火灾情况下地下商场人员安全疏散研究.pdfVIP

分类号 u d c 蟹级公i e 学位论文 题目 火灾情况下地下商场人员安全疏散研究 研究生姓名 学科专业名称 研究方向 论文类型 申请学位 指导教师姓名 指导教师职称 指导教师单位 论文提交日期 论文答辩日期 张璐 安全技术及工程 系统安全理论与应用 应用研究 工学硕士 田宏 教授 沈阳航空工业学院 2 0 1 0 年叭月1 0 日 2 0 1 0 年0 1 月1 5 日 沈阳航空工业学院 2 0 1 0 年0 1 月 s h e ny a n gr n s t i t u t eo fa e r o n a u t i c a le n g i n e e r i n g t h e s i sf o rm a s t e r s d e g r e e s t u d yo fu n d e r g r o u n d e m p o r i u m s h u m a ne v a c u a t i o nu n d e r af i r e s i t u a t i o n c a n d i d a t e l uz h a n g s u p e r v i s o r p r o f h o n gt i a n s p e c i a l t y s a f e t yt e c h n o l o g y e n g i n e e r i n g d a t e j a n u a r y2 0 1 0 原创性声明 本人郑霞声明 所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完 成的 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品或成果 也不包含本人为获得其他学位而使 用过的成果 对本文研究做 重要贡献的个人或集体均已在论文中进 行了说明并表示谢意 本声明的法律后果山本人承担 论文作者签名 象 晦 叫啤 月廖日 沈闷i 航空i 业学院硕十学位论文 摘要 随着地下商 k 建筑的逐步发展 以及火灾事故的时有发生 地下商场的火灾研究越 来越受到人们的建视 由于地下商场的封闭性等独特的建筑彤式 导致了其不同于地面 商场的火灾特点 因此其火灾危险性般也大于地丽建筑 人员疏散困难 因此研究地 下商场火灾情况f 的人员疏敞对保证人员7 l 命安全具有重要的意义 本文通过分忻地下商场的火灾危险特性 结合人机工程学的理论分析了影响人员安 全疏散的主要冈豢 运用性能化建筑防火分析与设计的理论 分别对可用疏散时间和所 需疏散时m 的i i 弹方法进行了分析和总结 并结合地下商场的建筑结构情况 将地下商 场划分为不同 构单元进行分析 利用人员群集流动理论和出f1 容量限制原理等理论 分别对每类结 勾r n 元给出算法以进行疏敞运动时 日j 的计算 并建立了人员疏散的网络优 化模型 使用c 语言编制了疏敞的网络计算程序 最后以某地 商场为例 用人员疏散的网络疏散模型对人员疏散过程进行了量化分 析 井结合s i m u l e x 模拟软件对模型计算结果以及疏敞过程进行验汪和分析 关键词 地i 商场 网络疏敞模型 安全疏散 c 语言 沈 自m 空 业学院硬十学何论文 a b s t r a c t f i r ea c c i d e n ti nu n d e r g r o u n de m p o r i u mi sm o r ef o c u s e db ym a n yp e o p l ei nt h ew o d d a l o n gw i t ht h eg r a d u a ld e v e l o p m e n to f t h eu n d e r g r o u n de m p o r i u mb u i l d i n g sa n df i r ea c c i d e n t h a p p e n e do c c a s i o n a l l yt h e u n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so f u n d e r g r o u n de m p o r i u m s u c ha sc l o s e d w l i c h l e a d t o i t s f i r er i s k b i g g e r t h a ns u r f a c es t r u c t u r e a n d i t sp e r s o n n e le v a c u a t i o ne x t r e m e l y d i f f i c u l ta sar e s u l t s m d ye v a c u a t i o ni nf i r ep l a y sa ni m p o g a n tr o l ei nu n d e r g r o u n d e m p o r i u m l sf i r es a f e t y p i m to fa 1 1 t h ef i r er i s k i nu n d e r g r o u n de m p o r i u mw a sa n a l y s e di nt h i st h e s i s t h e nt h e m a j o rf a c t o r st fh u m a ne v a c u a l i o nw a sb r i e f l ya n a l y z e di n t e g r a t i n ge r g o n o m i c st h et h e o r y o fp e r f o r m a n c e b a s e df i r ep r e v e n t t h aa n dd e s i g t ti nb u i l d i n gw a sa p p l i e dt oa n a l y z ea n d s u n l m a r i z et h ec a l c u l a t i o nm e t h o d sa b o u tr s e t a s e tr e s p e c t i v e l y a n da c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i co ft h eu n d e r g r o u n de m p o r i u m t h eb u i l d i n gw a sd i v i d e di n t od i f f e r e n tk i n d so f e v a c u a t i o nu n i t st h e nt h ed i f f e r e n ta l g o r i t h m sf o rt h ed i f f e r e n tu n i t sa r ep r e s e n t e d r e s p e c t i v e l y c o m b i n gt h ee x i tc a p a c i t ya n dc r o w dp e d e s t r i a n f l o wr u l e s t h eo p t i m i z i n g n e t w o r k se v a c u a t i o nm o d e lh a sb e e nb u i l tt h ec l a n g u a g ew a sa l s ou s e dt op r o g r a mt h e n e t w o r ke v a c u a t i o ns i m u l a t i o nm o d e li nt h i sp a p e r f i n a l l y t h ee c a e u a t i o np r o c e s sh a db e e nq u a n t i f i e da p p ly i n gt h e s ec o m p r e h e n s i v e s t u d i e s t oap r a c t i c a lu n d e r g r o u n de m p o r i u mb yu s i n go f t h eo p t i m i z i n gn e t w o r k se v a c u a t i o nm o d e l t h e nr e s u l t so fc a l c u l a t i n ga n d t h ep r o c e s so fc a l c u l a t i n gh a v eb e e nv e r i f i e da n da n a l y z e db y 山es l m u l e xs o f l w a r e k e y w o r d s u n d e r g n o u n de m p o r i u m n e t w o r k e v a c u a t i o n s i m u l a t i o n s a l t y e v a c u a t i o n c 4l a n g u a g e 沈日 冉l c 空f 业学完硕十学僦论文 第1 章绪论 目录 1 研究背景1 l 1i 地下卒 自j 的丌发进入e 速发展的新阶段 1 i 1 2 地r 商场火灾现状 1 i2 地下商场人员安全疏散研究的意义 3 1 3 本文 i j 宄内容 4 第2 章地下商场火灾特性分析 5 2 i 地f 商场火灾特点5 2 11 地忙商场建筑相比相同之处 5 2i2 o 地上商场建筑相比不同之处 6 22 地下商场的火灾危害性7 2 2 1 火灾烟气的危害性 7 2 22火灾烟气流动模型8 第3 章商场火灾中的人员安全疏散分析 1 0 3l 火灾i l 人员疏散模型的研究 1 0 31 1 外人员疏散模型的研究现状 1 0 3i2l l 内人员疏散模型的研究现状1 1 313 姐型疏散模型s i m u l e x l 2 9 介绍 1 3 32 火场一 j 八的心理行为特点研究1 4 32l b 外人员行为 心理的研究现状 1 4 3 22 i 内人员行为 心理的研究现状 15 3 3 安全疏敞影响因素分析 l5 3 3 l 凡的旧素 l s 3 32 机 的因素 17 333 物的闵索 17 沈n i 航空l l k 学院预 学位论文 3 34j 1 境的园素 l7 第4 章基于性能化评估的地下商场人员疏散模型 2 2 4l 建筑i 火性能化设计综述 2 2 411 我田地下商业空 1 1 j 防火设计现状 2 2 4 l2 化统防火设汁舰范的分折2 2 4l3 陀能化防火设汁的分析1 4 s i2 3 42 地r 商场人员疏散设计方法 2 4 421 性能化疏散理论及思路 2 4 422 凡员安全疏散准则 2 4 43 性能化外析巾的人员疏敞可用时间 a s e t 2 5 4 4 性能化分析中的人员疏散所需时间 r s e t 2 5 4 4 1 探测报警时问 2 6 442 城散准备时m 2 6 4 43 凡员疏敞运动时问2 7 45 网络优化疏敞模型 2 9 45i 横型建立的理论基础段相关问越分析 2 9 4 52l q 络疏敞模型的建立 3 5 4 53 地f 商场的空问模式化及 l t q t 构雌元疏散时问算法 3 6 454 i t q 络优化疏散模型的流程图 4 5 第5 章地下商场人员疏散实例分析 5 1 工种慨况 4 6 5 2 商场听 4 i 疏散时 日j 的计算 4 6 5 2l h 络模型简化图及参数设定 4 6 522 人员疏散运动i j f a j 1 算4 8 5 3 模 钭计算结果以及模拟过样验证 5 l 53 l 删计算结果的验证 5 532 商场划分情况的验证 5 2 鲨 堕 堕11 兰堡堡兰 5 33j 嘟 现蒙判断验证 5 2 5 34 置于顺窖走道船分剩余人数分析的验证 5 3 结论 5 4 参考文献 5 6 致谢 5 9 攻读硕士期间发表 含录用 的学术论文 6 0 沈h i 航空i 业学院砸七学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 地下空间的开发进入飞速发展的新阶段 1 9 世纪是桥梁的1 纪 2 0 世纪足高层建筑的世纪 那么2 1 世纪则是人类肝发利 用地f 空问的世纪 这已经成为目前一个普遍的共说 构建三维的城市 特别足地下 空删的丌技羽i 利川 是今后城市丌发的方向 已成为世界性发j 琏趋势 地下建筑是指建 造在岩层或l 层中的建筑 它是现代城市高速发展的产物 起缓和城市矛盾 改善 扛活 环境的作l l 止为人类丌拓了新的生活领域 地f 建筑按功能可分为军用 民用 防窀 工程 工业 交通和通信 仓库等建筑 以及地下公用设施 5 0 年代术期以来 由于经 济的发展和科学技术的进步 城市人口的迅速增加 环境污染f i 盏严重 能源危机以及 战争危险的存在 d i x 2 素的影响 地下建筑在阿本 美国 瑞媳 联邦德国 法国 瑞士 挪威 加拿人 叫 国等许多国家 有了高速度和太规横的发展 近年柬 一些发展中国 家也逐步看到其一1 的优点和商机 将地下空间开发作为一项新的经济发展项目 作为新 型国土资源 我 日地下空削发展步伐不断加快 规模也在有所扩大 许多大中城市充分 利用地下窀 l l j 建成了地铁 地下商场 地下民防工程等各种用选的地f 工程 数量越来 越多 功能也越来越广 尤其是地下商场的建筑面积高达几万平方米 甚至p 几万平方 米 使用功能也从单一的购物旋展到集购物 休闲 餐饮 娱乐 交通于一体的多功能 建筑 逐步造同大烈化 综台化笈屣 侧如广州新电视塔南广场将在原来的文化娱乐和 广场功能上 增加商业功能 7 万平方米的地下商场建设已纳入二期规划 据北京市人 防办的统讣数字 矗示 北京市p f i 地下空 b j 工程2 7 9 7 8 处 总使用面积2 0 0 0 多万平方 米 1 1 2 地下商场火灾现状 火灾是人类所面临的蛙严重的灾害之一 掘灾害损失的统计表明 在众多灾害中 火灾的直接损失约为地震的5 倍 仅次于 f 旱和洪涝 而火灾发生的频率则在整个灾害 之苜8 随着城f h 人e l 剧增 备类商业活动的广泛丌展 城市公众聚集场所巾的火灾事 故也迅速上y l 沈r 航空i 业学院碳十学位论文 城市公众聚集场所是指山f 人的活动集中 建筑或场所 如现代化的中高层饭店 写字楼 育场馆 繁华商业街 公阔 j 场等 人员稠密易于发生各种潜在风险的公共 宾馆 大型商厦 娱乐场所 j 珂吧 体 近年米 为适应经济发展和改革丌放的需要 许多城市都新建或改建了一批大型商 场 这些商场的经营范围广 商品种类多 其大多装饰豪华 商品高档 吸引了成千上 万的顾客 对繁荣 仃场起到了很大的作用 但在消防安全上也带来了许多问题 大型商场内人员密集 尤其是在耵假只期间更是人满为患 是人u 流动量最大的公 众聚集场所 地f 商场作为地下空间的种利用形式 越来越受到世界众多国家的重视 其规模往往较大 并且具有不同于地面建筑的独特的结构 更容易引起火灾 而且火灾 后不利于扑救和人员的安全疏敞 从而导致更严重的人员伤亡和财产损失 国内也不乏 地下商场发生火灾的例子 例如包头市东河区劝业商城少年龙地下商场发生重大火灾事 故 造成珈 商城期工程首层局部烧毁 二层全部烧毁 烧毁摊位2 0 0 多个 过火面 积约一千多平方米 直接经济损失 多疗元 就在该商城发生重大火灾事故后不久 再次发生了火灾 隔隅 憾静习曼亨 孵l 图1 1 乐山中心城区海棠广场地下商场内发生火灾 1 随着社会终济的发展和备种科学技术的进步 地下空间不论是在规模上还是使用性 质上都在不断扩大 但是由于地f 商场般是沿街建设 跨度大 自然空气流通不畅 经营商品可燃类物品繁多 加之节假h 客流量集中 一旦发生火灾 给人员 物资疏散 带来很大的困难 极易造成重大经济损失 发生群死群伤恶性事件 表11 至采13 为 1 9 9 7 年至2 0 0 2 年期叫我国地下空削的火灾情况 j 从表中可见 不论是从经济l 还 是对人身造成的伤害 二 地r 空间的防火安全都不可小觑 因此 研究和探讨地下商场 的火灾危险性和火灾特点 从而改进商场的防火安全 合理地提出防火对策 杜绝火灾 沈日i 航空i 业学院硕十学位论文 的发生对消防安食工作有着重要的意义 表11 1 9 9 7 年争2 0 0 2 年高层与地下建筑火灾次数统计表 嵌1 2 1 9 9 7 年至2 0 0 2 年高层与地下建筑火灾死亡人数统计表 表1 3 1 9 9 7 年至2 0 0 2 年岛层与地下建筑火灾造成的直接经济损失统讣表 1 2 地下商场人员安全疏散研究的意义 地下商场 时具有地上商场和地下建筑的特点 一旦发生火灾 如果没有有效的防 火措施 不能 f 放地遏制初期火灾 安全 迅速地疏散室内人员和物资 非常容易导致 人员伤亡及不 竹量的财产损失 严霞者甚至会影响社会的稳定和可持续发展 另外目 i i 国内公众没订接受经常性的疏散培训和演习 因而普遍缺乏心急疏散常识 因此合理 的建筑疏散i 5 汁技疏散计划方案对于保证人员的生命安全有极其重要的意义 同时如何 保护人员生命安全是最重要的防火日标 做好消防工作 设计及疏散计划方案对于保证 人员的生命安个匙一件关系到田家 集伴财产和个人生命安全的大事 合理的进行建筑 疏散分析研究 仃针对性地做好安全疏敞啦汁 加强疏散安全管理 也魁消防安全工程 的重要研究领域 对其消防疏散安争工作有着极其重要的意义 地下商场内人员高度集忆i 建筑面积和空r h j 结构较大 旦发生火灾 火势和烟气 蔓延较快 人蛐疏敞困难 容易造成严重的人员伤亡 当火灾发生时 商场内人群能否 洗日j 航空l 业学院硕 学位论文 按照事先计划好帕疏散路线和疏教方案响秩序的进行紧急疏散 全部安全的疏散到避难 空间或成功逃啦 这是评价建筑物防火i 5 计安全性的重要指标 周此 研究和探讨地下 商场的火灾危协性和火灾特点 有针对性地做好安全疏散设计 加强疏散安全管理 以 及火灾时的应0 疏散显得尤为重要 1 3 本文研究内容 山r 地下商场出口少 只有通过楼梯口处与外界报连 近似于一个封闭空间 导致 火灾时氧气供应艟不足 可燃物发烟量大 排烟困难 敞热慢 且烟的运动与人员的逃 生方向一致 椒易导致群死群伤事故的发生 分析和研究火灾情况下的人员疏散 为地 f 商场人员迅造撤离提供安全通道 是地下商场人员疏散中非常重要的问题 也是设计 中必须考虑的一r 坚问题 因此 围绕着火灾等紧急情况下建筑结构的不同特点 进行合 理的疏散设计并制定有效的疏散应急预案 保证在事故发生后能够利用现有的设施设备 组织人员进行技时疏散和救援 对于地下商场火灾情况f 的人员生命安全具有十分重要 的意义 本文性j 一前人研究的成果之上 主要进行了以下研究内容 本文主要内容包括 1 分析地f 商场有别于地上建筑的火灾危险特性及发生原因 并对地下商场火灾 的烟气的危害投烟气的流动特性进行简单的论述 2 对火灾情况下人员心理 5 乏行为方式包括工作人员和顾客的行为进行分析 结合 人机工程学理沦 对影响人员安全疏散的因素进行研究 并得出蜷于地下商场的火灾危 险状态时 日j 的判断条件 3 利 1 j 人帖群集理论和 i 口容量限制理论等建立了人员疏散的网络优化模型 并 结台商场的内渖持遍情 兑 将其划分为不同结构单元进行分析 分别给出算法进行疏散 时间的计算 许i 衄用c 语言将网络疏散模型进 j 编程 4 最后 以某地下商场为倒 对商场内的人员疏散进行了分析 对疏散模型进行 验证 并对以后的研究工作做了一些展望 洗 航守l 业学院硕七学他论文 第2 章地下商场火灾特性分析 地下商场是指建造在地面以f 具有一定规模 作为商业服务性质使用的建筑物 从建筑形式i 将娃划分为两种 一种是独立建酗q 地下商场 即人防工程建设的商用地 下建筑 也订 地下室改为的地f 商店 或由某种原因单独建造地f 商店而逐渐发展起 束的具有与地皿商场类似功能的地下商场 通常在其一侧或两侧丌设店铺和布置备种服 纷没施 中州为坑散走道 另一种是综合建筑附属地下商场 即利用建筑的地下部分 出于地f 商场人多是通过挖插l 的方法而获得建筑空间 只有内部空 日j 不像地面商场有 门 宙与 人气 越 它仅有与地面连接的通道作为出入口 由于地下商场其独有的建筑 结构 因此火灾也险性也远高于地面建筑 2 1 地下商场火灾特点 2 1 1 与地上商场建筑相比相同之处 i 建筑 积大 地下商场的建筑面积一股都比较大 有的甚至达四血打平方米 商场内更足设有各 种功能的服装 鞋帽区 h 用品区等多种服务区 可i 目琳琅满目 商品量也非常大 一旦发生火灾 损失也更加巨大 2 空间人 町燃物多 火灾荷载大 由于地下 惭场建筑空m 大 并且商场为了给颐客营造出一个华l j 丰富的购物空乩 追求良好的毫i 效果 小论是使用的装饰材率 自身的装修设计还是货架上放胃的大量 可燃 易燃向一 部在客观上增加了火灾荷载 尤其对于农物类商品 商家为了方便顾 客挑选 通常怂扯展示 虽然方便经营 节省空间 i i 却大大埔加了单位面积的可燃物 数量 很容易导致立体火灾 3 人i 蜒中 流动性大 地下商场米弛的顾客鞍多 人员流动性非常大 就算在一常营业期 1 如果稍有骚 动 都会引起地钆 旦发生火灾 顾客在慌乱中逃向 加之有些商场疏散楼梯位置隐 蔽 疏散楼梯扶带 拥挤的人流将给火灾扑救和人员疏散工作带来撤大困难 更容易发 生群死群伤事件 沈日 航空i 业学院硕十学位论文 4 j f i u i 殳备多 引起火灾的闵素多 大型商场酬符大空m 发展的同时 l 向着多功能方向发展 导敛火灾的因素也增多 商场除了萨常的商业j 力能外还兼有餐饮 娱乐等助能 多功能自然要求型多的用电设备 如安装在各爿玎t 的照明设备以及音响等用电设备等 如若设计 安装 维修 使用稍有 不慎 报容易0 发火灾 2 1 2 与地上商场建筑相比不同之处 1 导致抛乱因素多 山下地f m 空气流通条件较差 密闭性相对较高 火灾发生后可燃物得不到充分 燃烧处于阴燃状态 从而产生大量烟雾 加之商场单纯依靠排煳设施排烟 一旦澄生火 灾 商场内柙钺容易笼罩大片烟雾 造成能见度降低 另一方面 地f 商场没有自然采 光 平时的 f 常j l f 调就不能和地面建筑的自然采光同同而语 当仪依靠应急照明系统时 能见度将更怄 他人群疏散时产生惊慌 容易造成人员混乱 迷失方向 给灭火救援带 柬很火的难度 l m 地面空 日j 有自然的通上叽排烟和采光条件 发生次生事故的可能性和危 害都相对鞍小m l 2 没钉a 接向外丌启的门窗 近似于封闭体 地下商场通常没有直接向外丌启的门窗 与外界联系通道少 近似于一个封闭的空 怕l 因此1 i 能仃救地排除火灾产生的烟气及热量 火灾时产生的大量浓烟可能会很快充 满整个空 i j j 艘来说起火点附近的气温可达8 0 0 c 9 0 0 c 排出少量烟气后温度仍 可达6 0 0 c 7 0 0 c 这对疏散人员 物资和救援工作带来了揠大的困难 并且地下商 场内人员逃乍的口 线较少 疏散过程中人员的运动方向与烟气的流动方向相同 造成 人员疏散更i i i 删堆 3 火灾扑救嗣难 由于地r 商场胴燃产生的大量烟雾 造成能见度低 扑救人员不能直观地判断火灾 发生的音 位 态静 并且消防人员很难真宴了解内部的实际火灾情况和准确的起火部位 现场指挥人见厄法做出果断的决策 且消防战士与逃生人群会发生冲突 消防戕士1 i 能 狠快剖达出 l j 场 进入火灾现场的搜救人员通过牵绳的方法摸索前行 一 脱手 就 根容易迷失才向 反成为被控救人员 另一方而由于环境条件的限制 地下商场的出入 u 少 疏敞距离k 被团人员只能通过限定的出入口进行疏散 另外 商场火场中产生 沈刚航空i 业学院砸十学优论文 的大量烟雾小仅能析出大量的可毒气体 也容易影l 晌前沿灭火行动的迅速开展 加上封 闭结构的屏敲作用导致火场通讯不畅 这都加大了火灾扑救 疏散人员和物资抢救的难 度 4 j i 扩敞方向与疏敞方向相同 一般情况下 地下商场不采用自然通风方式 当地下商场发生火灾时 在垂直方 向上人员逃生方向与烟气扩散方向相同 而烟气的扩散速度一般比人步行的速度要快 人员几乎是在夫造的烟气中向上逃生 加上人员向上疏散运动时也更容易产生疲劳 这 也加大了安全疏教的难度 2 2 地下商场的火灾危害性 火灾的危害嗣然重大 但如果通过以往的火灾事故分析火灾发生的原因 掌握其规 律 从而对其进行防治和控制 电从另一个角度为保障人的生命和财产安全做出了贡献 i 此 本文对火灾的危害性进行仞步分析 由于燃料燃烧会产生大量的固态颗粒 液态或气相产物 尤其是火灾中产生的烟气 对人员造成极大的威胁 据统计 在建筑火灾中有将近7 5 8 0 的人员死于火灾中的 烟气危害 1 吲此火灾情况下的地下商场 主要考虑烟气对人员疏散影响所带柬的危害 2 2 1 火灾烟气的危害性 1 炳气的组成 烟气是物质在燃烧反应过程中生成的古有气态 液态和固态物质与空气的混台物 烟是出热解或燃烧作用所产牛的悬浮在气相中的可见的固体或液体微粒 台有烟的气体 叫做烟气 火灾t f t 所产生的烟气叫做火灾烟气 烟气的组成随燃料的不同而变化 由于 人多数可燃材料椰岔有碳 氢 氧 氯 硫 磷等元素 相应的燃烧产物为一氧化碳 二氧化碳 水蒸气 二氧化硫 五氧化二磷等 尤以一氧化碳和二氧化碳为最多 另外 地下商场中不论是装饰材料或是所销售的商品中都可能还有大量的合成材料 使燃烧和 热解产物更为复杂 2 地f 建筑烟气流动的特点 火灾烟气温度非常高 比重相对于周围的冷空气小 烟气由于浮力作用会向上运动 遇到顶棚时产 k 顶棚射流 现象 并且随着时 h j 的推移产生的烟量不断增加 烟在向 沈日i 航空i l k 学院硕十学位论文 上扩散的过韩1 遇到顶棚 墙面以及与房 l j 罩冷空气产生一定的热交换 热烟气会由于 增多和冷却曹嗽 j 逐渐向下蔓延 在顶棚下面形成热烟层 热烟气柱建筑物内蔓延对 出于高温的作用 会弓l 燃蔓延路径上的其他可燃物 并 出于烟的本 岔育未完全燃烧的物质 在蔓延的过程中 遇到充足的空气后会笈生新的 燃烧 因此 上筑内火灾容易引起轰燃 j 2 1 3 1 地下商场比地上建筑更容易出现 轰燃 现蒙 公安l i c i j t lj i l 消防科研所承扭的 九五 国家科技攻关课题 地下商业空 1 j 烟气流 动特性研究 n 进行等值5 0 0 k g 火灾荷载的实体火灾试验中 均出现了 轰燃 现蒙 地下商场的封闭性导致自然排烟和进m 能力差 即使小火灾也能够产生大量的烟和 有毒气体 并儿人员的疏敞方向与烟气的流动方向一致 火灾中烟气的扩散对人的威胁 大 给人员疏敞带来了很大的不利 2 2 2 火灾烟气流动模型 对地f 商场建立实尺模型或小比例模型进行研究足常用的方法 通过其体火灾实 验 取得实验数捌 通过对数据的整理 分析总结出火灾烟气特性 进行同类建筑的火 灾预测 近几十年把随着计算机技术的蓬勃发展 计算机仿真方法开益广泛地应用干人员 疏敞与火灾发胜过程的研究 特别是在建筑防火性能化设计中 人员疏散仿真模型与火 灾模型已经成为l 可或缺的工具 随着人们对火灾规律的了解加深和计算机技术的高速发展 建立数学模型进行火灾 烟气规律的仿照僻到了越柬越广泛的应用 在进行消防设计时 通常需要运用火灾模型 对建筑内发生火灾时的可能场景进行模拟计算 得到建筑内部区域的有关的火灾参数如 温度 燃烧产物浓度 烟气的高度等的变化发展情况 束得出火灾对建筑物内人员生命 安全造成威胁的 t f n j 等 火灾模型主要包括网络模型 场模型 区域模型和场区嘲复合 模型 网络模型把建筑物看成一个整体 而将其中的房i 刊单元视为一个控制点 备节点 口 用网络路径4 nj 生 再利用所需方程进行分 斤模拟 州络模型虽然使用比较简单 但肘火 灾烟气的处世r 法却卜分 h 糙 适甩十远高火区的建筑各区域之阃的烟气流动分析 场模拟方法源于计算流体动力学 c f d 的发展 它以数值求解一系列与质量 动量 能量和反应生成物守恒有关的偏微分方程为基础 场模型及其在建筑火灾场景分析应用 沈目 肌空i 业学硫硕十学位沦文 中的优点是能拒时间和空间上准确无谋地模拟动态火灾烟气运动 区域模拟h 法始于2 0 世纪8 0 年代 其基本思想是将所研究的空 日j 根据物理过程 的特征划分成少数区域 假设备区域中物理参数的空叫分布是均匀的 确定其对上述区 域的动量 质 i 能量和组分交换的影响 引入基本方程组 从而得到各区域的控制方 程组 经过分忻水解得到区域的物理参数随时间的变化过程 从数学 看 它是解常微 分方程初值耐越 区域模型注重整体效果 以适当的方程近似描述各个物理过程 简 化了方程组 l 成为国际l 火灾研究的重要方向 大多数研宄均采用的是区域模型 主 要程序有h a r v a r d c f a s t f i r s t b r l 2 等 区域模型将受限空间划分成上f 两层的两个拄制体 通过求解每层的质量和能量勺 恒方程得 温慢 烟气浓度等参数变化情况 场模拟将空阳j 分为大量小单兀 在每个单 元中部要求解t i 天方程 场模拟等给出烟气流动的精确值 比较真实的反映火灾场最的 特点 火灾功j j 模拟模型 f d s 就是一个对火灾引起流动的流体动力学场模型 软件 对于低速 热驰助流的定量 十算使j f j 那维尔斯托克斯方程 粘性流体方程 其侧重于 火灾产生的娴 c 和引起的热传输 通过燃烧可燃道具柬模拟火灾的发腱 用f d s 稗序 来计算密度 燃烧速率 温度 压力和烟气浓度等 沈n i 耽空i 业学院硕l 学位论文 第3 章商场火灾中的人员安全疏散分析 二十 t 纪 一匕十年代 随着火灾损失的增大 人们对安全领域的关注逐渐加深 疏散问题逐渐置刮世界各困政府的重视 支持和资助 参与火灾情况下人员疏散问题研 究的人数也人人增多 人们对这一问题的重视程度逐渐增加 也有越来越多的专家学者 丌始进行各种灾冉情况下人员疏敞的研究工作 从阿前的固际彤势柬看 自9 川事件 以来 固断1 器坦对人员密集公菇场所的麻急疏散 分重视 2 0 0 3 年美国和加拿大发生 的大规模停f u 事件以及英国伦敦地铁的停电事件 更加深了全社会对公共场所的应急疏 敞安全性能币坚性的认识 从返一段时删以来的各国的相关工作柬看 安全疏散i 作主 要从两个方嘶进行展开 即人员从危险区域疏散到安全区域所用的时m 和相关计算方法 的研究以及疏敞过程中人员的行为及心理特点等问韪的研究 3 i 火灾中人员疏散模型的研究 3 i 1 国外人员疏散模型的研究现状 虽早的疏救填型是基于单位出口宽度概念的流动模型 泼模型通过对实际火灾事故 的观测和进 峨敞模拟演习等途径获得通过单位出口的流量值 进而米计算人员通过出 门的时 日j 并 苷j t 作为疏散时i i l j p a u l s i b f 发了 有效宽度模型 他通过对人员在楼 梯上行走的研宄 得出平均疏散流魁与疏散宽度储于线性关系 平均疏散流量与单位有 效宽度人员数j 之 日j 届于非线性关系 并通过多次的疏敞演习提出了 有效宽度 边 缘教应 等慨念 1 9 9 5 年同本学青户川弹久二 鼬k u j it o g a w a 提出了计算建筑物内 人员疏散的经验公式 由十其便于计算至今仍被广泛应矸j 随着训算帆技术的发展 人们丌发了许多疏散软件用来分析建筑物内人员的疏散特 性 早期的疏散模型有s t a h l 阡发的b f i r e s 犊型 泼模型能够预测人员的紧急运动情 况 将建筑火灾剐牛整体抽琢成离散的时问框架 人员通过对周幽环境变化在相应u t l h j 节点做出决策和反应 b f i r e s 模 驰属于紧急火灾模型 适用于医院娄建筑中 早期的 疏放模型迁包括 a l v o r d 丌发n 目疏敞与救援模型等 蚯年米 疏敝模型的数量已经有 恩著的增加 亿2 0 0 4 的统训中 得到大约2 8 种不j i 司的疏散模型 并以人的行为复杂水 平为基础将这u 模型进行分类 包括运动模型 局部行为模型和行为模型 运动模型主 沈 f 航空i 业学院硕士学位论文 要依靠人的物删运动和建筑空间的物理描述束决定人员的疏般情况 计髀疏散时间 只 描述人员在建筑内从点到另一点的运动 主要的输出包括 总疏散时问 建筑内瓶颈 处的他臀 的流量等 这种模型缺乏对人员行为的精确模拟 逗亏 l 模型e 要有 f p e t o o l e v a c n e t 4 t a k a h a s h i sf l u i dm o d e l p a t h f i n d e r t i m t e x w a y o u t m a g n e t i cm o d e l e e s c a p e e 乎e s s p m e n t r o p ym o d e l 和s t e p s 局部行为模型土 要计葬人m 的运功 但也j t 始以一种相对简尊的方式模拟一世人员行为 如人员反应时 l j 的分缸 人儿特性 追赶行为以及烟气对人员的影响等 这些运动都是通过对人的行 为大量的脱褒数扒得到的 局部行为模型仃p e d r o u t e p a x p o r t e x i t 8 9 s i m u l e x g r i d f l o w 和a l l s a f e 等 行为模型除了结合人员在不同环境条什f 的决策和行为模拟 运动外 迁加入丁向特定目标的运动 他们通常都要考虑三种小h 的相互作用 即 人 与人 人与建筑物空问结构以及人与环境之问的相互作用街为模型包括c r i s p a s e r i b u i l d i g e x o d u s e g r e s s e x i t t v e g a s e s c a p e b g r a f l e m o n 等 根据 受灾人员在火灾发生时所表现出柬的q 理和心理特点和建筑物的特点 建立疏散时人员 行为模式 j 1 对蛭进行定性和定量的分析和计算 对避一步提商模拟的准确程度和心用 性具有重要的胖 参考价值1 2 0 2 1 基于模 w 物胖空叫的模化方法 人员疏敝模型还可以分为网络模型和网格模型 网 络模型通过悄络竹点表示房删等结构空间 不关心建筑的详细布局和大小 只关心建筑 并部分的疏散能 j 也不能表现人员的局部运动和人员之m 的柏互影l 响 而将所有疏散 人员与做一个j 针日特性的整体来考虑 比较有代表性的是c r i s p e x i t 8 9 w a y o u t 等模型 其r e x i t 8 9 1 2 1 1 适用于大型建筑 能够 r 踪单个人的行走轨迹 结合火灾与烟 气流动的模拟纳粜 还能够预测火灾产生的烟气对疏散人员的影响 网格疏敞模型是撖 据人员疏敞路狰的选择而占的 它址指将要疏散的单元 通常是陵结构单元的二维空 问 报掘模型秆l 计算需要 分为很多同格 辞个网格设置为有人和没人两种状态 冉 根掘一定的m i l j 进行模拟人员的行走口i 网格模型把建筑平面划分为咧格或者阿点 可 以准确的表示建筑物内部的几何形状和障碍物的位置 并且模拟过程中任意一个时刻 人员部有准确柏物理位胃 3 1 2 国内人员疏散模型的研究现状 我国进 r 立个疏散研究的起步较晚 但随着对防火安全的连渐重视 倡导以人为本 沈月j 航t f 业牛院砸十学f 论文 的理念 也j i 继f 1 1 现了关于火灾时建筑物中安全疏散模型的研究 在我国 九血 期问 国内有关科研 陶肝发了地下建筑的疏散模型 标志着我国在人员疏散这领域进入到 计算机数值模拟f j 究的阶段 近年永 从事人员疏散研究的高校和科研机构如中科大火 灾科学囡家匝 二则 奄 中i 蚓建筑科学院建筑防火研究所 公安部天津消防研究所 东 北大学 香港城 h 大学 浙江大学 武汉大学 西南交大和北京仿真 1 心等相继丌始进 7 了与疏散枷必的定量化理论的研究 而中国建筑科学研究院 公安部天津消防研究所 分别建立了 个地下商业街人员疏敞模型 均属于耕 咧格群体描述的最优化模型 州 北京城i 仃一 有害易燃易爆危 噎游控制技术研究叽d 结合所承担的多项科研项目 先后与中幽科技凡学火灾科学国家重点实验室和英国格林威治大学火灾安全工程研究 室合作 对心川几员疏敞 十算机模拟技术定量评价人员密集的城市媳型公共场所的方法 进行了研究和尝试口i 在地下商场疏散研究方面 刘文利 熊洪 李晓东 2 卅利用l 叫绍控制原理 建立了疏 i 踟甄测模型 模拟地下商业街建筑人员疏散行为 预测建筑人员疏敞所需时问及动杏模 拟疏敞过程 h 占刚 等丌发的f e g r e s s 则是在前人研究成粜的基础l 结台了地下大 型商场的实际竹况而丌发 川1 一计算地下大型商场的人员疏散 f e g r e s s 模型不仪考虑 了不同的人员 禽对人流疏散速度的影响外 还考虑了地下大型商场内不问位置发生火 灾对人员疏敞的影响 表31 是收集的人员疏散模拟软件 2 s 表3i 人员疏散模拟软件 沈月i 航空i 业学院顶e 学 奇 论文 e a c s 口本 美国 e x i t t l0鼍1日dosb a s i c s i m u l e x 坼措兰付费 w i nc w a 旧u i m 利哑 付赞 w i nc e x o d u s 诞国付翡 w 州c 抖 火炎中膳吣疏敞模砸 预 4 疏敞时问 高人员密度和廓火灾风险的建筑物 人员疏散模拟 考虑了人员活动元敏性 延迟响应时闻 路线选样 步迷 逆流 楼梯上f 及划气对人的冲m 一种基r 结点一拱j b 的人员疏散模 拟 处r 协始位置的人员桃展短的疏散路 线为目标 行为规则对所需疏散时闸和 i 幼具有强烈的影响 通过输入c a d 殴计的带坐标的多层 建筑平面幽米 辟个体疏散路线 川户只 需定义出口 山样序米模拟最佳疏敞路 线 升支持疏散场景实时重放 整丁定密度的人流步行速度的可 靠经验数据的模趔 计掉人员的可川疏敞 时间 辅入数据是建筑的儿f n 数据丰 人员 分布 计算结果可视化 是模拟建筑环境f 个体行为的疏艘 模弛 该镇 考l g 凡与人 人与韩粕 人 与环境的交付互作刚 能模拟大建筑空间 和火灾危险毒害环境f 人员疏散路线 模 拟结累支持虚拟现实的可视化 3 1 3 典型疏散模型s i m u l e x i 1 介绍 s i m u l e x 软件s i m u l e x 软件是由苏格兰集成 呵 境解决有限公司 i n t e g r a t e d e n v i r o n m e n t a ls o l u t i o n sl t d 的p e t e r t h o m p s o n 博士丌发 用米模拟大量人员在多层建 筑物中的疏敞 采用c 什语占编制 渡软件可以模拟大型 复杂几何肜状 带有多个楼层和楼梯的建筑物 可以接受 c a d 生成的定义单个楼层的文件 可以容纳上千人 用户可以看到在疏散过程中 每 个人在建筑物 1 4 任意一点 任意时刘的移动 仿真结求后 会生成一个包含疏散过程 详细信息的文水文件 s i m u l e x 把个多层建筑物定义为一系列 维楼层平面图 它们通过楼梯连接 从 每一个楼层进入楼梯的出口要在楼层平面窗口和楼梯窗口都指定 楼梯和楼层平面由 连接 连接 它放置在该出口的位置 模型中的人员可以通过连接从楼层进入楼梯 反之亦然 通过使川等距图可以为每一个人束获取其到出l j 的方向 等距圈绘制出了从建筑物 沈r l 航空i 业学院项 学 论文 的任意一点到 i 的示意图 不同的等距图存储在内存r 1 描述了到t f j 同最终出门的路 径 s i m u e x 髓拟了 部分心理厅面的东西 包括出u 选择和对报警的响应时叫 这些 心理因素的进步改进是模型发展的一个部分 山于s i m u l c x 软件的易用性 以及它能够较为真实地反映出疏散过程中可能出现的 择种情况 它l 经被越来越多地应用于工程的设计 评估工作中 成为性能化设计 评 t 工作的项仃力的武器 但是 年夸s i m u l e x 还没有尝试模拟能见度和毒性危害可能对人员产生的影响 此 外 需要改良 k 螳处理每个人心理影响输入函数的复杂性 这是s i m u l e x 软件将来的发 展重点 3 2 火场中人的心理行为特点研究 l 火火事一帔渊查结果显示 建筑设计以及建筑本身的设施缺陷会导致人员群死群伤 事故的发生 i 面火灾情况f 发生逃生失误行为也是造成人员伤亡事敞的重要原因之一 因此深入分析火灾情况下人的行为 更好的进行人员疏散设计 是确保火灾时人民的 命安全的有效选任 3 2 1国外人员行为 心理的研究现状 早在2 0 眦纪7 0 年代 国外就已经丌始丁火灾时建筑物内人员行为的研究 到7 0 年代术至8 0f f 代仞 召开了三次 火灾中人的行为 i 际研讨会 其标志性事件是坎 特 c a n t e r 戢 2 等将有关论文编辑成的 火灾与人的行为 f i r e a n dh u m a nb e h a v i o r 一书的正式i j 坂 睛示着火灾时的人员行为研究进入了初步发展阶段 伴随着性能化防 火设计i 兕范对 妓安全疏敞时问税点的认可 火灾时人员行为研究 领域得到究飞猛 进的发展 蚓q0 家w o o d 通过采访火灾幸存昔总结出火灾时人的行为表现 p a u l 姬过 对火灾时人的f r 山研究提 l 了人员疏敞过程包括开始准备疏散过程和运动疏散过程 且 于1 9 6 8 年埘楼睇的人流疏散进行研究和观察 推算出的人流疏敞到室外所需的时间 到了2 0 纪铷 科学家们丌始致力于人的行为特征的量化 著名物理专家h e l b i n g l 3 0 l 等人jr 发了社会山模型 他把人员的心理反应量化为作用力 添加到人员疏散模型中 陵模型还考虑 1 撞 挤压 恐慌等行为和心理现象 近年柬 对火灾中产生的有毒有 害气体对人员疏敞影响的研究成为一个新的热门课遥 沈日j 航空 业学院碗十学位论文 3 2 2 国内人员行为 心理的研究现状 国内对r 火灾中的人员行为和心理也进行了 系列的研究 但尚属起步阶段 东北 大学陈1 k 智教授段其学生进行的预舫火灾的科研从丌展以来至今 已有了长足的发展 例如张培红博l 对人员流动状态进行了观测分析 并对离敞状忐人员疏散行为进行模糊 推理 l 国外在人越疏散行为特征方面已经进行了多年的系统的分析 积累了比较丰富的数 据 比之f 我 目前相关数据的秘暴还相当薄弱 而我国在人群形体特征 行为习惯 和应急疏敞素养 面与发达国家有较大差异 人员疏散行为等研究尚缺乏 定的分析数 据 还需要迸 r 凡最的实测 观察工作 丰富数据的积累以提高 三l 我国人群为主体的人 员