現(xiàn)緊張、眾多人員疏散時在出口處排隊等待的時間越長人群中緊張情緒越高等。這些心理變化因素一方面能夠激發(fā)人的避險本能，另一方面也會導致人員理性判斷能力降低、情緒失控。 2. 人員生理因素 人員生理因素包括人員自身的身體條件影響因素，如幼兒、成年、老年、健康、疾病等條件差異。不同的身體條件會顯著影響人員的運動機能。此外，緊急情況下環(huán)境條件的變化也會對人員生理因素造成影響，如火災時由于現(xiàn)場照明條件變暗、能見度降低使人的辨識能力受到影響；溫度升高、煙霧刺激

4、、有毒氣體會影響人的運動能力等。 3. 人員現(xiàn)場狀態(tài)因素 人員在現(xiàn)場狀態(tài)因素包括：清醒狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、人員對周圍環(huán)境的熟悉程度等。對于處于清醒狀態(tài)并對周圍環(huán)境十分熟悉的人來說，疏散速度會大大快于處于睡眠狀態(tài)并對周圍環(huán)境陌生的人。如果人們在進入一個陌生環(huán)境時首先有意識地查看安全出口位置及疏散路線則會大大改善人員的現(xiàn)場狀態(tài)因素。 4.人員社會關系因素 人 是具有社會屬性的高等動物，即使是在緊急情況下人們的社會關系因素仍然會對疏散產生一定影響。如火災時，人們往往會首先想到通知、尋找自己的親友；對于處在特殊崗位的人員，如核電站操作員，會首先想到自身的責任；一些人員在疏散前會首先收拾財物也是社會關系因素

5、在起作用，這些因素總體上會影響人員開始疏散運動行動的時間。 （二）外在環(huán)境影響因素 外在環(huán)境因素主要是指建筑物的空間幾何形狀、建筑功能布局以及建筑內具備的防火條件等因素。例如，地上建筑或是地下建筑、高大空間或是低矮空間、影劇院或是辦公建筑等；建筑物的耐火等級，建筑內安全出口設計是否足夠合理，疏散通道是否保持暢通，消防設備是否處于良好運行狀態(tài)，是否存在重大火災隱患等因素。（三）環(huán)境變化影響因素 火災時現(xiàn)場環(huán)境條件勢必要發(fā)生變化，從而對人員疏散造成影響，例如火災時，正常照明電源將被切斷，人們需要依靠應急照明和疏散指示尋找疏散出口；再如原有正常行走路線一旦被防火卷簾截斷，人員需要重新選擇疏散路線；又

6、如自動噴水滅火系統(tǒng)啟動后在控制火災的同時也會對人員疏散產生影響。（四）救援和應急組織影響因素 火災時自救和外部救援和組織能力也會對安全疏散產生影響。通過建立完善的安全責任制，制定切實可行的疏散應急預案并認真落實消防應急演練，能夠有效提高人的疏散能力；否則，容易引起人員擁擠和混亂。 在各種實際條件下，影響人員安全疏散的因素繁多，各種因素之間還存在相互聯(lián)系和制約，某些產生主導作用的成為主要影響因素，而一些因素的變化會顯著影響最終結果的成為關鍵性因素。上面只是簡要地介紹了影響人員安全疏散的因素。人員安全疏散作為消防安全工作的重中之重，其影響因素也是消防安全工作的重點，需要看到這些因素既可能是消防工作

7、的問題所在，也可能成為提升消防安全水平的突破口。在實際工作中，應通過不斷地經驗積累，總結出切合工程項目實際的主要影響因素和關鍵性因素。 二、人員安全疏散分析的目的及性能判定標準 （一）人員安全疏散分析的目的 人員安全疏散分析的目的是通過計算可用疏散時間（ASET）和必需疏散時間（RSET），從而判定人員在建筑物內的疏散過程是否安全，如圖 5-4-9 所示。 （二）人員安全疏散分析的性能判定標準 人員安全疏散分析的性能判定標準為：可用疏散時間（ASET）必須大于必需疏散時間（RSET）。 計算 ASET 時，應重點考慮火災時建筑物內影響人員安全疏散的煙氣層高度、熱輻射、對流熱、煙氣毒性和能見度。

8、這些參數(shù)可以通過對建筑內特定的火災場景進行火災與煙氣流動的模擬得到。 在計算 RSET 時，可按以下三種情況考慮： 1）如果能夠將火災和煙氣控制在著火房間內，則可只計算著火房間內人員的 RSET。 2）如果火災及其產生的煙氣只在著火樓層蔓延，則可只計算著火樓層內人員的 RSET。 3）如果火災及其產生的煙氣可能在垂直方向蔓延至其他樓層（例如，建筑內存在連通上下層的中庭），則需計算整個建筑內人員的 RSET。當建筑存在坍塌的危險時，也需要計算整個建筑內人員的 RSET。 三、人員疏散時間計算方法與分析參數(shù)（一）火災探測報警時間 對于安裝了點式火災探測報警裝置以及安裝了閉式自動噴水滅火系統(tǒng)的場所，

9、火災探測報警時間應根據(jù)建筑內所采用的火災探測與報警裝置的類型及其布置、火災的發(fā)展速度及其規(guī)模、著火空間的高度等條件，考慮設計火災場景下火災探測報警裝置或自動噴水裝置對火災煙氣的反應時間。可以通過相應的計算機模擬計算軟件通過分析計算確定，也可采用其他計算工具，如美國國家標準預技術研究院（NIST）開發(fā)的軟件工具包中提供的 DETACT-QS 工具，預測特定火災場景內感溫元件的動作時間。 對于日常有人停留的房間并且人員處于清醒狀態(tài)，可以采用特定經驗公式算法預測人員發(fā)覺火災征兆的時間。 （二）疏散預動時間 疏散預動時間包括識別時間和反應時間。人員在接收到火災報警信號以后，有各種本能反應的時間如確認火

10、災警報，判別火情發(fā)展情況，通知親友，收拾物品，確定疏散路線等待，開始疏散行動時間往往因人而異。受到建筑類型、功能與用途、使用人員的性質及建筑火災報警廣播和物業(yè)管理系統(tǒng)等各種內在及外在因素的影響，疏散預動時間的長短具有很大的不確定性。在管理相對完善的劇院、超市或辦公建筑（有定期火災訓練）中，識別時間較短。在平面布置復雜或面積巨大的建筑以及旅館、公寓、住宅和宿舍等建筑中，該時間可能較長。表5-4-3給出了各種不同類型的人員和報警系統(tǒng)的典型疏散開始延遲時間。 表中的報警系統(tǒng)類型為： W1實況轉播指示，采用聲音廣播系統(tǒng)，例如從閉路電視設施的控制室； W2非直播（預錄）聲音系統(tǒng)、和/或視覺信息警告播放；

11、 W3采用警鈴、警笛或其他類似報警裝置的報警系統(tǒng)。 在應用上表 5-4-3 時，還要考慮火災場景的影響，建議將表 5-4-3 中的識別時間根據(jù)人員所處位置的火災條件作如下調整： 1. 人員處于較小著火房間/區(qū)域 人員可以清楚地發(fā)現(xiàn)煙氣及火焰或感受到灼熱，這種情況下可采用表 5-4-3 中給出的與 W1 報警系統(tǒng)相關的識別時間，即使安裝了W2或W3報警系統(tǒng)。 2. 人員處于較大著火房間/區(qū)域 人員在一定距離外也可發(fā)現(xiàn)煙氣及火焰時，如果沒有安裝W1報警系統(tǒng)，則采用表5-4-3中給出的與W2報警系統(tǒng)相關的識別時間，即使安裝了W3報警系統(tǒng)。 3. 識別報警與向出口疏散之間沒有延遲 例如辦公室，則可以假

12、設表5-4-3給出的識別時間為0。 4. 某些場所的識別時間很難確定 可對上述可能時間段進行估計，如可以根據(jù)日常的觀測記錄提供某些文件證明所需要的時間。 在反應時間階段，人們會停止日?；顒娱_始處理火災。在反應時間內會采取的行動有： 1）確定火源、火警的實際情況或火警與其他警報的重要性。 2）停止機器或生產過程，保護重要文件或貴重物品等。 3）尋找和召集兒童及其他家庭成員。 4）滅火。 5）決定合適的出口路徑。 6）警告其他人員。 7）其他疏散行為。 （三）疏散行動時間 人員疏散行動時間指建筑內的人員從疏散行動開始至疏散結束所需要的時間，包含行走時間和通過時間。 1. 行走時間 行走到疏散線路上

13、安全出口的時間。行走時間與人的行走速度以及達到出口的距離有關。行走速度與行走時間和人員密度有關，當人員密度較大會出現(xiàn)擁擠，導致行走速度下降；當人員密度較低且人員行走不受阻時則代表最短的行走時間，用下式計算，即 2.通過時間 人流通過出口或通道的時間。通過時間由出口的通行人數(shù)和出口的通行能力決定，出口的通行能力則與出口有效寬度和出口流量有關。用下式計算： 通過出口或通道的人流量可用下式計算： 當計算建筑內某區(qū)域的疏散行動時間時，需要考慮行走時間tw和通過時間 tp 之間的關系。 1）當 twtp 時，說明人員行走到達出口時，人員并沒有全部通過出口，因此人員將會在出口處出現(xiàn)滯留現(xiàn)象，此時該區(qū)域內疏

14、散行動時間由通過出口通過時間 tp 決定； 2）當 twtp 時，說明區(qū)域內人員在到達出口時，其他人員已經通過了出口，因而不必再在出口處排隊等候，因此疏散行動時間由最遠點的人員行走時間 tw 決定。 人員疏散行動時間的計算可按照數(shù)學模擬計算進行。數(shù)學模擬計算方法主要有水力模型和人員行為模型兩種方法。 （1）水力疏散計算模型。水力疏散計算模型將人在疏散通道內的走動模擬為水在管道內的流動狀態(tài)，可人群的疏散作為一種整體運動，完全忽略人的個體特性。該模型對人員疏散過程作如下假設： 1）疏散人員具有相同的特征，且均具有足夠的身體條件疏散到安全地點。 2）疏散人員是清醒的，在疏散開始的時刻同時井然有序地進

15、行疏散，且在疏散過程中不會中途返回選擇其它疏散路徑。 3）在疏散過程中，人流的流量與疏散通道的寬度成正比分配，即從某一出口疏散的人數(shù)按其寬度占出口總寬度的比例進行分配。 4）人員從每個可用的疏散出口疏散且所有人的疏散速度一致并保持不變。 對于建筑的結構簡單、布局規(guī)則、疏散路徑容易辨別、建筑功能較為單一且人員密度較大的場所，宜采用水力模型來進行人員疏散的計算，其他情況則適于采用人員行為模型。 （2）人員行為疏散計算模型。人員行為疏散計算模型應綜合考慮人與人、人與建筑物以及人與環(huán)境之間的相互作用，并能夠從一定程度上反映火災時人員疏散運動規(guī)律和個體特性對人員疏散的影響。當采用數(shù)學模型進行計算時，應注

16、意結合有待解決的實際問題與模型的適用性來選擇相適用的模型，并應首選經過實際疏散實驗或演習驗證的模型。（四）疏散分析參數(shù) 在對人員疏散時間預測計算中必須確定人員疏散時關于人數(shù)、行走速度、比流量、有效寬度等相關參數(shù)。 1. 人員數(shù)目的確定 在確定起火建筑內需要疏散的人數(shù)時，通常根據(jù)建筑的使用功能首先確定人員密度（單位：人/），其次確定該人員密度下的空間使用面積，由人員密度與使用面積的乘積得到需要計算的人員數(shù)目。在有固定座椅的區(qū)域，則可以按照座椅數(shù)來確定人數(shù)。在業(yè)主和設計師能夠確定未來建筑內的最大人數(shù)時，則按照該值確定疏散人數(shù)。否則，需要參考相關的統(tǒng)計資料，由相關各方協(xié)商確定。 （1）人員密度。在計

17、算疏散時間時，人員密度可采用單位面積上分布的人員數(shù)目表示（人/），也可采用其倒數(shù)表示或采用單位面積地板上人員的水平投影面積所占百分比表示（/人）。 對于所設計建筑各個區(qū)域內的人員密度，應根據(jù)當?shù)叵鄳愋徒ㄖ热藛T密度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或合理預測來確定。預測值應取建筑使用時間內該區(qū)域可預見的最大人員密度。當缺乏此類數(shù)據(jù)時，可以依據(jù)建筑防火設計規(guī)范中的相關規(guī)定確定各個樓層的人員密度。 國外對各種使用功能的建筑中其人員密度的規(guī)定較為詳細，如美國、英國、日本等。表 5-4-4 列舉出了國外一些國家對人員密度的規(guī)定。 （2）計算面積。人數(shù)的確定是通過各使用功能區(qū)的人員密度與計算面積的乘積得到，因此，計算面積的確

18、定是除人員密度之外計算疏散人數(shù)的另一個重要參數(shù)。規(guī)范在規(guī)定人員密度時，有些同時規(guī)定了計算面積的確定方法。 國外的相關規(guī)定大部分采用計算房間（區(qū)域）的地板面積作為計算面積。對于計算面積的界定可以考慮建筑的使用功能，根據(jù)建筑的實際使用情況來確定。 （3）人流量法。在一些公共使用場所，人員流動較快，停留時間較短，例如機場安檢、候機大廳，科技館，展覽廳等，其人數(shù)的確定可以采用人流量法。 采用人流量法，即設定人員在某個區(qū)域的平均停留時間，并根據(jù)該區(qū)域人員流量情況按以下公式計算瞬間時刻的樓內人員流量（稱為人流量法）： 人員數(shù)量= 每小時人數(shù)停留時間（s）（5-4-34） 2.人員的行走速度 人員自身的條件

19、、人員密度和建筑的情況均對人員行走速度有一定的影響。 （1）人員自身條件的影響。下表5-4-5列出了若干人行走速度的參考值，這是根據(jù)大量統(tǒng)計資料得到的。但應當指出，對于某些特殊人群，其行走速度可能會慢很多，如老年人、病人等。如果某建筑中火災煙氣的刺激性較大，或建筑物內缺乏足夠的應急照明，人的行走速度也會受到較大影響。 人員行走速度在疏散模型中的設置需要了解不同模型的默認值，如Simulex疏散模型中默認的人員行進速度分男人、女人、兒童和長者四種，其步行速度及類型比例如表 5-4-6。 （2）建筑情況的影響。不同的建筑中由于功能、構造、布置不同，對人員行走速度的影響不同，人員在不同建筑中步行速度

20、的典型數(shù)值與建筑物使用功能的關系可參考表5-4-7。 （3）人員密度的影響。人員在自由行走時受到自身條件及建筑情況等因素的影響而速度各有差異，當為疏散人群時，其步行速度將受到人員密度的影響。人員的行走速度將在很大程度上取決于人員密度。 通常情況下，人員的疏散速度隨人員密度的增加而減小，人流密度越大，人與人之間的距離越小，人員移動越緩慢；反之密度越小，人員移動越快。國外研究資料表明：般人員密度小于 0.54人/ 時，人群在水平地面上的行進速度可達 70m/min 并且不會發(fā)生擁擠，下樓梯的速度可達 4863m/min。相反，當人員密度超過 3.8人/ 時，人群將非常擁擠基本上無法移動。一般認為，

21、在 0.53.5人/ 的范圍內可以將人員密度和移動速度的關系描述成直線關系。 Fruin 、Pauls 、Predtechenskii、Milinskii 等人根據(jù)觀測結果，整理出了一組分別在出口、水平通道、樓梯間內人員密度與人員行走速度的關系，并被美國SFPE防火工程手冊采用，如下圖 5-4-10 所示。 圖 5-4-10建筑內各疏散路徑人員行走速度與人員密度的關系（引自美國SFPE防火工程手冊） 同時，根據(jù)研究結果得到了人員行走速度與人員密度之間的關系式，不同密度下人員在平面的步行速度可根據(jù)下式計算得出，即 不同密度下人員在樓梯行走速度的計算參見以下公式，其中系數(shù)K參見下表5-4-8。 3

22、. 出口處人流的比流量 建筑物的出口在人員疏散中占有至關重要的地位，對出口寬度的合理設計能避免疏散時發(fā)生堵塞，有利于疏散順利進行。我國目前的建筑規(guī)范中主要是通過控制建筑物的出口、樓梯、門等寬度來進行疏散設計，同時，性能化防火設計中對建筑物安全性的評估同樣需要考慮出口寬度的問題，以衡量火災時能否保證人員通過這些出口順利逃生。無論是規(guī)范的規(guī)定還是性能化設計的方式，一般都是根據(jù)總人數(shù)按單位寬度的人流通行能力及建筑物容許的疏散時間來控制建筑物的出口總寬度。因此，人員疏散參數(shù)確定中必須考慮出口處人流的比流量。 比流量是指建筑物出口在單位時間內通過單位寬度的人流數(shù)量（單位：人/（ms），比流量反映了單位寬

23、度的通行能力。根據(jù)對多種建筑的觀測結果，比流量在水平出口、通道處和在樓梯處不同，而不同的人員密度也將影響比流量。 圖 5-4-11 顯示了不同的疏散走道上流出系數(shù)（比流量）與人員密度的關系，由圖可以看出，首先，隨著人員密度的增大，單位面積內的人員數(shù)目增大，從而單位時間內通過單位寬度疏散走道的人員數(shù)目也增大，當人員密度增大到一定程度，疏散走道內的人員過分擁擠，限制了人員行走速度，從而導致流出系數(shù)的減少。 圖 5-4-11不同疏散走道比流量與人員密度的關系（引自美國SFPE防火工程手冊） 4.通道的有效寬度 大量的火災演練實驗表明人群的流動依賴于通道的有效寬度而不是通道實際寬度，也就是說在人群和側

24、墻之間存在一個“邊界層”。對于一條通道來說，每側的邊界層大約是 0.15m，如果墻壁表面是粗糙的，那么這個距離可能會再大一些。而如果在通道的側面有數(shù)排座位，例如在劇院或體育館，這個邊界層是可以忽略的。在工程計算中應從實際通道寬度中減去邊界層的厚度，采用得到的有效寬度進行計算。表 5-4-9 給出了典型通道的邊界層厚度。 疏散走道或出口的凈寬度應按下列要求計算： 1）對于走廊或過道，為從一側墻到另一側墻之間的距離。 2）對于樓梯間，為踏步兩扶手間的寬度。 3）對于門扇，為門在其開啟狀態(tài)時的實際通道寬度。 4）對于布置固定座位的通道，為沿走道布置的座位之間的距離或兩排座位中間最狹窄處之間的距離。

25、四、人員疏散分析模型 （一）國際常用人員疏散分析模型概述 英國、美國、德國、日本等國圍繞人員安全疏散行為和模型進行了一系列的研究。對于人員在火災中的疏散行為進行了大量的觀察和測量，得到了許多量化的數(shù)據(jù)，如前蘇聯(lián) Predtechenski和Milinski，日本的 Togawa 以及美國 Furin 等人對密集人群的疏散行為、移動速度等進行了大量的觀測，后期加拿大的Pauls等人通過大量的演習試驗也取得了許多參考數(shù)據(jù)，并總結了一些經驗公式，提出了各自的人員疏散計算方法，如早期的經驗方法，后來的網絡優(yōu)化法，近年來興起的計算機模擬分析方法。經驗方法主要是考慮建筑物內到達安全出口的疏散距離和出口容量

26、計算疏散行動時間，或根據(jù)建筑物的使用人數(shù)確定出口數(shù)量和寬度；網絡優(yōu)化法將建筑物各個單元網絡化，通過對復雜建筑網絡的優(yōu)化找出人員可能疏散的路徑，并計算疏散行動時間；而隨著計算機技術的進步，人們開始直接利用計算機模擬技術模擬人員在建筑物內的移動，通過計算機記錄不同時刻不同人員的幾何位置變化，從而得到建筑物內人員疏散行動時間，并通過對人員疏散移動圖案來分析可能發(fā)生擁擠的部位，提出改進措施或組織疏散預案。因此，采用基于計算機的疏散模型將會有助于建筑設計的科學性。 人員安全疏散模型的研究和分析主要包含兩個方面，一是人員疏散模型結構的研究；二是火災中的人員行為及其量化研究。在這方面工作比較出色的有英國格林

27、威治大學的 Galea、愛丁堡大學的Thompson、美國的Fahy和澳大利亞的Shestopal等人，采用不同的?；椒ㄒ呀浗⒘?0多種不同類型的疏散模型，如 EGRESS（EG）、EXODUS（EXO）、E-SCAPE（EP）、EVACNET+（EV），、EXIT89（E89）、EXITT（E）、PATHFINDER（PF），SIMULEX（S），STEPS（SS），VEGAS（V）等。 人員疏散模型可以有多種分類方法，其中基于疏散模型對建筑空間的表示方法，可以把模型分為離散化模型和連續(xù)性模型兩類。 1. 離散化模型 離散化模型把需要進行疏散計算的建筑平面空間離散為許多相鄰的小區(qū)域，并把

28、疏散過程中的時間離散化以適應空間離散化。離散化模型又可以細分為粗網絡模型和精細網格模型 （1）粗網絡模型。在粗網格模型中（如E89，E），按照實際建筑的劃分來確定其幾何形狀。因此，每個網絡節(jié)點都可以表示一個房間或走廊，但與實際大小無關。按照它們在建筑中的實際情況，用弧線將這些網絡節(jié)點連接起來。在這類模型中，根據(jù)各建筑單元的出口容量和人員的移動速度確定疏散人員只會是從一個房間運動到另一個房間的時間，沒有表明疏散人員的位置，不能反應人員個體的基本行為和準確位置。 （2）精細網格模型。在精細網格模型中（如EXO，SS，S，V），整個建筑區(qū)域的平面通常是用覆蓋大量棋盤狀的網格或網點來表示。每個模型中節(jié)

29、點的網格大小和形狀都有所不相同，例如 EXODUS 采用 0.5m0.5m 的正方形網格節(jié)點，SIMULEX采用 0.2m0.2m 的正方形網格節(jié)點，而 EGRESS 采用六邊形網格節(jié)點。用這種方法可以準確地表示封閉空間的幾何形狀及內部障礙物的位置，并在疏散的任意時刻都能將每個人置于準確的位置。因此，精細網格模型可以在每個網格內記錄單個人員的移動軌跡，能夠反映每個人的具體行為反應。但是，由于現(xiàn)代建筑的建筑單元眾多，結構復雜，因而精細網格模型要求計算處理信息量較大。 2. 連續(xù)性模型 連續(xù)性模型又可以稱為社會力模型，它基于多粒子自驅動系統(tǒng)的框架，使用經典牛頓力學原理模擬步行者恐慌時的擁擠狀態(tài)的動

30、力學模型。社會力模型可以在一定程度上模擬人員的個體行為特征。 人的行為模擬是模擬疏散過程最復雜最困難的一方面，并非所有這些行為特性都能被充分認識或完全量化。到目前為止，還沒有一個模型能完全解決人的疏散行為的各個方面。另外目前工程分析中經常應用的一些比較成熟的疏散模擬模型，從幾何建模、人員行為模擬、結果表現(xiàn)等不同方面各具特點，實際應用應根據(jù)工程的具體特點和需求合理選擇適應的疏散模型。以下介紹幾種工程上常用的疏散模擬軟件。 （二）常用人員疏散模擬軟件簡介 1. EVACNET軟件 EVACNET 軟件是美國 Florida 大學 Kisko 等人開發(fā)的一種模擬建筑火災中人員逃生的計算機程序。它是一

31、種網絡模型，包含一組由節(jié)點和弧線組成的網絡，其節(jié)點表示房間、樓梯等，弧線表示連接房間的通道。對于每個節(jié)點，用戶需要定義節(jié)點的能力，即每個節(jié)點內最多可容納的人數(shù)。對于每條弧線，用戶需要確定人員通過弧線所需的時間和通過能力。EVACNET 將整個疏散時間劃分為若干時間步?；【€的通過能力指在給定的時間步內通道可通過的最多人數(shù)。其建模思路為：首先設定某節(jié)點的面積和容納人數(shù)，然后確定在該節(jié)點有效出口單位寬度、單位時間內的人員流量。EVACNET 模型可以進行多種建筑物內的人員疏散模擬，包括辦公樓、飯店、禮堂、體育館、零售商店和學校等。 2. EGRESS軟件 EGRESS 軟件是由英國AEA科技公司研究

32、人員 Neil Ketchell 開發(fā)的一個通用疏散軟件。該軟件利用建筑平面圖建立模擬人員個體移動的模型。在 EGRESS 中，人員被模擬為一個網格上的一個個體。采用的仿真技術基于元胞自動機，在每一個時間步，人員由隨機因子決定從一個單元格移動到另外一個單元格。隨機因子作為密度的函數(shù)根據(jù)速度或者流量信息進行校正，并可以充分地運用實驗數(shù)據(jù)。在一系列疏散實驗中，EGRESS 的有效性已經被證明。該程序與測量的疏散時間的一致性具有 10%20 的差別。EGRESS允許對不同行為、阻塞和瓶頸的影響進行評價，可以模擬上千人和若干平方公里的平面區(qū)域。EGRESS 可用于大量不同的疏散仿真，從海上石油天然氣平

33、臺到輪船、火車站、化工廠、飛機、火車和公共娛樂場所。 3. EXIT89 軟件 EXIT89 由美國消防協(xié)會的 Rita FFahy 開發(fā)的一個用于大量人員從高層建筑疏散而設計的疏散模型。該軟件可用于模擬高密度人員的建筑的疏散。例如高層建筑，它可以跟蹤個體在建筑物內的行動軌跡。從消防安全的角度來評估大型建筑設計時，該模型可以處理一些疏散場景中相關的因素，包括： 1）考慮各種不同行動能力的人員。包括限制行動能力的人員和兒童。 2）延遲時間，既包括可以用來代替移動前的準備活動的時間(由用戶根據(jù)每個位置指定)，也包括隨機的額外時間，可以當作人員疏散開始時間。 3）提供選擇路徑功能使用模型計算出來的最

34、短路徑，可以用來模擬經過良好訓練的或者有工作人員協(xié)助的疏散過程；或者使用用戶指定的路徑，可以用來模擬人員使用熟悉的出口或者忽略某些緊急出口的疏散過程。 4）提供選擇步速功能，可以反映正常移動和緊急狀況下移動的差別，前者可能適于演習情況下的疏散，后者更適宜于人員在緊急情況下的反應。 5）反向流，當沿著疏散路徑發(fā)生堵塞時，人員就會向與原疏散方向相反的方向流動。 6）具備上下樓梯功能，從而擴展模型的應用范圍，例如有人層位于地下或者更多的需要上樓梯而不是下樓梯的建筑。 該軟件還可以模擬煙氣對疏散的影響，通過將用戶定義的煙氣阻塞或者從 CFAST 輸出的火場熱煙氣數(shù)據(jù)導入到疏散場景中從而影響到疏散運動狀

35、態(tài)。 4. EXODUS軟件 EXODUS 軟件是由英國格林威治大學的 EXODUS 團隊開發(fā)的，是一個模擬個人、行為和封閉區(qū)間的細節(jié)的計算機疏散模型。模型包括了人與人之間、人與建筑之間和人與環(huán)境之間的互相作用。它可以模擬大型建筑物中上千人規(guī)模的疏散并可包含火災煙氣影響因素。在 EXODUS 中，空間和時間用二維空間網格和仿真時鐘表示?？臻g網格反映了建筑物的幾何形狀、出口位置、內部分區(qū)、障礙物等。多層幾何形狀可以用由樓梯連接的多個網格組成，每一層放在獨立的窗口中。建筑平面圖或用 CAD 產生的 DXF 文件，也可用交互工具提供，網格由節(jié)點和弧線組成，每一個節(jié)點代表一個小的空間，每一段弧代表節(jié)點

36、之間的距離。人員沿著弧線從一個節(jié)點到另外一個節(jié)點。 該軟件由五個互相關聯(lián)的子模型組成，它們是人員、移動、行為、毒性和危險子模型。模型跟蹤每一個人在建筑物中的移動軌跡，以及人們的模擬狀態(tài)或者疏散到安全地點，或者被火災所傷害。模型基于行為規(guī)則和個體屬性，每一個人的前進和行為由一系列啟發(fā)性規(guī)則決定。行為子模型決定了人員對當前環(huán)境的響應，并將其決定傳遞給移動子模型。行為子模型在兩個層次起作用，即全局行為和局部行為，全局行為假設人員采用最近的可用疏散出口或者最熟悉的出口來逃生；局部行為可以模擬以下現(xiàn)象：決定人員對疏散警報的初始響應、沖突的解決、超越以及選擇可能的繞行路徑等。這些都取決于人員的個體屬性。毒

37、性子模型決定環(huán)境對人員的生理影響，考慮了毒性和物理危險，包括升高的溫度、熱輻射、C0、C02以及 02含量等因素影響，并且估計了人員失去行動能力的時間；它采用毒性比例效果劑量模型 (FED)，假設火災危險的影響由接受到的劑量而不是暴露的濃度決定，并且累計暴露期間的比例。EXODUS 建?？梢圆捎脤嶒灁?shù)據(jù)或者從其他模型得到數(shù)值數(shù)據(jù),允許CFAST計算數(shù)據(jù)導入到 EXODUS 中。EXODUS 模擬完畢后，可以使用數(shù)據(jù)分析工具來處理數(shù)據(jù)輸出文件。另外，提供了基于虛擬現(xiàn)實的后處理圖形環(huán)境，提供疏散的三維動畫演示。 5. SIMULEX軟件 SIMULEX 軟件最先是由英國 Edinburgh 大學設

38、計，后來由蘇格蘭的 Peter Thompson 博士繼續(xù)發(fā)展的人員疏散模擬軟件，可以用來模擬大量人員在多層建筑物中的疏散過程。該軟件可以模擬大型、復雜幾何形狀、帶有多個樓層和樓梯的建筑物，可以接受 CAD 生成的定義單個樓層的文件；可以容納上千人，用戶可以看到在疏散過程中，每個人在建筑中的任意一點、任意時刻的移動。模擬結束后，會生成一個包含疏散過程詳細信息的文本文件。SIMULEX 把一個多層建筑定義為一系列二維樓層平面圖，它們通過樓梯連接；用三個圓代表每一個人的平面形狀，精確地模擬了實際的人員。SIMULEX 的移動特性基于對每一個人穿過建筑物空間時的精確模擬。模擬了的移動類型包括：正常不

39、受阻礙的行走，由于與其他人接近造成的速度降低、行走超越、身體的旋轉和障礙避讓。SIMULEX 還模擬了最近路徑出口選擇機制，而心理影響因素和煙氣影響因素將是模型將要進一步發(fā)展的一部分。由于 SIMULEX 軟件的易用性以及它能夠較為真實地反映出疏散過程中可能出現(xiàn)的各種情況，已經被越來越多地應用于實際工程中。 6. STEPS軟件 STEPS 軟件是由英國 Mott MacDonaId 公司開發(fā)的一個三維疏散軟件，可以模擬辦公區(qū)、體育場館、購物中心和地鐵車站等場所，這些場所要求確保在正常情況下的交通，而在緊急情況下可以快速疏散。在大而擁擠的地方，通過模擬所獲得的最優(yōu)化人流，可以為建筑消防設計提供一個更適宜的環(huán)境和更有效的安全疏散設計方案。目前，STEPS 已經被應用于加拿大埃得蒙頓機場、印度德里地鐵、美國明尼阿波利斯 LRT、英國生命國際中心和倫敦希思羅機場第五出口鐵路地鐵。通過與NFPA基于建筑法規(guī)標準的設計作比較，STEPS 的有效性已經得到驗證。 S