(论文)基于Pathfinder的某高校图书馆人员疏散模拟研究.pdf

基于p a t h f in d e r 的某高校图书馆 人员疏散模拟研究 王静王伟柯琪材郑梓德 武汉科技大学资源与环境工程学院 湖北 4 3 0 0 8 1 摘要 本文基于p a t h f i n d e r 计算机安全疏散模拟软件 试用版 对典型人员密集场 所某高校图书馆人员疏散进行了研究 首先通过导入学校图书馆的建筑施工图合理简化建立 疏散模型 然后通过p a t h f i n d e r 软件进行人员疏散模拟分析研究了图书馆是否使用备用疏散 楼梯对疏散时间的影响 量化了使用备用楼梯的作用 分析结果表明 楼梯内人员疏散速度 缓慢是导致该楼人员全部疏散完毕时间较长的主要原因 同时 模拟 分析 比较 计算出 在所需安全疏散时间 r s e t 的条件下图书馆所能容纳的最大人流量 关键词 人员疏散p a t h f i n d e r 数值模拟 一 引言 近年来 高校火灾频繁发生 给高校图书馆的 消防安全敲响了警钟 图书馆是人类文化遗产的宝 库 浩如烟海的文献资料 汇集了人类知识的结 晶 做好图书馆消防安全工作具有十分重要的意 义 1 9 9 1 年2 月1 3 日 福建省建筑专科学校图书 馆因人为纵火 建筑物过火面积1 0 0 0 m 2 烧毁大量 书架和图书资料 损失折款3 6 万多元 诸如此类 文明的劫难 并不罕见 它给祖国和人类带来不 可弥补的损失 尤其是一些弥足珍贵的绝版 孤 本 善本及古玩宇画 一旦焚毁 会造成历史的遗 憾 通常 图书馆火灾荷载分布密集 且由于书架 的特殊布置 使其人员疏散与一般建筑物有很大的 不同 另外 由于我国多数高校图书馆建造时间比 较早 安全疏散设计不完善以及日常管理中对安全 疏散不够重视 一旦发生紧急情况 图书馆内人员 能否快速 成功地疏散直接关系到学生和图书馆工 作人员的生命安全 因此 研究图书馆紧急状况下 如何迅速 安全地进行人员疏散是值得认真考虑的 问题 从2 0 世纪8 0 年代起 随着计算机技术的发展 开发的用以描述建筑疏散特性的模型已有2 0 多 种 主要有e x i t 8 9 s i m u l e x g r i d f l o w c r i s p a s e r i b f i r e s 2 b u i l d i n ge x o d u s e g r e s s v e g a s b g r a f e v a c s i m l e g i o n p a t h f i n d e r 等 大量人员疏散商业软件的开发为不同类型建筑的结 构合理性评估提供了一个有效的工具 人员疏散计 算机模拟在我国的应用相当广泛 特别对于一些人 员相对密集的场所 利用计算机软件模拟可以有效 地分析其人员疏散过程 为人员疏散和建筑设计提 供合理指导 笔者以某高校图书馆为研究对象 利用人员疏 散软件p a t h f i n d e r 对图书馆容纳的不同人数的不同 情况下进行模拟分析 分析了备用楼梯对疏散时间 的影响 分析结果表明 楼梯间内人员的堵塞是疏 散时间较长的主要原因 为图书馆在所需安全时间 r s e t 条件下所能容纳的最大人流量提供理论依 据 为现实中的图书馆发生火灾情况等紧急情况下 人员疏散提供指导 二 p a t h f i n d e r 简介 p a t h f i n d e r 是由美国t h u n d e r h e a d 公司开发的 一个基于进出和人员运动的模拟器 它提供了图 一3 一 万方数据 置圈 船绻 形用广界面的模 c 设计和执行 以灶j 维可视化 t n 的分析结粜 馥运动环境足个完档的二维 三角刚格设计 u 蚍合实际j 面的建世懂式 可 以计舒 锥十成员独立返动的时刚 件赋fr 一奁 独特的参数 最高逑度 mu 的选择等等 p a t h l l n d e rr l 快速建模与f d s d x f 等格式的幽 形文件的导人建模棚结合 同时 p a t h l l d 町 通过3 dr e s u l t sv i e w e r 维动画视觉教果腥i i 灾难 发 的场骷 r a 接描绘疏散外始后存个时划 各个场所的凡员分市咀可以分解构筑物区域 展爪并个厦域的人员逃生路径 i t h f i n d e r 利用计 算机脚形仿真和游戏角色邻 域的技术 刘多个群 体中的每个个体运动邯进行倒形他的虚拟演练 从i m 以准确确定每个十体祚灾难发q 时最佳逃 生路径和逃生时间 可以为紧急陆况f 人员疏散 和建筑醴计提供台理指导 p a t h f i n d e r 的人员运动模式包括s f p e 模式和 s l r l n g 模式 s f p e 行为是撮培率的行为 以流量 为基础的选样意味着人 会自动转移到最近的f i i l l 人员不会桐 影响 阻是列队将符合s f p e 假设选 种模止足基于s f p e 淌防手册保护l 程二和s f i e 上 群指南 凡娄行为 利用守州密度 确定运动 进度 s t n g 模 业f 1 路往规划 指导机制 碰撺 处理相 台控制人员运动 如果人员之m 的距离和 品近点的路往超过某一阀值n f 必冉生新的路径 队近膻新的形坍 三 图书馆模型的建立 i 学校图i5 馆悄况介绍 本文所选摸型粜n1 桨高校圈b 馆该煳b 馆 7 层 每膳约高45 m 东两k7 8 m 南北宽 3 75 m l 自 10 3 玎 r 方术 i 目书臂3 偻刮7 偻殴 自爿室和阅览帑址人员集中的场所其设秆l 2 0 0 t 阅览座位一脞隋秕r m 有寐侧楼梯丌聃 两侧 备 搂梯电町j l 扁似川n 平均进馆人数为5 6 0 0 人 次为典硝竹人威晰集场所在紧急情况f 罔竹 馆节的人员安 疏散怂学校盘争的畦掣环口 卅充 意殳重大陵阿书馆经过台理简化 通过导人 t 校 崩1 5 怖曲建筑施l 闱台理简化建立闭舯t 寓体模型 如 i 所 2 模剐参数帕选取 1 桃拟凡舱参数的设 t 4 目i 镕 暴h l w1 擀19 等卜c 一 r f r 女 l 1 0 9 8 2 模拟人员总数的设定 f j 设图书馆日平均进锖人数为5 6 0 0 人次 h 高峰期时划馆内人数可达刊二 三丁人 舣曲 小同 的情眦分别侵拟8 o 9 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 12 0 0 1 3 0 9 1 4 0 0 等t 种情况f 人员6 0 疏散 3 楼梯的使用情况 根据实际的楼梯使朋h 况 对小同的疏敞人数 的情况下 模拟西删缶用楼梯 j 和 皂阿的两利 情 批 分析比较缶川楼梯时疏敞敏粜的影响 同时袤 硝楼梯由八贝疏散速度缓1 l 址导致人n 疏敞先毕时 i 较长的丰要娘凼 用备段 数模 盟分析 比较 计掉出n 所需的安全疏散时问 r s e t 的条件下阿 拈馆所能轷纳的最大 流量 四 模型分析研究 i 备 h 楼梯对疏散时州n 影响 媛幽书馆西删蹬肯缶川随澈楼梯 m 箭卅楼梯 n 艘情况f 是小能蚀刚的在紧急帖f 丝止匕楼 梯特能使用 删一定会减少凡m 疏散时间 而每 减少1 秒就l t 以挽救不少人的生命 下而卅艇拟的 手段来挝化使用疏散楼梯埘疏散结果的影响 下闱2 为通过l a t h f i l d e r 摸拟肼侧备j h 楼梯打开 和咒 帕曲种情况得到的疏敞时h 末疏散人数关 系罔 万方数据 雷 溪i 0 0 1 4 0 目2t 8 f h 日n 4 月 月一 目日 m m 目 日 r 山图2 r 咀明娃看m 罔书馆西删蔷朋楼梯的 使用 可 叫显提高疏散效率 他疏散时问大大缩 短 使用备j j 楼梯时疏散时间随料疏散人数的增 加 缩颤程度孰愈加町毓 通过 f 不 d 情况下尥航敞模拟可以得到城敞 时州与疏散人数盖系结粜如下表2 2r 目 n 镕 镕 gh f m s 由表2 可 看出 在备用楼梯的使用情况f 一5 图 园 万方数据 圃l 毡 一 翼 i 一 尤沦址从绝对节钉时削 2 l o s 一3 5 还越从柑村 节省叫问 帅3 4 59 l 来说 都可 使f 目 h 馆人员在紧急情况f 疏敝水 冉显葺的提高 故 枉紧急晴mf 备用疏散通道的易于使川足人员尘 全疏散的联保i 荜 2 楼梯内 凡员琉敲述度缓慢足导致人员疏故完 毕时州较k 的 饕原闲 p a l h f i n d e r 软件可以通过3 d 沁呲w e r 直接捕 绘疏散开婧后各个时刘 各十场所的 员分布 罔 3 为模拟情况为1 2 0 0 人薪川楼梯丌肃的条件下疏敞 开始6 0 s 时各个楼培的人盟分审 乒 毒善 昼竭乒g 目3 疏m 6 0 n 十椹e r 山时3 可以精 i 疏散仆始后 接 监迅速 琉敞至窜外 j 地各层人员幕本揶址立即聚集刊楼 梯m 处 然后就全部堵在搂梯州内 偻梯刘内的人 员疏敞述腹缓慢 从此授拟汁箅的结果 l i 嚣出 琉敞开始阶段楼梯内疏散通畅 大约在4 0 s 后楼梯 删开始出现堵塞现象 到f i 5 s 时 楼梯删山出现了 严再的堵球现象此时人员帅疏散速度般慢 一直 持续到i2 5 s 时 吐e 堪楼梯问内的人员才疏散完 毕 1 q 疏散的后期人髓疏散迷虞扦始峭娃增太 外 往骼个疏散主 上程t h 一膳的楼梯m 内一直比较 泄畅 没有出现堵搴现象 3 枉必铆的安全疏j 搜h e n r s e 的条什下 i b 馆所能靠纳的最大人 l 监 建筑物发q 火灾后 人械能吾立七晡敞主要取 班两个时州参数 唧所需安垒疏触i i f 问 r e q u i r e d 一6 一 s a f e t ye g s st i m e r s e t 和 i 用安全疏散时州 a v a i l a h l cs a f e t ye e t i m e a s er 女r s er a s e i 的时候 建筑物内的人监是安仝的 反之 螂 收爪建筑物内的人员疏散设计 殳有选到安令设i p 的 标准 r s f r 受多方面因索的影哺 如火灾载荷 点火 源 廊州山衬材料的热特性 脐同高度和通风状况 等等 i 肼士饕与尢龙探测与撮莆 及火灾时人员 行为等凼幕棚芙 般由 4 部分组成 r s e t z f t 式 hl 为探溅报警时问 1 为人品预动作时 问 1 为人受疏散运动时问 即从开始疏散时问刘 撤离至安垒区域所需的时问 由于罔书馆每屉都配衍r 火灾搽删器 火灾报 警器和图书符理兄 一旦裳堆火灾等紧急情况 会 在筇一时间破发现 并且各楼层会得到且时通知 敞翻书馆绝人部分的人员均能很彝易知晓火灾并及 时地疏做 斟此 火灾的探测时阿 壬i f 瞽时间和疏 散班蔷时问会太大缩短 分析估计发生火灾3 0 s 内 艘发现 1 日时一旦发现火灾 幽书馆的其他人员也 会相对鞍快得到火灾信息 立即开始疏散 分析预 测枉接到撤臀后 人员的疏散准备时问大约在3 a s 内 即在似设发生火灾的紧急情况下 醴从起火到 窜内人员觉察的时问 3 0 s 人员预动时m 为f 3 f i s 由于枉p a t h f i n d e r 模删中 默认的 婪撒1 5 1 赦路 径为最短疏搬路径 即认为人m 将摧垃短随敞蹄往 航敬至安争m i i l n j 实际火灾巾火矩的位置可能影 响疏敝路径j 1 导致人员不能通垃址近的疏敞路径进 行疏散 雠拟还应考虑人越选扦其他疏敲路径疏敞 的情况 在造种情况下 人员的疏散路径町 根据 给定的火场情况和实际的疏敞行动电新定义 分析 还在p a t h f i n d e r 模拟得到的疏散时m 基础i 附加 个安令系数 孽于s f p e 的 防火工程手册 的推 荐 鸯个系数取为11 假设利 p a t h f i n d e r 软件 髅姒 瑰做时鹤为t 即 l ixr 刚疏敞时同 t 与所僻崔今疏散时间r s e t 关系为式 2 r s e t i1x r 6 0 2 在模 l h 疏敞时间即为紧急情m 发 l 到所 人蚰均离开幽舶馆造段耐m 在研究备用楼梯使用 的条什f 阿挣瞎内人员数量时喊敝时问的影响时 分别 筻撤t 种枉箭削楼梯j f 内的小同情况f 员曲 万方数据 疏散 模拟的结果如表3 所示 表3 疏散人员总数与疏散时间表 人员总数 8 0 09 0 01 0 0 01 1 0 01 2 0 01 3 0 01 4 0 0 人 疏散时间 2 6 22 8 83 1 43 6 03 6 73 9 84 2 4 t s 所需安全 疏散时间 3 4 8 23 7 6 8 4 0 5 44 5 64 6 3 74 9 7 85 2 6 4 r s e t s 绘制在备用楼梯使用的条件下疏散人员总数与 所需安全疏散时间r s e t 的关系如图4 所示 图4 疏散人员总数与所需安全疏散时间关系 为了方便使用 得到根据图书馆所容纳的人员 总数估算所需安全疏散时间r s e t 的经验公式 3 r s e t 0 2 8 6 n 1 1 0 3 式中r s e t 表示所需安全疏散时间 单位s n 表示疏散人数 单位人 建筑防火规范 规定 一 二耐火等级公共建 筑允许的疏散时间为6 m i n 即当r s e t a s e t 3 6 0 s 时 由公式 3 估算图书馆允许的最大人流 量为 n 8 7 5 人 四 结论 笔者利用p a t h f i n d e r 软件对我国某高校图书馆进 行人员疏散模拟计算 对其备用楼梯的开启和楼梯 内人员的疏散缓慢对疏散时间的影响 及在所需安 全疏散时间r s e t 的条件下图书馆所容纳的最大人流 量进行研究 得到以下结论与建议 1 备用楼梯的是否使用对疏散的时间影响甚 大 备用楼梯的使用可以缩短4 0 3 一4 5 9 时间 这段时间对于安全疏散来说十分珍贵 所以在紧急 情况下 备用楼梯的易于打开是人员安全疏散的重 要保障 2 疏散开始后 一层的人员迅速疏散至室 外 其他各层人员均立即聚集到楼梯间处 然后 被堵在楼梯间内 楼梯间内的人员疏散速度缓慢 是影响整个图书馆疏散时间较长的主要因素 在 紧急情况发生时 图书馆的合理引流 分流等的 疏散机制可以有效地避免疏散时人员的拥挤拥堵 的现象 3 图书馆可以通过适当减少阅览座位 合理引 导学生避开图书馆人员数目高峰期等措施来控制图 书馆所容纳的人数 已达到满足所需安全疏散时间 r s e t 的要求 参考文献 1 o l e n i c ksm c a r p e n t e rdj u p d a t e di n t e r a c t i o n a l s u r v e yo fc o m p u t e rm o d e l sf o rf i r ea n ds m o k e j j o u r n a l o ff i r ep r o t e c t i o ne n g i n e e r i n g 2 0 0 3 1 3 2 8 7 1 1 0 2 h a r o l dn e l s 蛐 f r e d e r i c km o w r e r e m e r g e n c ym o v e m e n t s e c t i o nt h r e e c h a p t e r1 4o ft h es f p eh a n d b o o ko ff i