人员疏散的建筑EXODUS模型.doc

武警学院本科毕业论文（设计） 人员疏散模型的建筑EXODUS模型及其应用性研究人员疏散的建筑EXODUS模型及其应用性研究【摘 要】 随着世界现代化进程的不断深化，高层建筑的数量和高度均不断提高，建筑物构造也越来越复杂。在其消防安全问题日益突出的同时，许多国家目前仍在使用的处方式规范设计标准越来越不适用。世界各国都提出了以性能为基础的设计标准。人员疏散作为性能化设计的重要方面早在二十年前人们就开始了研究，其中建立疏散模型是行之有效的主要方法。本文首先探讨了人员疏散的有关知识及影响人员疏散的主要因素，随即介绍了运用最广泛的模型之一：建筑EXODUS模型的基本原理和相关内容。该模型采用五个较为成熟的子模型进行模拟，不仅模拟人员与人员、建筑物、环境之间的相互作用，而且还对人员是如何被热、烟气和有毒气体等火灾危险物质吞噬进行了模拟。此外，本文还把建筑EXODUS模型对某剧场的疏散演习进行了计算，从而讨论其应用性。最后，分析了国外疏散模型在我国的应用情况以及我国的疏散模型研究。【关键词】 疏散模型、人员、疏散、逃生、子模型、运行模式、疏散演习1 引 言为了保证建筑结构的消防安全性能，各国有针对性地建立了一系列建筑设计规范，并且其已成为建筑设计者的设计标准以及消防工作者的监督依据。显然，这些规范对当前建筑空间设计产生了很大的影响。然而，随着社会的发展，建筑结构日益复杂，高层建筑的数量在我国乃至全世界处于猛增时期。规范已经越来越不“规范”，也就是说此类建筑就算消防安全系统的设计完全符合规范中的规定也不能保证其应有的安全水平，因为建筑中各部分之间的相互作用没有给予考虑。美国、新西兰、澳大利亚、瑞典、香港以及很多其它发达国家/城市正在慢慢淘汰以规范为基础的设计方法而是更倾向于采用性能化的设计。我国目前的消防工作还没有朝这方面发展，但是毫无疑问，性能化设计也是我国建筑设计的发展趋势。以性能化标准为基础的消防安全设计是一种更具理性的设计，人员疏散系统的设计是其中的一个重要方面用以解决人在建筑中的安全程度这个中心问题。对建筑中人员逃生模式进行模拟能够真实而有效地评价建筑物疏散系统的性能。因此，建立疏散模型可以说是建筑消防安全性能化设计的核心。现代建筑结构的复杂性决定了用简单的计算是不可能对逃生模式进行模拟的。随着数字化计算机的发展，已有二十多种以计算机为基础的疏散模型被不断开发出来或正处于开发之中。有一些模型甚至可以描述并显示出人的移动情况，比如EXODUS、SIMULEX、EGRESS和VEGAS等。它们为消防研究人员进行消防安全工程研究提供了很有价值的信息。现代采用性能化方法进行消防安全设计的复杂建筑中，建筑师或消防工程师可以采用疏散模型计算评价疏散系统的可行性与有效性。但是，很多现存的疏散模型非常复杂不适合建筑设计者们使用，只有少数一些模型可以运用于实际操作之中。本文所要介绍的建筑EXODUS模型即是其中的一种。EXODUS模型是一套软件工具，用于模拟多种场合下数目众多的人员的疏散情况。EXODUS家族目前包括建筑EXODUS、航空EXODUS和海运EXODUS，同时EXODUS的铁路版本正处于研究之中，此外还研究出vrEXODUS使EXODUS疏散情况用三维图像显示出来。显然建筑EXODUS模型用于建筑设计中，其是当前建筑设计的主要方法之一。2 火灾中影响人员疏散的主要因素及疏散模型的主要依据2.1 火灾中影响人员疏散的主要因素2.1.1 火灾中人员疏散过程通常把疏散过程分为预动作和逃生两个主要过程。（1）预动作过程开始于报警器或者其它线索向人们发出着火的信号，结束于人们开始向出口逃生的时刻。预动作过程又包含两个子过程：认识过程：它开始于报警器或者其它线索向人们发出着火的信号，结束于人对这个信号即将做出反应之时；在这个阶段，人们还在从事报警器或其它线索发出信号之前的活动（比如购物，吃东西，看球赛等），当人们意识到必须停止正常活动并对处于发展之中的险情做出举措之时，便是进入下一阶段的时候。响应过程：它开始于人对信号做出第一个反应，结束于人们开始向出口逃生的时刻；在这个阶段，人们开始了一系列各种各样的活动（收捡财物，找孩子及其他家庭成员，快速调查周围情况，警告其他人，灭火等等）准备逃离险地。有一点很重要：在预动作时期人们所做的事情范围非常广，包括移动，这里移动的直接原因并逃离现场，而是获取信息、购物等其它原因。（2）逃生过程开始于人们开始向出口逃生，结束于当人们刚刚到达安全地或离开建筑物。其是指人们为了离开建筑物或到达一个安全地带所做的向出口或通过逃生路线的有目的性的移动。分析逃生过程时应将人员从房间内到通往疏散通道的房门口的时间考虑在内，还需考虑人员在疏散通道上的前进方式。此处对疏散过程的分析事实上是对其实际情况的简化，在真实的火灾情况下疏散，人们的行为及其后果是非常复杂和难以预料的。但是，这种简化对理论分析与性能化设计具有很大意义，依此得出的疏散时间计算结果也是具有可信度的。同时，这种分析方法不仅用于个体还可用来分析建筑物中不同位置处群体的疏散情况。每个个体的预动作时间和逃生时间都可以测量出来（或者通过疏散公式计算），对于封闭空间的群体而言，预动作时间和逃生时间可以平均值表示或者用时间分布图来表示（取决于分析的复杂程度）。不同的封闭空间可以确定不同的预动作时间和逃生时间分布图。2.1.2人员疏散的影响因素人在疏散的过程，也是其他的人、火灾及其产物、所在建筑物和人自身对其疏散的作用和影响的过程。人员疏散影响因素都是通过对人的反应能力，逃生能力施加作用进而影响人员疏散时间从而决定人在火灾中的安全性的。人员疏散时间为预动作时间与逃生时间之和，其中，预动作时间很难定量，因为预动作阶段的时间主要取决于个人对火灾的主观认识和响应。此时，警报的作用非常关键。当建筑物的警报系统能够迅速唤起人们对火灾的意识，则相应的预动作时间较短，从而不仅使总疏散时间减少而且易于其定量。相反，警报系统性能差，人们对火灾的意识便可能更慢且不可预测，不仅延长总疏散时间且不易于其定量。警报方式最通常分为声音警报和警铃，警报器可安装在走廊内或是单元房内（公寓式住宅楼建筑）。声音警报，警报器安装在单元房内均更有利于缩短预动作时间。警报音量大小也是一个影响因素，80分贝的音量一般人便可以听见，但是对听力较弱的人员则需要100分贝以上音量。人员能否从建筑中顺利逃出或到达安全区域，选择正确的疏散路径非常重要。所以，建筑物尤其是公众聚集场所需要制定人员疏散方案图，并且对员工进行疏散训练，火灾时，由员工引导人们，指挥人们进行高效有序的疏散，这对疏散非常有利，大大缩短了疏散时间。在没有人指引的情况下，人们往往选择自己最熟悉的出口或者通往最熟悉区域的出口而不是最近的出口进行疏散，这样无序的疏散易在出口处出现滞流、拥塞等现象，对疏散是非常不利的。无可置疑，人员特征对疏散起着非常重要的作用，这里指的人员特征范围很广：性格、性别、年龄、健康状况、生理及心理承受能力，包括在某个特定时间所处的状态、对建筑物的熟悉程度等统称为人员特征。人对信号的响应因人而异，逃离现场之前部分人找年幼的孩子或年迈的父母一起走，部分人则忙着收拾钱财物品，还有人加入灭火战斗等等。这些主要由人的性格决定。因为性格不同，导致预动作行为不同，预动作时间也不同，从而影响总疏散时间。残疾人在公众聚集场所的疏散中因为会减慢他人的疏散速度使总体的疏散时间增长，在公寓式住宅建筑中，由于残疾人是在家中等待消防队员的救援所以对总体疏散时间没有影响。响警报时若人处于睡眠状态，或者注意力高度集中（比如看足球赛、做功课的时候）则对火灾的认识时间较一般情况下长，不利于疏散。生理及心理承受能力主要体现在人对火灾中热、烟气和有毒气体在生理和心理上的能力，人的生理和心理承受能力越强，就越容易逃生。男性、年轻力壮者逃生能力显然较强，但性别和年龄对建筑物的总疏散时间影响却很小。评估这些因素主要是通过计算疏散过程中的一些时间。消防安全工程设计的依据就在于对这些表征某些特征的关键性时间进行计算。同时在疏散模型建立过程中，这些影响因素考虑得越周到越合理，其计算结果也就越有价值。2.2 疏散模型的主要依据对人员疏散的模拟基本上可以分成两类模型。第一类模型仅仅考虑建筑其各部分的疏散能力，称为“滚珠”模型（也可称为环境决定因素模型），它将每个人都当作是只对外部信号产生自动响应的无意识的客体。在这类模型中，假定人逃离建筑时马上停止了其它一切活动。并且，疏散方向和疏散速度仅仅由物理因素决定（比如人群密度、出口疏散能力等）。第二类模型不仅考虑了封闭空间的物理特性，而且将每个人当作一个主动因素，考虑他对各种火灾信号的响应及其个体行为（比如个体响应时间，如何选择出口等），建筑EXODUS就是此类模型。基于计算机的人员疏散分析可以采用三种不同的方法：优化法、风险评估法和模拟法。假定居住者是以最有效的方式（人员特性和出口流动特性是最佳的，居住者选择的疏散路线也是最佳的）进行疏散，忽略了外部环境的影响和非疏散行为的模型即优化模型。此类模型适用于大量的人群或将所有居住者当作一个有共同特性的整体来考虑的情况，而不考虑个体行为。风险评估模型能识别出火灾时与疏散有关的危险或相关事故，并能对最后的风险进行量化。针对要求：表现实际的疏散行为和运动，不仅要得到准确的结果，而且能真实地反映疏散时所选择逃生路线和所做决定而开发的模型称为模拟模型，EXODUS模型即属此类。疏散模型必须表示出要进行疏散的封闭空间，通常有两种表示方法：精细网络法和粗糙网络法。在每种方法中，空间都被细分为许多小区域，每个小区域都与邻近的小区域相连。为了方便建筑设计者们的使用，建筑EXODUS等少数模型利用计算机辅助设计（CAD）平面图来建立疏散网，即此类模型能从建立在建筑平面图基础之上的计算机辅助设计图中获取几何信息和空间构造信息从而建立所需的疏散网状系统。3 建筑EXODUS模型3.1 综合介绍建筑EXODUS模型模仿了人与人，人与火灾以及人与建筑物之间的相互关系，能够跟踪每个个体逃往出口时的行进路线，甚至可以记录被热、烟和毒气等火灾危险物质吞噬的个体。该软件采用C语言和面向对象方法编程，并且使用基于准则的软件技术控制模拟过程。为了增强模拟的灵活性，这些准则已经被归类为五个相互作用的子模型：运动子模型、行为子模型、人员子模型、危险子模型和毒性子模型。它们共同作用于由封闭空间的几何形状所决定的空间范围。获取封闭空间的几何构形有三种方法：（1）直接从几何构形库中读取；（2）运用所提供的画图工具构建；（3）从DXF格式的计算机辅助设计图转化而得。获取后又可存入几何构形库中以备后用。在计算机内部，几何图的整个空间都是被覆盖在错综复杂的节点之下。这些节点是被一系列的弧线连接起来，大小为0.50.5m的正方形网格节点，每个节点均代表一个仅能容下一名人员的小空间，每一段弧线代表每两个节点之间的距离。人员沿着弧线从一个节点走到另一个相邻的节点。每名人员所选择的逃生路径是由他们与周围的封闭空间、其他人员以及火险的相互作用决定的。建筑EXODUS模型用二维空间网格和模拟时钟分别表示和衡量空间和时间的尺寸。建筑物的几何构形、出入口位置、内部小空间、障碍物等等均在二维空间网得到反映，同时该二维空间网在疏散的任意时刻都能将每个人置于准确的位置。若几何图形中包含复杂的楼梯，则用由楼梯相连的复杂网格来表示，且每一层的网状系统都由一个单独的窗口来表示。3.2 建筑EXODUS的子模型运动子模型：控制人员从当前位置到最合适的相邻位置的移动，或者如果没有合适的位置则在原地停止不动。描述了人员在空间内的运动情况，比如速度、超越、跨步或其它疏散运动。行为子模型：根据每个人员的特性决定其对当前所处环境的反应，然后将“反应”输入运动子模型。建筑EXODUS模型执行两种行为方式：普通行为和极端行为。普通行为即人员在可能做出适当移动之前一直处于等待状态。极端行为是指人员呆在原地等待直到无法忍耐（忍耐度由模型使用者定义），之后采取莽撞行动以致与他人发生冲突撞击。行为子模型有两种行为水平：局部行为和全局行为。人员对局部处境的反应取决于局部行为，而全局行为代表了人员的总疏散路线。全局行为包括人员从距他们最近或最熟悉的出口疏散（人员对建筑物的熟悉由模型开始运作前由使用者定义），并且使用者可以在模型运作之前就设计好人员的疏散路线，比如人员到达某个事先定义好的位置。虽然使用者可以设定全局行为，但是它仍可能因局部行为的执行而改变。人员对疏散警报是反应迅速还是迟钝，或者没采取任何行为、化解冲突、超越、选择必要的迂回路径等等都属于局部行为。人们对局部处境的反应情况部分取决于他们的特性。对于实质上一样的行为准则，多次运行模型得到结果也是一样的。人员子模型：将人员形容成定义的各种各样特性的综合体，比如：名字、性别、年龄、最大跑步速度、最大行走速度、对警报的反应时间等等。在整个模型运行当中，有些特性是固定不变的，而有些则会因为其他子模型的输入而改变。危险子模型：控制模型条件下的空气状况和物理环境并且控制出口的开关情况。它的主要任务是将热、烟气和有毒燃烧产物等火灾危险物质散布于空间中，使火灾危险物成为时间和位置的函数。该模型中的火灾危险物质可以是事先定义好的，也可以从其它相关方面的模型(火灾区域模型CFAST模型)中直接输入实验或数值数据。毒性子模型：决定了环境中有毒烟气（由危险子模型输入）对人员的生理影响。并将这些影响传输给行为子模型，最终表现在人员的运动上。EXODUS通过毒性剂量分数FED（FRACTIONAL EFFECTIVE DOSE）模型确定火灾危险物对人员的影响。FED模型假设火灾危险与人员吸入的烟气剂量而不是空间烟气浓度有关。该模型计算人员某段时间内吸入的剂量与使人员失去逃生能力或死亡的剂量的比率，并将所有有毒成分的比率相加。比率和达到不变时预测毒性开始影响人员逃生。也就是说，在建筑EXODUS模型中，FED趋于常数时，人员的运动能力、移动速度和敏捷将会下降从而使该人员更难逃出去。FED模型认为物理环境中的危险性与温度的升高、热辐射、氰化氢、一氧化碳、二氧化碳密切相关，并能估算人失去逃生能力的时间。图1 建筑EXODUS结构Fig. 1 Structure of Building EXODUS3.3 人群分析建筑EXODUS模型采用个体分析法，它允许用户设定或由随机方法确定个体特性，它可用于个人作决定和运动的过程。这个过程与个人的经历有关，但与其他模拟居住者无关，所以它能代表各类具有不同经历的人，其疏散以某种方式依赖于这些特性。定义个体居住者时，先考虑每个人的个体特性，然后为他指定一个行动，当然，这个行动也许是群体行为。通常建筑EXODUS系统内有默认的个体特性，需要时可以在此基础之上再定义。这种方法考虑到了个体特性、相互交流、个体对信号的响应、个体或少数人与其他人相互作用等疏散因素。能模拟事件对个体居住者的影响（例如：火灾烟气毒性的影响）。不仅能表示受影响人的比例，而且可表示老年人或残疾人等特殊人群的生存率。由危险子模型控制的火灾烟气在模型界面中是用灰色表现出来，通过毒性子模型中的FED确定人员是否达到烟气承受极限，若达到，则该人员会在模型中消失，并且消失点的地面上随之出现一个人体形状的红色印迹，代表某人在某处丧生。同时，系统会自动记录下来。3.4 行为分析为了表现居住者逃生时作决定的过程，建筑EXODUS模型采用基于准则的行为决定方法。其中所采用的行为特性会受人群特性和几何形状表示方法的影响。它允许居住者按照预先规定的一套准则来作决定，这些准则会在一些特殊情况和有效情况下起作用，例如某个准则也许是“假如人在一个充满烟气的房间里，他会通过最近的出口离开。”再如运行模型前设定不同人员的预动作时间不同。相应地，运行模型时，建筑物里同一个房间内当有人开始往出口走时，其他人可能还停在原地，人们开始向出口移动的时间是不一样的，这便体现了预动作时间的相异性。通过这种方式作决定会出现一个问题，即在相同的环境下会以某种确定的方式得到同样的决定，从而否认了在重现时结果正常变化的可能性。这也是模型需要改进的方面之一。3.5 运行模式建筑EXODUS提供了四个运行模式更好地对疏散进行模拟。每个模式必须按顺序运行才能模拟疏散过程。几何运行模式：该模式的作用是建立封闭空间结构图。在上文中已经提到有三种方法：（1） 用系统提供的活动控件手工绘制；（2）从DXF格式的计算机辅助设计图转化而得；（3）直接从几何构形库中读取。疏散人员运行模式：用于塑造疏散研究中需要的疏散人员。和几何运行模式一样，该模式下可以用活动控件定义人员特性。可以把整个人群或部分人员的数据存入用户定义库，以备后用。场景运行模式：该模式处理诸如出口疏散能力、火灾中存在的危险等模型中具体的场景问题。火灾中具体存在哪些危险可以从火灾区域模型CFAST模型的历史文件中输入而得；火灾发展情况在模拟运行模式下显示，比如到某个时间点开始出现烟气，某个时间段火在某个区域存在，等等。模拟运行模式：该模式使得模拟可以在批处理模式下进行也可以在人机对话模式下进行。使用批处理模式的优点在于程序运行速度快。但是，在人机对话模式下，软件运行时显示的是二维动画图象，使疏散过程清晰可见，同时可以重复播放、暂停以及快进、快退。而且，疏散可以个体模式进行，也即屏幕上显示的是一个个的人员；也可以人群密度模式进行，这时人群密度由屏幕上变化的颜色代表。一定范围内的场景有关数据(输入和输出数据)都可以保存在一个输出文件中以备日后查阅。3.6 常用辅助处理工具为了更好地阐明及表现建筑EXODUS模型运行后的结果，有一些数据分析工具运用于建筑EXODUS之上。askEXODUS用于辅助分析复杂的建筑EXODUS模拟。模型一旦完成，将出现大量的输出数据，askEXODUS可以从这些数据中有效地选择输出需要加以研究的具体数据。仿真后处理器vrEXODUS为模型提供了三维环境，使整个模拟过程像三维影片呈现，疏散人员在其中就如真人一样运动和相互作用。上文已经提到过的火灾区域模型CFAST(4.01版本)界面与建筑EXODUS模型界面相结合，CFAST模型中的历史文件可以直接输入建筑EXODUS模型的危险子模型中从而大大简化了对火灾场景的设置。目前建筑EXODUS模型的最新版本4.0已可以与CFAST模型的5.0和4.01版本结合使用。3.7 模型运行界面在开发vrEXODUS处理器之前，模型运行界面均是二维的，菜单栏上依次有“文件、编辑、工具、查看、帮助”等功能选项使模型能够模拟最真实的情况。工具栏下方的快捷键可以使疏散过程快进、快退、暂停、局部扩大。屏幕右上角显示由模拟时钟模拟的时间（计时器）和对应时间下总共疏散出去的人数。屏幕中央显示二维平面图以及人员，如上文所述，有两种方法来表示模型中的人。一种是以密度来表示，此时在建筑物的不同区域显示不同的颜色象征不同范围内的密度，比如以红色代表每平方米3-4人，以绿色代表每平方米1-2人；另一种是显示一个个的小点代表一个个人，小点划过的痕迹即是人的逃生路线。火灾发展情况也是以颜色来反映的，比如红色代表火焰，红色的深浅代表火焰的大小；灰色代表烟气，相应地其深浅代表烟气浓度的大小。若有多个出口，屏幕下方将显示每个时刻每个出口疏散的人数，并且可以做出每个出口的疏散人数与时间的函数关系图。整个运行过程，系统会记录下各方面的资料，包括每个出口的疏散人员情况（性别、年龄、是否残疾等）、总疏散时间等等。vrEXODUS处理器的运用使得模拟过程呈三维立体动画，快捷键“选项、运行、快进、停止、快退、重置”控制模型的运行，快捷键右侧显示疏散时间、对应时间总疏散人数和总死亡人数。屏幕其余位置均显示疏散过程，即建筑立体图以及其中走动的人，这里的“人”不再用小点表示了，而是和真人的体形身材相似的动画小人。该运行环境下的烟气略带透明感，并且人员死亡时会在死亡地点留下红色的人形痕迹，所以更加真实和直观。4 应用性研究4.1 概述某座有名的剧院正在为一场即将上演的戏剧进行排练，剧院内大约有600名观众，这时，在没有预先通知的情况下，有关方面在没有预先通知的情况下组织了一次疏散演习。现在此用建筑EXODUS模型对该剧院的疏散行为进行计算，并与疏散演习的数据进行比较。4.2 疏散演习这次演习是由剧院、当地消防机构及保险公司等三方面组成。除了直接参与计划的人员才知道即将举行的演习，一般工作人员和消防队都不知道。这座剧院相对而言是比较新的，主要材料是钢筋混凝土，正面由砖砌成。观众席设有750个座位，共17排。观众席的地面越往后越高，最后一排比第一排的座位大约高4米。每一排座位的两端过道大约有2.3米宽。在观众席的前部有两个3米宽的出口通往门厅。在观众席上还有四个1.2米宽的螺旋楼梯作为紧急疏散出口。图1给出了剧院的平面图。 图1 剧院平面图 Fig.1 Plan of theatre 在位于第三层的门厅有一个6米宽的开放式楼梯通往第二层的自助餐馆，从那儿有两个3米宽的开放式楼梯通往第一层即底楼，底楼有直接通往街面的出口。三层楼是开放式互相连接的，因而在丈量紧急出口时没有把连接的楼梯考虑在内。整个疏散过程用两台安在较隐蔽位置上的摄像机纪录下来了。表1按照录像带纪录把整个过程中发生的事件排列出来。表1 疏散演习中按时间顺序发生的事件Table 1 Events in evacuation drill ranged in time order 0: 00火灾报警按钮被按响，防火卷帘开始下降0: 25观众开始鼓掌，第一人开始离开0: 32防火卷帘落下0: 300: 47几十人（上百人）开始离开0: 47第一道广播通过广播系统进行广播1: 06第二道广播开始广播1: 10第一人到达底层3: 37最后一个人离开观众席5: 20最后一个人到达底层5: 25通过广播系统，观众被告知这是一次疏散演习，并且演习已经结束了4.3 建筑EXODUS模型计算建筑EXODUS（1.1版）是模拟在疏散时单人的移动情况，是以视窗为基础的。首先在建筑EXODUS程序的图解中，用普通的CAD程序画出了进行疏散的建筑的楼层几何平面图。每个楼层都是由一个用节点和扇面构成的网填满的。每个节点大小是0.50.5m，楼层之间都是由楼梯相连的。节点中有特别节点如说座位和障碍物。下一步，疏散者按几何学放置。对于疏散人员的特性，有很多种定义可供选择。通过执行程序，每个疏散者的移动情况就用图形的方式在计算机屏幕上显示出来了（如图2）。在模拟的同时还记录文字和数字。 图2 建筑EXODUS的运算 Fig.2 Operation of buildingEXODUS注：显示出了剧院第三层的观众席及其通往第二层的楼梯。由于平面对称性，计算时只针对建筑的一半。由于剧院的可用部分是对称的，只需要计算出半个建筑的数据就可以了。另外，疏散者的人数在这些计算中也要减半，即375人。并且其用标准设置重复计算了10次。第一个人到达底层的时间是5358秒，最后一个人是5分35秒5分50秒。表2 计算所选择的人员特性Table 2 Occupant characteristics used in calculation程序反应时间(秒)未受限的行走速度(米/秒)下楼梯的速度(米/秒)建筑EXODUS0-30(0-30)0.8-1.5(0.8-1.5)未受限的行走速度0.595注：第一组是“标准化的设置”，代表演习条件下的人员特性。圆括号内的是程序内置的“默认设置”4.4计算结果与疏散演习结果的比较 计算结果与疏散演习结果的比较主要体现在疏散过程的相关参数。表3显示了比较结果。表3 用建筑EXODUS计算出的从剧院疏散过程相关的参数Table 3 Related parameters of evacuation drill obtained by building EXODUS程序第一名疏散者到达时间（秒）总的疏散时间（分: 秒）750人612人建筑EXODUS555: 46（4: 50）演习70（6: 14）5: 30注：疏散总人数为612人，而计算机用750名来计，括号内为根据人数预计出来的数字图3和图4分别绘出了到达底层的人数与时间的函数关系图，其中，建筑EXODUS分别使用最接近疏散条件的设置和程序默认设置进行了计算。 0 50 100 150 200 250 300 350 400 图3 到达底层的人数与时间的关系Fig. 3 Relationship between the number of occupants getting the bottom and the time图中，纵坐标为：到达底层的人数， 横坐标为：时间秒。曲线为建筑EXODUS的计算结果，图中小三角形为演习结果。建筑EXODUS使用最为接近疏散条件的设置对到达底层的疏散人员进行计算。 0 50 100 150 200 250 300 350 400图4 到达底层的人数与时间的关系Fig. 4 Relationship between the number of occupants getting the bottom and the time图中，纵坐标为：到达底层的人数， 横坐标为：时间秒。曲线为建筑EXODUS的计算结果，图中小三角形为演习结果。建筑EXODUS使用程序默认设置对到达底层的人数进行计算。4.5 比较结果讨论计算结果表明，关于从剧院疏散时的移动情况的计算，与演习中所观察到的基本相符合，其可以从表和图上看得很清楚。程序能够成功地运用于真实的环境，还遵循以下几点：（1）在计算中所用的疏散人员的特性，应该与在实践中所遇到的越接近越好。设定在程序中的默认值不会总是正确的。（2）计算必须重复几次，因为与疏散过程相关的数据统计上会有变化。还要进行的是灵敏度的分析，把输入的数据稍加变化，看它对计算结果的影响如何，进而加以评估。5 国外疏散模型在我国的应用情况以及我国的疏散模型研究 建筑EXODUS模型目前应用于18个国家或地区，包括我国的香港和台湾地区。但是大陆地区还没有运用其进行性能化设计，确切地说是没有运用任何一种国外的疏散模型。除了地方研究所或是学校内的科研处，在消防工作方面我国在运用以计算机为基础的疏散模型进行性能化设计的记录为零。主要原因一方面在于我国的消防机构仍是以各类处方式的建筑规范对建筑物的消防性能进行评估及检查，另一方面我国对这方面研究的投入较国外少得多，起步也晚得多，对其重视程度亦不如国外。但是，利用疏散模型对建筑物进行性能化设计是全球不可逆转的趋势，我国在进行自己的研究同时，也将逐步引进国外先进成果运用到实际中来，比如建筑EXODUS。 在应用这方面软件时，要注意的一点是应该使用针对我国典型人群的相关数据。如上文所提，建筑EXODUS软件中的人员子模型对人员特性的设定本身具有一组默认值。显然，这组默认值与我国的人群特征有很大差异，因为我国的人群形体特征、文化 背景、行为习惯和应急疏散素养与西方国家有很大不同，人们在紧急情况下的疏散行为也与西方国家人群有不同之处。国外的疏散模拟软件中默认的是西方人的形体和行为特征数据，我国在应用时就必须输入符合中国人形体和行为特征的数据。 我国对人员疏散模型的研究目前处于起步阶段，国内已经研究出一些模型并且在国外的基础上考虑了更多的影响因素，比如中国科学技术大学火灾科学重点实验室对疏散中的亲情行为进行了模拟，但是这些模型均不成熟，还没有开发成模型软件，香港城市大学开发的空间网格疏散软件（SGEM）也处于不断完善之中。6 结 语人员疏散是性能化设计需要解决的重点问题，由于其核心涉及到“人”，人的思想是复杂多变的，人的行为具有可变性，因此研究它要考虑的因素非常多。疏散过程包括预动作和逃生两个过程，预动作又包括人对警报的意识和反应，这个过程的影响因素有人员特性、响警报时所处的状态等。逃生过程受火灾发展情况、逃生路线、疏散形式等的影响。所以计算疏散时间需要考虑很多条件与因素，仅仅手工列方程组进行计算是不现实的，以计算机为基础的疏散模型较好完成了这个计算任务。建筑EXODUS是当前运用最广泛，相对较成熟的模型之一。它的基本思想是将模型中的每个人当作主动因素，考虑他对各种火灾信号的响应及其个体行为，尽可能地接近实际情况。建筑EXODUS采用模拟法进行分析，表现实际的疏散行为和运动，在得到准确结果的同时把人员疏散时的逃生路线和对所处环境所做判断反映出来。该软件采用C+语言和面向对象方法进行编程，并且使用基于准则的软件技术控制模拟过程。模型的核心是五个相互作用的子模型：运动子模型，行为子模型，人员子模型，危险子模型和毒性子模型。运动子模型详细说明了人员在空间内是怎样运动的，包括速度，超越及其它疏散行为。行为子模型决定了人员对现状的反应，并将反应结果输入运动子模型。人员子模型对疏散人员赋予特性：姓名，性别，年龄，最大跑步速度，最大行走速度，反应时间等等，而且该子模型中的部分人员特性还将随其它子模型的输入而改变。危险子模型控制空间的气体成分以及物理环境，可以事先定义好，也可从火灾区域模型CFAST的历史文件中直接输入。毒性子模型确定人员受空气中有毒产物（由危险子模型输入）的影响，其影响结果将反馈到行为子模型中，最终输入运动子模型。建筑EXODUS模型的运行模式有几何，疏散人员，场景，模拟等四个运行模式，这些运行模式协助建筑EXODUS模型对疏散更好地进行模拟。并且，它与一些数据分析工具相结合，使得功能更加完备。askEXODUS的运用极大地简化并优化了模型的运算。仿真后处理器vrEXODUS使模拟在三维环境下进行，从而使疏散更直观，更真实。火灾区域模型CFAST的历史文件可以直接输入建筑EXODUS模型的危险子模型中，使原本复杂的火灾场景设置大大简化。从模型在某剧院疏散演习中的应用情况来看，该模型的计算结果的可信度较高，应用效果较好。我国由于消防机构仍是以各类处方式的建筑规范对建筑物的消防性能进行评估及检查，并且我国的疏散研究投入、起步以及重视程度均不如国外，所以不仅对国外疏散模型的运用较少，而且对这方面研究的力度还不够，这也是我国在性能化设计中应该大力加强的重中之重。参考文献1 S. Gwynne, E. R. Galea, P