（安全技术及工程专业论文）人员疏散的网络模型研究及其应用.pdf

硕士学位论文；人员疏散的网络模型研究及其应用 消防电梯阶段、消防电梯从疏散楼层到达疏散目的楼层的疏散阶段和人员走出消 防电梯阶段，并给出相应的疏散时间计算方法。最后讨论了一些其它类型结构单 元的算法。 在第四章中，着重讨论自发展疏散模型的结构特点。根据不同类型结构单元 的特点和算法，编制自发展模型的流程图和疏散模型。最后介绍自发展疏散模型 的使用等。 在第五章中，将根据几个算例来讨论自发展网络疏散模型与e v a c n e t 疏散 模型和经验公式模拟计算结果的分析比较，得到自发展疏散模型的优缺点所在。 在第六章中，对本文的主要内容进行了总结，并说明本论文和自发展模型创 新及局限之处，以及对其今后的完善和人员疏散问题研究作了展望。 关键词：建筑火灾：人员安全；人员疏散；结构单元； 疏散参数；网络疏散模型； 疏散算法。 要苎曼堕! 迪幽蹩墼曼堑蔓型塑塞墨薹鏖旦 ：! ! ! ： a b s t r a c t h u m a ne v a c u a t i o ni sd e f i n e da s e v a c u a t i n gp e o p l ef r o md a n g e r o u sa r e a st o c o m p a r a t i v e l y s e c t l r e a r e a s a c c o r d i n gt o f i r es c i e n c es t u d y , s t u d yo fh u m a n e v a c u a t i o ni sd e v e l o p e d a n dn o w , i tg r a d u a l l yb e c o m e sm o r eo u t s t a n d i n gi n f i r e h u m a ne v a c u a t i o nd e s i g ni sa v e r yi m p o r t a n ta s p e c ti nb u i l d i n gf i r ep r o t e c t i o ns a f e t y d e s i g n t h ep u r p o s eo ft h e s i si sd e v e l o p i n ga ne v a c u a t i o nm o d e l 。f o rc o m p l e x s t r u c t u r eb u i l d i n g i n c h a p t e r1 ，t h ed e v e l o p m e n tc o u r s eo fh u m a ne v a c u a t i o na n df i r e s t u d yi s s u m m a r i z e df w s t l y a n dt h e na n a l y z et h er e l a t i o no fp e r f o r m a n c e b a s e df i r es a f e t y d e s i g na n dh u m a ne v a c u a t i o n a tl a s t ，t h ec h a p t e ra r r a n g e m e n to f t h e s i si sn a r r a t e d i n c h a p t e r2 ，ap a r t i c u l a ri n t r o d u c t i o no fh u m a ne v a c u a t i o ns t u d ya c t u a l i t yi s i n t r o d u c e d t oe s t i m a t ew h e nh u m a ne v a c u a t e df r o m b u i l d i n g i s s a f e ，i i i st h e b u s i n e s so ff i r ed y n a m i c s a tt h es a m et i m e ，i ti sl i n ko fh u m a ne v a c u a t i o ns t u d ya n d f i r ed y n a m i c s t h eh u m a ne v a c u a t i o ns t u d yc a nb ed i v i d e di n t ot w op r i m a r yb r a n c h e s o n ei ss t u d yo fh u m a nb e h a v i o rd u r i n gf i r e ；a n o t h e ri sa r i t h m e t i c 。f o rc a l c u l a t i o n 【o f h u m a ne v a c u a t i o nt i m es t u d y , i ti n c l u d e st h ee v a c u a t i o nm o d e lw h i c hi sd e v e l o p e do n t h e s ec a l c u l a t i o nm e t h o d s ，a n du s i n gt h e s em o d e lt oe s t i m a t ee v a c u a t i o nt i m e i nt h i s c h a p t e r , d e v e l o p i n ge v a c u a t i o nm o d e lm e t h o di sa l s oi n t r o d u c e d ，a n da n a l y z e d t h e h u m a ne v a c u a t i o nr o u t ea n da r i t h m e t i co fs o m eg r i de v a c u a t i o nm o d e la n dn e t w o r k e v a c u a t i o n ：m o d e l t h ek e yi d e a s ：i nd e v e l o p i n ga ne v a c u a t i o nm o d e la r ea l s o s u m m a r i z e d 。i ti st h eb a s i so f t h es t u d i e si nt h ef o l l o w i n gc h a p t e r s ， i nc h a p t e r3 f i r s t l y , t 1 1 ea u t h o rb r i n g sf o r w a r dt od i v i d et h ew h o l e b u i l d i n gi n t of o u r k i n d so fe v a c u a t i o nu n i t sa n dh y p o t h e s i so fm o d e lc o m ei n t oe x i s t e n c ec o n d i t i o n b a s e do nt h ep r o j e c ta p p l i c a t i o n f o u rk i n d se v a c u a t i o nu n i t ( e u ) i s ：r o o me u ，h a l l e u ，s t a i re u & e l e v a t o re u i nr o o me u ，h u m a ne v a c u a t i o nf o l l o w s l ，e v a c u a t i o n r o u t ea n dc e n t r a l i t ye v a c u a t i o nr o u t ea r i t h m e t i ca r em a i n l yd i s c u s s e d i nh a l le u ，t h e 硕士学位论文：人员琉散的阿络模型研究及其应用 i v a u t h o ra n a l y z e di n i t i a lh u m a na n de n t e rh u m a ns e l e c te x ro ft w oe v a c u a t i o ns c e n a r i o s o n ei sn oh u m a ni nh a l le ud u r i n ge v a c u a t i o ni n i t i a ls t a g e s ；a n o t h e ri ss o m eh u m a n i nh a l le ud u r i n ge v a c u a t i o ni n i t i a ls t a g e s i ns t a i re u , t h ea r i t h m e t i co fe v a c u a t i o ni s a l s og i v e no u t i ne l e v a t o re u ，a c c o r d i n gt oc h a r a c t e ro fe l e v a t o r , t h ee l e v a t o r e v a c u a t i o ns t a g ec a nb ed i v i d e di n t oh u m a ne n t e re l e v a t o rs t a g e ，e l e v a t o rm o v e m e n t s t a g e & h u m a nw a l ko u te l e v a t o rs t a g e a n dm e t h o df o rc a l c u l a t i o no fe a c hs t a g e e v a c u a t i o nt i m ei sg i v e no u ti nt h et h e s i s a tl a s t ，t a l ka b o u ts o m eo t h e re u i nc h a p t e r4 ，i ti se m p h a s i so np r o g r a m m i n gs e l f - d e v e l o p m e n tn e t w o r ke v a c u a t i o n m o d e l a c c o r d i n gt od i f f e r e n te uc h a r a c t e r & a r i t h m e t i c t h ea u t h o rp r o g r a m m e dt h e s e l f - d e v e l o p m e n tn e t w o r ke v a c u a t i o nm o d e l a tl a s t , i n t r o d u c et h eu s a g eo f s e l f - d e v e l o p m e n tn e t w o r ke v a c u a t i o nm o d e l i nc h a p t e r5 ，u s i n gs e v e r a lc a s e st oc o m p a r et h er e s u l t so fs e l g d e v e l o p m e n tn e t w o r k e v a c u a t i o nm o d e lw i t he v a c n e tm o d e la n de x p e r i e n c ef o r m u l a a n di tc o n c l u d e d s t r o n g p o i n t s h o r t a g eo f t h es e l g d e v e l o p m e n tn e t w o r ke v a c u a t i o nm o d e l i nt h ep a r to fc o n c l u s i o na n dm a r k s ，t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si ss u m m a r i z e da n d t o l dt h ei n n o v a t i o na n ds h o r t a g eo fi t a l s ot h ed e v e l o p m e n tt h ee v a c u a t i o nm o d e la n d h u m a ne v a c u a t i o ns t u d ya r e e x p e c t e d k e y w o r d s ：b u i l d i n gf i r e ；h u m a ns a f e t y ；h u m a ne v a c u a t i o n ； e v a c u a t i o nu n i t ；e v a c u a t i o np a r a m e t e r ； n e t w o r ke v a c u a t i o nm o d e l ；a r i t h m e t i co fe v a c u a t i o nt i m e 第一章绪论 第一章绪论 c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 人的生命是最宝贵的，因此世界各国的消防政策是以保护人员的生命安全为 第一位，人员安全疏散也成为消防安全工程的重要领域，得到世界各国消防科研 和工程技术人员的高度重视。相对于发达国家来说。我国在人员安全疏散方面的 研究还比较薄弱，具体表现在：缺少针对我国人员特征的基础研究，如不同类型 人群人员行走速度、不同场所人员密度以及人员对火灾报警信号的反应等。这些 严重制约着我国火灾安全的研究。因此，我们应该尽早开展不同类型建筑中人员 密度、不同群体人员的行走速度、人在火灾中的行为、人员疏散模型和安全疏散 设计等方面的研究。为消防安全和性能化防火设计规范提供理论与技术基础。 本章将主要介绍人员疏散研究的背景、人员疏散与性能化防火分析与设计的 关系，在此基础上明确本论文研究的出发点以及重点方向。 1 1 火灾情况下人员疏散研究的背景 随着我国经济的迅猛发展，公共安全越来越受到人们的关注。然而在公共安 全领域内，火灾安全尤其值得人们注意。克拉玛依友谊馆火灾、洛阳东都商厦火 灾、焦作天堂音像俱乐部火灾灾难给我们敲响警钟，留下惨痛的教训【i 】。这些灾 难，都导致了很多人丧失了宝贵的生命，给社会稳定带来了巨大的负面影响。然 而导致人员在这些灾难中丧生的主要原因是，在发生火灾后，人员不能快速安全 的离开事故发生地。如何快速安全的将危险区域内的人员撤离到安全区域，这是 人员疏散研究的主要内容和目的。 人员疏散问题的研究，是随着人们的安全意识提高而相应产生的。在1 9 1 1 年，爱丁堡的帝王剧院在火灾安全设计f 2 】时，就采用了2 5 m i n 的安全疏散时间原 则。世界大战结束后，科技迅速发展，人们对人身安全越菜越受关注，人员疏散 研究工作就成为火灾安全学者研究的一个崭新领域。分别展丌不同类型的人员疏 第一章绪论 散研究。 拉开近代人员疏散研究帷幕的代表性人物是日本的k i k u j it o g a w a l 3 1 ，他在 1 9 5 5 年提出了自己的观点和一些经验数据，并提出了计算建筑物内人员疏散的 经验公式。该公式既考虑到人员疏散出建筑物的时间，又考虑了通过某一段距离 所用时间。t o g a w a 的研究工作通常被归类于人群运动的综合研究。在人群运动 的综合研究方面，j o h nf m i n 【4 】在这方面也作了大量的工作。f r u i n 对人群流量、 人员行走速度和密度方面作了大量的工作，并出版了一本有关人员疏散综合性专 著步行者的分布与设计( p e d e s t r i a np l a n n i n ga n dd e s i g n ) 。 到了2 0 世纪6 0 年代末，高层建筑增多，从而引出了高层建筑物的防火安全 和消防标准规范的制定问题。g a l b r e a t h 5 1 、m e l i n e k 和b o o t h 6 1 在高层建筑疏散时 间与楼梯、出口方面作了大量的工作。并在t o g a w a 等人研究的基础上提出了楼 梯宽度与最短疏散时间的计算方法。1 9 6 9 年，p a u l s 在渥太华丌始系统的研究对 高层建筑人员疏散演习1 7 ，8 ，9 ，1 0 川，获取大量数据后，提出了有效宽度模型。同 时p a u l s 还开展了人在火灾中行为的研究，并提出了人员疏散过程包括开始准备 疏散过程和运动疏散过程。 国外学者在对火灾中人的行为也做了很多研究工作。英国人w o o d 、美国人 b r y a n t l 3 ，1 4 ，1 5 t 16 】分别对本国的火灾当事人作了大量的调查研究，并阐述了高层建筑 火灾对人的行为产生的重大社会影响。c a n t e r 】贝0 总结了有关火灾与人的行为研 究，并出版了火灾与人的行为( f i r e a n d h u m a n b e h a v i o r ) ，并对书中的各种观 点作了介绍和建议。s i m e 研究了疏散初期阶段人员疏散与行为并明确的提出了 疏散距离和疏散时间这两个概念。最近，国外学者开始对人在熟悉与不熟悉环境 中，疏散通道的照明度与疏散距离的长短，对人员疏散的影响进行研究。研究火 灾中产生的有毒有害气体对人员疏散的影响，是近些年来又一热门课题。 疏散模型研究是伴随着人员疏散研究的发展和计算机发展而相应产生的。疏 散模型是将人员疏散研究得到的结果通过计算机，来应用于实际生活中，指导人 们合理的设计建筑物火灾安全，保证人民生命安全。疏散模型根据其疏散路径网 格的划分，可以分为精细网格模型和粗网格模型。精细网格模型如s i m u l e x 模 型【1 8 】，粗网格模型如e x i t 8 9 模型【1 9 】。根据疏散模型对人群特征的表示不同，可 以分为个体分析和群体分析这两种。对疏散个体分析的模型如元胞自动机模型 第一章绪论 【2 0 l ，对群体分析的模型如e v a c n e t 模型 2 1 。根据人员行为的表示方式，可以分 为考虑到人员行为的疏散模型和不考虑人员行为的疏散模型。一般说来，对疏散 个体分析的模型对人性行为进行了一些考虑。进些年来，随着建筑物火灾安全性 能化设计思想的发展，对人员疏散模型要求越来越高。因此，疏散模型的发展也 是人员疏散研究工作的一个重大分支。 火灾中个人疏散行为，一些学者也开展关于一些研究。如g r o n e r 和n e l s o n 就 火灾中自助能力比较弱的或需要其他人协助才能安全疏散的残疾人做了一些研 究】。同时，对于疏散人群行为与紧急隋况下疏散安全管理的研究，也逐步开 展了。如f r u i n 提出在建筑物内的临界密度来量化建筑物内人员荷载的安全与否， 并提出可解决临界密度问题的建议与措施。 我国火灾形势也很严峻，虽然我国火灾科学研究起步也较晚，但是火灾科学 研究也正在我国蓬勃发展。国内学者在火灾研究和人员疏散研究方面也作了大量 的工作，并取得了可喜的成果【2 3 , 2 4 , 2 5 , 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 , 3 0 , 3 ”，但是这些远远不能满足火灾消 防领域的需要。因此，我们火灾科学研究者在自己的领域将是任重而道远。 1 2 人员疏散在性能化防火分析与设计中的地位 1 2 1 性能化防火分析与设计p 2 | 随着我国经济的飞速发展，大量大型复杂结构建筑物相继涌现出来。而保证 这些建筑物的防火安全就成为新问题，人员疏散问题尤为重要。在这种形势下， 提出了采用性能化防火方法来保证这类建筑物的防火安全。 火灾安全工程学的发展为改进建筑物的防火设计提供了条件。从2 0 世纪7 0 年代起，世界上一些发达国家就开始针对，以火灾性能为基础的建筑物防火设计 进行系统的研究。并在8 0 年代起，澳大利亚、日本等国就比较深层次的开展了 这方面的防火设计的研究，并取得了不同程度的进展和成果。现在，国际上建筑 界和火灾科研界的很多人士指出，建筑物的防火设计要遵行以火灾安全工程学为 指导思想，以火灾性能为基础的建筑防火设计规范。国内学者通常称之为“建筑 物的性能化防火设计规范” 3 2 , 3 3 , 3 4 】。 第一章绪论 性能化防火方法包括性能化防火分析、性能化防火设计和性能化设计规范这 三个基本方面。性能化防火分析是建筑火灾风险分析的一种形式，它是根据建筑 物的结果特点，通过定量计算，用某些物理参数来描述火灾的发生和发展过程， 并分析这种火灾对建筑物内的人员、财产及建筑结构本身的影响程度；与此同时， 还通过定量计算人员从建筑物内疏散出来所用时间，来判定建筑物内人员安全与 否；最后，依据上述模拟计算结果并结合建筑物的消防系统，提出合理的消防对 策建议。性能化防火设计是在性能化防火分析的基础上所进行的建筑物各种火灾 防治系统的设计行动，它将综合建筑物业主的安全要求、建筑物的现场条件和有 关的安全规定等，做出建筑物防火系统的具体设计方案。并且要对各种可采用的 设计方案进行比较评估，从中选出最终的实施方案并完成相应的设计文件等。性 能化设计规范则，是指导按性能化方法进行建筑防火设计的法规文件，它对进行 性能化设计中应当满足的要求、应当遵守的规程和应当注意的问题等做出必要的 规定。 国外的研究与运用结果表明。性能化防火设计方法具有：设计方案更加合理、 设计方法更加灵活、可以在保证相同火灾安全的基础上降低建筑成本、并有利于 新技术、新产品的开发与推广和有利于设计规范和标准的国际化等。总体说来， 性能化设计方法可使建筑物的防火安全目标、火灾损失目标和设计目标实现良好 评估建筑物设计现状 确定防火目的和损失目标 将损失目标量化为设计目标 发展火灾场景及可能的设定火灾 发展并评估初步的火灾防护设计 选择最终设计l 夕 编写所选方案的设计过程文件 准备设备及其安装说明 n ： | i 4 鬻； 拇i i 霎 7 出 一- j ：i 争全 i i 疏 二l i 专篓 i 埘 i i - 题 力 ；i 矿 u 图1 2 1 性能化设计步骤示意图及与人员疏散的关系 第一章绪论 统一。在建筑防火设计方面，较传统的处方式设计方法更具科学性和合理性。 性能化防火设计的基本步骤如下：估价所设计项目的现状：确定特定建筑的 防火目的和火灾风险承担人可接受的防火目标；用适当的工程概念量化损失目 标，即形成具体的设计目标；设置火灾场景；评价和修f 初步设计方案，并从中 选定最终的设计方案；为所选定的方案的设计过程编制说明文件：准备有关设备 的说明书。 图1 2 1 给出了性能化防火设计方法的操作步骤和基本内容，如图中双竖虚 线的左侧所示。 1 2 2 人员疏散在性能化防火方法中的地位 性能化防火方法是以火灾安全工程学依据，解决火灾的形成与发展过程，再 结合人员疏散的研究成果，来实现在进行建筑物的防火设计、使用和管理时，应 优先保证建筑物内的人员安全，同时考虑如何减少火灾的发生和火灾造成的损失 的目标。由此可见，人员安全是性能化防火方中法所考虑的首要目标。在性能化 防火设计中，人员疏散模拟计算和人员的安全贯穿了整个设计过程，这表明人员 疏散在性能化防火设计中占领着举足轻重的位置。 在性能化防火设计与分析中，在确定防火目的和损失目标、设定火灾场景、 发展并评估初步的火灾防护设计、选择最终设计和编写所选方案的设计过程文件 中人员疏散都是其中的一个重要方面，并且是不可缺少的要素。在性能化防火设 计中涉及到人员疏散的工作，如图1 2 1 中双虚线箭头所示。火灾中的人员疏散 研究是性能化防火研究中的一个重要部分。 1 3 本文的章节安排 根据研究内容和研究方法，论文的章节安排如下： 第一章是论文的绪论部分，主要介绍人员疏散研究的背景、以及性能化防火 方法以及人员疏散研究在性能化防火设计所处的重要地位。并提出本文研究的重 心一一人员疏散研究。 第一章绪论 第二章详细地介绍了人员疏散研究的现状。首先介绍了人员疏散研究与火灾 动力学之间的关系，紧接着说明了人员疏散研究的主要内容，最后介绍了网络疏 散模型和网格疏散模型的分析。 第三章将详细介绍网络疏散模型中不同单元内人员疏散算法。首先分析了工 程应用与人员疏散模型的选择，然后提出四类不同类型的结构单元，最后分别讨 论不同结构单元内人员疏散算法，为第四章编制疏散模型提供理论基础。 第四章是自发展模型的结构特征。本章首先介绍了不同结构单元的疏散流程 图，再运用v i s u a lc + + 在这些流程图的基础上编制出自发展的网络疏散模型，最 后介绍了自发展模型。 第五章是自发展模型的应用。本章将通过3 个算例来比较自发展模型模拟计 算结果与e v a c n e t 模型、经验公式模拟计算结果，并提出自发展模型的优缺点 所在。 第六章是论文的结论和对以后工作的展望。本章对本文的主要内容进行了总 结，并说明本论文和自发展模型创新及局限之处，以及对其今后的完善和人员疏 散问题研究作了展望。 最后列出了作者在攻读硕士学位阶段完成的学术论文目录。 在附录部分罗列了e v a c n e t 模型、经验公式和自发展模型在计算人员疏散 时间的原理分析，自发展模型中入口选择问题的分析和自发展模型的建模输入格 式和计算结果输出格式。 芝蔓墼 一。一一一一 ：! ： 本章参考文献 【l 】陈智明，霍然，王国栋建筑内人员疏散的一种网络模型算法的讨论【j 】火灾科学， 2 0 0 4 ，( 2 ) ：9 0 - 9 4 2 j 国外建筑火灾人员安全疏散研究f 泽文集) 消肪安全工程工作组北京，2 0 0 1 【3 】t o g a w ak s t u d yo ff i r ee s c a p e sb a s i n go l lt h eo b s e r v a t i o no fm u l t i t u d ec u r r e n t r e p o r t n o 1 4 ，b u i l d i n gr e s e a r c hi n s t i t u t e ，m i n i s t r yo f c o n s t r u c t i o n ，t o k y o ，1 9 9 5 f 4 】j j f m i n p e d e s t r i a np l a n n i n ga n dd e s i g n ，r e v i s e de d ，e l e v a t o rw o r l de d u c a t i o n a ls e r v i c e s d i v i s i o n ，m o b i l e ，a i ，1 9 8 7 f 5 】5m g a l b r e a t h ，f i r er e s e a r c hn o t e8 n a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i lo f c a n a d a , o t t a w a , 1 9 6 9 【6 】m e l i n e k s ，j ，b o o t h s ，a na n a l y s i so fe v a c u a t i o nt i m e sa n dt h em o v e m e n to fc r o w d si n b u i l d i n g s ，b u i l d i n gr e s e a r c he s t a b l i s h m e n t ，f i r er e s e a r c hs t a t i o n ，b o r e h a m w o o d ，t 9 7 5 ， 7 1b o a r df o rt h ec o o r d i n a t i o n o ft h em o d e lc o d e s r e p o r to nm e a n so fe g r e s sc o u n c i lo f a m e r i c a nb u i l d i n go f f i c i a l s ，f a l l sc h u r c h ，19 8 5 【8 】p a u l s ，j , l m a n a g e m e n ta n dm o v e m e n to f b u i l d i n go c c u p a n t si ne m e r g e n c i e s d i v i s i o no f b u i l d i n gr e s e a r c h ，n a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i lo f c a n a d & o t t a w a ，1 9 7 8 9 】9 p a u l s ，j l ，b u i l d i n ge v a c u a t i o n ：r e s e a r c hm e t h o d sa n dc a s es t u d i e s ，i na ni n t r o d u c t i o n ， f i r e sa n dh u m a nb e h a v i o r s ，c a n t e r ( e d ，) j o h nw i l e y s o n s ，c h i c h e s t e r , 1 9 8 0 【1 0 】p a u l s ，j c a l c u l a t i n ge v a c u a t i o nt i m e sf o rt a l lb u i l d i n g s j f i r es a f e t yj o u r n a l 1 9 8 7 【11 】p a u l s , j t h em o v e m e n to f p e o p l ei nb u i l d i n g sa n dd e s i g ns o l u t i o n sf o rm e a n so f e g r e s s j f i r et e c h n o l o g y , 1 9 8 4 f 1 2 】p a u l s ，j l ，e f f e c t i v e - w i d t hm o d e lf o re v a c u a t i o nf l o wi n b u i l d i n g s p r o c e e d i n g so ft h e e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s w o r k s h o p s f p e , b o s t o n ，1 9 8 0 1 3 1j l b r y a n ，n b s - g c r7 7 - 9 4 n a t i o n a lb u r e a uo fs t a n d a r d s ，g a i n t h e r s b u r g , 1 9 7 7 【1 4 】j l b r y a n ，p j d i n a n n o ，a n dj ，a m i l k e t h ed e t e r m i n a t i o no fb e h a v i o rr e s p o n s ep a t t e r n si n f i r es i t u a t i o n s n a t i o n a lb u r e a uo f s t a n d a r d s ；g a i n t h e r s b u r g ，1 9 7 7 【15 】j l b r y a n ，h u m a nb e h a v i o ra n df i r e ，s f p eh a n d b o o ko ff i r ep r o t e c t i o ne n g i n e e r i n g 2 n d e d i t i o n ，s o c i e t yo ff i r ep r o t e c t i o ne n g i n e e r sa n dn a t i o n a lf i r ep r o t e c t i o na s s o c i a t i o n ， b o s t o n ，i v i a ，u s a ，1 9 9 5 第一章绪论 - 8 【1 6 】j l b r y a n ，h u m a nb e h a v i o ra n df i r e ，t h ed e v e l o p m e n tm a t u r i t yo fas c h o l a r l ys t u d ya r e a , p r e c e d i n g st h ef i r s ti n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u mh u m a nb e h a v i o ri nf i r e ，u n i v e r s i t yo fu l s t e l 1 9 9 8 【1 7 】d c a n t e r f i r e sa n dh u m a nb e h a v i o r , j o h nw i l e ya n ds o n s ，n e wy b r k ，1 9 8 0 【18 】p e t e ra t h o m p s o n ，e r i cw m a r c h a n t t e s t i n ga n da p p l i c a t i o no ft h ec o m p u t e rm o d e l s i m u l e x f i r es a f e t yj o u t n a l j ，1 9 9 5 , 2 4 ：1 4 9 - 1 6 6 【1 9 】rff a t h y , e x i t 8 9 ，a ne v a c u a t i o nm o d e lf o rh i g h r i s eb u i l d i n g ，i n t e r f l a m 9 3 ，i n t e r - s c l e n c e c o m m u n i c a t i o n s ，l o n d o n ，1 9 9 3 【2 0 】方伟峰火灾中人员疏散的元胞自动机模型的研究硕十学位论文中国科学技术大学。 2 0 0 3 年5 月 【2 1 】t m k i s k o ，r 乙f r a n c i s ，c r n o b e l ，e v a c n e t 4u s e r sg u i d e ，u n i v e r s i t yo ff l o r i d a , 1 9 9 8 1 0 【2 2 1n e g r o n e r n b s g c r - 8 2 4 0 8 n a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i lo f c a n a d a o t t a w a , 1 9 6 9 【2 3 1 方正，卢兆明试论建筑物人员疏散的量化研究武汉大学学报( 工学版) 2 0 0 2 ，2 ：7 1 7 5 【2 4 】王志刚地下大型火灾商场时期人员疏散计算机模型火灾科学2 0 0 1 ，1 0 ( 1 ) ：5 7 6 1 【2 5 】支文利，熊洪，李晓东地_ f 商业街建筑人员疏散预测火灾科学1 9 9 9 ，8 ( 3 ) ：7 2 7 9 2 6 】袁理明，范维澄建筑火灾中人员安全疏散时间的预测臼然灾害学报1 9 9 7 ，6 ( 2 ) ： 2 9 3 3 2 7 】张培红，陈宝智建筑物火灾时人员疏散群集流动规律，尔北大学学报( 自然科学版) 2 0 0 1 ，2 2 ( 5 ) ：5 6 4 5 6 7 ， 【2 8 】张培红，陈宝智火灾时人员疏散的行为规律东北大学学报( 自然科学版) 2 0 0 1 ，2 2 ( 1 ) ： 5 4 5 6 2 9 】黄恒栋高层建筑火灾安全疏散中的人流集结、出口流出时间特征曲线重庆建筑大学 学报1 9 9 7 ，1 9 ( 1 ) ：2 6 - 3 4 【3 0 】张培红，陈宝智，刘丽珍大型公共建筑物火灾时人员疏散行为规律研究中国安全科 学学报2 0 0 1 1 1 ( 2 ) ：2 2 2 6 ， 【3 l 】霍然、李元洲、李坚，火灾模型在火灾安全分析中的应用。消防科学与技术，2 0 0 0 2 3 2 】霉然，袁宏永性能化建筑防火分析与设计，安徽科学技术出版社合肥2 0 0 3 【3 3 】肖学锋，发展消防安全j 二程学和性能化防火规范，消防科学与技术，1 9 9 9 年1 1 月第4 期 3 4 】肖学锋，当前消防科技的热门研究领域，消防科学与技术，2 0 0 0 年8 月第3 期 蔓三童墨堕墼堕竺墨鉴 兰： 第二章人员疏散研究的现状 c h a p t e r2 a c t u a l i t yo fh u n l a ne v a c u a t i o ns t u d y 自上个世纪5 0 年代以来，国内外的专家学者在人员疏散研究方面做了大量 的工作，同时也取得了重大地进展【l 捌。这些研究工作主要涉及到对人的行为研 究和发展疏散算法的研究。对人的行为研究的主要方向为：不同人群行走速度的 研究、发生火灾时不同人群对火灾的反应以及准备疏敷时间的研究、疏散过程中 人员的心里特征和行动行为的研究、火灾所产生的烟气和热量对疏散人员影响的 研究。发展疏散算法研究方面为：针对不同群体的人员，发展出来的计算人员疏 散时间的经验公式和算法【3 1 ：针对不同群体发展起来的人员疏散时间的模拟计算 模型。而在发展人员疏散的模型时，都是从人员疏散路径的选择和人员行走速度 的计算方法这两个方面着手进行的。 本章首先介绍了人员疏散研究和火灾动力学研究的交叉问题，其次着重讲述 人员疏散研究的主要内容，再分析人员疏散模型的研究方法，最后讨论网络疏散 模型和网格疏散模型的路径设置和与其相应的疏散算法。 2 1 人员疏散与火灾增长过程的关系 2 1 1 人员疏散研究发展的三个阶段 人员疏散问题的研究工作起始于火灾中人员疏散。在二十世纪5 0 年代，由 日本人k i k u j it o g a w a 拉开了人员疏散研究的帷幕后，j o h nb r y a n 就开始了对火 灾中人行为的研究，并且w o o d s 在1 9 7 2 年就出版了“火灾中人员行为研究” ( b e h a v i o ro fp e o p l ei nf i r es t u d y ) 这本专著峨此后，火灾中人员疏散的研究工 作就越来越受到人们的重视。通过半个多世纪的发展，人员疏散研究工作取得丰 硕的成果。针对这些成果，一些知名学者根据其研究内容和研究的深度，以时间 为先后顺序，将整个人员疏散研究大体划分为三个阶段【5 6 ，7 1g j ： ( 1 ) 2 0 世纪8 0 年代之前为研究的初期发展阶段。多年来尽管陆续有人提 第二章人员疏散研究的现状 出人在火灾中的行为规律，但研究并不系统。6 0 一- 7 0 年代，随着火灾损失的增 大，人们对这一问题的重视程度逐渐增加，参与研究的人数也大大增多。其标志 性事件是w o o d s 在1 9 7 2 年就出版了火灾中人员行为研究) ) ( b e h a v i o r o fp e o p l e i nf i r es t u d y ) 和c a n t e r 等将有关论文编辑成火灾与人的行为( f i r ea n dh u m a n b e h a v i o r ) 这两本书的正式出版。 ( 2 ) 8 0 年代初至9 0 年代末，可认为是研究的第二阶段，即趋于成熟的阶 段。在这十几年中，有关研究工作取得了重大进展。不仅在对火灾后生还者的调 查、安全疏散设施的使用与检测等方面开展了大量研究，而且开始发展人员疏散 的理论模型。在某些指导性能化防火分析与设计的资料中也强调要了解人在火灾 中的反应。 ( 3 ) 人员疏散进入第三阶段的标志性事件是：1 9 9 8 年8 月，在英国的u l s t e r 大学召开的人员疏散国际研讨会。有人将这一新阶段称为领域更新与方法选择 期。这个阶段研究的特点是人员疏散模型的研究将更加深入，这种模型不仅可以 评估防火设计方案的合理性，而且可以识别通道中的逆向疏散，即具有一定的智 能判断功能。同时还应当看到，随着性能化防火分析与设计的广泛应用，人员疏 散模型将更加实用化。 2 1 2 人员疏散与火灾增长过程的关系 人员疏散的研究工作是随着火灾科学的研究而发展起来的，同时它也是火灾 科学研究的一个重要分支。在判定建筑物内的人员疏散安全与否的标准是：判定 建筑物的所需安全疏散时间( r e q u i r e ds a f e t ye g r e s st i m e ，r e s t ) 与可用安全疏散 时间( a v a i l a b l es a f e t ye g r e s st i m e ，a s e t ) 的值。当r s e t a s e t 则表明建筑物内 的人员疏散安全的，反之，则表示建筑物内的人员疏散设计没有达到安全设计的 标准。火灾发展与人员疏散的时间线如图2 1 1 所示【6 】，在图中时间线下面表示 出了人员疏散所用的典型时间r s e t 和a s e t 值；在图中时间线上面，标志出了 火灾发展的一些典