绵阳南郊机场候机楼火灾风险分析与安全疏散研究

1、绵阳南郊机场候机楼火灾风险分析与安全疏散研究1、相关定义1.1、分阶段疏散的概念 大型商业综合体由于面积体积巨大,功能复杂,使得建筑内部疏散宽度、疏散出 口、疏散距离、疏散走道设计难以满足现行规范要求。对于人群众多的商业综合体, 这类建筑物采用局部或全体疏散方式并不可行,因而引入了称之为”阶段性疏散”的 疏散机制。在发生火灾的情况下,在建筑物内实施阶段疏散,这种措施已在多个国家 (例如美国和英国)被视为大型商业综合体的合理疏散方式,并出现在许多国际性规范 文献中。 对于面积巨大的大型商业综合体,发生火灾后对人员进行安全疏散时保证人员生 命安全十分重要的措施。研究表明火灾等紧急的灾害事件并不能直

2、接威胁到远离灾害 区的人员。而且疏散整栋建筑的人员难度非常大,且容易造成踩踏事件,如果建筑防 火、疏散设计合理,建筑内部消防设施完备,消防安全管理到位,那么火灾在发生初 期就被发现和及时扑灭,这种情况下,就完全没有必要疏散整栋建筑的人员。对于一 些较小的火灾,直接向着火区域以及相邻区域发出火灾警报,疏散这些区域的人群即 可。分阶段疏散应该在工作人员引导下完成。为了便于分阶段疏散的管理和诱导,以 及各自动消防系统如消防广播系统、疏散诱导系统等的联动控制。 分阶段疏散包括空间上的分阶段疏散和时间上的分阶段疏散。从空间上来讲,发 生火灾后,发生火灾的区域人员最先觉察到火灾,而后开始疏散。因此,结合火

3、灾发 展及蔓延规律,提出着火房间(区域)着火楼层其他楼层的空间分阶段疏散方案。 从时间上讲,人员疏散包括报警时间、响应时间及行动时间等。报警时间及响应时间 等为疏散行动开始前的时间,可以统称为疏散开始时间。 29 华南理工大学专业学位硕士学位论文 1.2、元胞自动机基本概念 元胞自动机是由空间上各向同性的一系列元胞组成,在有限元胞自动机的基 础上发展起来的,用于模拟和分析几何空间内的各种现象17。元胞自动机(Cellular Automaton),简称 CA,也有人译为细胞自动机、点格自动机、分子自动机或单元 自动机,是定义在一个具有离散、有限状态的元胞所组成的元胞空间上,并按照 一定局部规则

4、,在离散的时间维上演化的动力学系统。散布在规则格网(Lattice Grid)中的每一元胞(Cell)取有限的离散状态,遵循同样的作用规则,依据确定 的局部规则作同步更新。大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。 不同于一般的动力学模型,元胞自动机不是由严格定义的物理方程或函数确定, 而是用一系列模型构造的规则构成。凡是满足这些规则的模型都可以算作元胞自 动机模型。因此,元胞自动机是一类模型的总称,或者说是一个方法框架。其特 点是时间、空间、状态都离散,每个变量只取有限多个状态,且其状态改变的规 则在时间和空间上都是局部的。 具体讲,构成元胞自动机的部件被称为”元胞”,每个元胞具有一个

5、状态。这 个状态只取某个有限状态集中的一个,例如或”生”或”死”,或者是 256 色颜色 中的一种等等。这些元胞规则地排列在被称为”元胞空间”的空间格网上,它们 各自的状态随着时间变化。而根据一个局部规则来进行更新,也就是说,一个元 胞在某时刻的状态取决于而且仅仅取决于上一时刻该元胞的状态以及该元胞的所 有邻居元胞的状态。元胞空间内的元胞依照这样的局部规则进行同步的状态更新, 整个元胞空间则表现为离散时间维上的变化。 9 1.3、最佳机械排烟量的定义 在原烟流软件中,谢元一把最佳机械排烟量定义为36: memax = mij max (4.1) 式中,me max 为最佳机械排烟量,kg/s;

6、 mij max 为 t 时刻以前 t 时间段内着火室 i 涌入走廊通道的最大烟气 流量。 一般火灾的有效救援疏散时间为 6min 15min,超过了 15 分钟以后的排 烟对火灾救援是没有意义的54,所以原软件中取 15min 以前火灾涌入走廊的烟 气最大的流量为机械排烟量。 从上式可以看出,谢元一的最佳排烟量思想为排烟量等于产烟量,即认为 风机只要能够保证将着火室涌入走廊通道的烟气排出,则该建筑的防排烟系统 是能够保证安全的。在实际火灾中,排烟系统在排烟过程中要卷吸大量的空气, 因此,排烟量等于产烟量并不能说明该防排烟系统能够保证疏散的安全性。并 且排烟系统只要能保证火灾中人员能够安全疏散

7、,并不需要将着火室涌入走廊 通道的烟气全部排出,从这一点来讲上述思想对于排烟系统的初投资是不经济 的。 根据上述性能化的思想,何晟37针对具体的建筑物,把排烟量视为负质量 流量,使用建筑物烟流预测软件,以现行高规”负担一个防烟分区排烟或 净空高度大于 6 米的不划分防烟分区的房间时,应按每平方米面积不小于 60m3/h 计算”为基准点,将排烟量向大于 60m3/h 和小于 60m3/h 两边扩展,分 别计算出不同的排烟量时建筑物火灾过程中烟气流动的性状,包括温度分布、 压力分布、烟气浓度分布等,比较安全疏散性能判据(即在安全疏散时间内, 应保证疏散通道内的烟气温度、浓度等指标小于对应的临界值)

8、,进而得出机 械排烟量的下限值,同时,无论是考虑到经济性还是排烟效果,排烟量不可能 35 无限制地增大,当排烟量加大到一定的程度,室内负压增大,导致排烟效率下 降,排烟效果无明显提高,以此排烟量作为机械排烟量的上限值,即最佳机械 排烟量。 何的”最佳排烟量”的思想,是性能化思想在防排烟系统设计中的体现。但 何并未补充排烟量与排烟压差之间的关系式,仅将排烟量在质量平衡方程中视 为负质量流量,其计算结果是正确的,但增加了理论模型多次试算的工作量。 并未结合人员安全疏散,考察机械排烟的效果,也没有考虑多个排烟口的设置 对于排烟效果的影响。由于火灾发生的随机性,工程实践中,一个排烟系统通 常有多个排烟

9、口,单一排烟口的情况极为罕见,因此基于人员安全疏散,根据 不同建筑物火灾荷载,不同功能建筑,不同建筑结构考察机械排烟状态下设置 多个排烟口对火灾烟流的影响,具有重要的工程实用价值。 本课题基于人员安全疏散的原则,即防排烟系统必须保证人员从房间中离 开,经走廊逃离至安全地带,以及抢救贵重物资等活动所需要的足够时间。防 排烟系统能保证在只要可能有人活动的情况下,将走廊通道的烟气有效及时的 排出,使走廊通道烟气温度、烟气浓度、CO2浓度,CO浓度控制在一定的水平 之下。 最佳机械排烟量定义为:在安全疏散时间内,将疏散通道内的烟气温度、 烟浓度,CO2浓度,CO浓度等指标控制在不至于危害人体安全的范围

10、内的排烟 量(安全疏散判据见第3章)。 1.4、网格状态及属性定义 行人通行空间和设施主要分为两大类:行人可通行区域和行人不可通行区域。其中 行人不可通行区域是指墙壁和杂物等。行人无法进入这些边界或者区域之内。建模时, 要把行人所处的环境空间抽象成二维的平面,然后根据环境尺寸的大小以及单元格的大 小把二维平面空间分割离散成空间。 仿真开始时,智能体中存储的与环境相关的属性以及仿真运行过程中和行人自身相 关的属性一般部保存在每个单元格中。前者主要用来描述行人步行空间的各种不变特 征,一般指障碍物,出入口的位置坐标,以及单元格距离出入口或者决策点的距离信息; 后者往往是动态变化的,指在仿真过程中随

11、时会根据情景变化的信息,比如单元格的满 和空状态、动态决策点位置、当前行人与目标方向的角度等。在这些静态和动态的属性 当中,有些是用于判断的约定的标记(例子表 4-2),有些是要进行算术运算的具体数值。 表 4-2 单元格取值示例 单元格取值 意义 0 未占据 1 墙体 2 出入口 1.5、邻域定义 所谓行人邻域,是指在各向同性的前提下,给定速度的行人在一个时步内可以达到 的范围(以所处网格作为位置中心标识)。行人邻域是行人单步行走决策的下一步位置 搜索范围。本文将行人的速度定义为给定距离 1,时间间隔可变,也就是上一节中提到 的 。由于行人活动范围的限制,行人每走动一步只能移动到相邻的某一网

12、格,故 采用 8 邻域,即 Moore 邻域定义。行人周围加上自身当前位置,共有 9 个可选的位置作 为自己的下一步的候选位置,行人要么原地等待,要么向自己周围的 8 个相邻位置中的 一个移动,见图 4-7。 图 4-7 Moore 邻域 4.8 仿真平台 Repast Simphony 简介 1.6、定义 乘客额:系指船上所载运的最大乘客数。 阻塞条件:系指脱险通道或处所最大允许乘客密度,其值定为3.5人/m2 。 反应时间(A):系指乘客知道弃船处境并采取行动的时间。它计自乘客 听到最初的通知(例如报警)至乘客已经接受这一处境并开始向集合站行进 为止。 行进时间(T):系指船上所有人员从接

13、到通知并向集合站移动直至到达 登乘站时间。 登乘时间(E)和降落时间(L):系指登乘时间(E)和降落时间(L) 之和,它被定义为弃船撤离船上所有人员所需的时间。 1.7、火灾风险的基本概念 关于风险(risk)的定义有多种表达,目前国内外学者对于风险的定义一直没有 统一。其原因在于不同的研究领域,人们对风险所关心的角度不同。例如,1981 年 美国风险分析协会建立时成立了一个专门委员会来定义”风险”概念,工作 4 年之 后提出了 14 种风险的定义,并说明不太可能取得统一27。风险具有两个基本要素: 危险趋势(exposure)和危害后果(undesired consequence)。趋势就是

14、风险变成现实 的不确定性,也就是发生破坏性事件的可能性和概率。危害后果从人员伤亡、财产 损失,到生产中断、合同终止、环境损害、文化设施破坏等无形损失都是潜在的危 险。如果危险趋势变成现实,这些危害后果也就变成现实。所以,当我们说火灾风 险时,就是指损失的不确定性。因此,风险比较通用的定义是:风险是对某事件引 - 11 - 起人的生命、健康、财产和环境遭受潜在危害后果的认识,其大小用事件发生的概 率乘以事件后果的期望值来衡量28。 一般将火灾风险定义为潜在火灾事件产生的后果及其发生的概率,用以下数学 公式表达: R= (P C ) (2-1) 式中,P 为火灾发生概率,C 为事件产生的预期后果。

15、 1.8、火灾调查的概念和特征 火灾调查有广义和狭义之分。广义的火灾调查是指有权机关为认定火灾原因、 查明火灾责任而进行收集证据、分析火灾事实的活动。狭义的火灾调查仅指依据消 防法等法律、法规的授权规定,公安消防机构通过调查访问、现场勘验、物证鉴 定等方法,分析火灾原因、认定火灾责任,对火灾事实依法进行处理的过程。本文 研究的是狭义的火灾调查,是公安消防机构为了查明火灾发生的原因、根据造成损 害的程度、范围,确定事故的性质和判明火灾当事人责任而依法进行的一系列活动。 火灾调查具有如下特征: 1、主体的独占性。火灾调查的主体只能是公安消防机构。依据消防法第4 条之规定,公安消防机构是我国消防监督

16、管理的法定执行机构,作为消防监督管理 工作重要环节之一的火灾调查,是消防法赋予公安消防机构的法定职责,只能 由公安消防机构负责实施火灾调查,除法律特别规定以外,其他任何组织或个人都 不具有火灾调查的主体资格。 2、内容的复杂性。调查的复杂性源于火灾的复杂性。首先,一起火灾的发生必 然在一定的时间、空间内与特定的人、物和事发生联系,引起客观环境发生变化, 这种联系与变化导致了火灾现象变化多样,火灾原因复杂隐蔽。从火灾发生、发展 的客观情况来看,即便引发火灾的原因相同,由于起火时间不同,燃烧时间长短不 同,最先起火地点与部位不同,建筑物布局与结构不同,火源电源所处位置不同, 现场存储物品种类与陈设

17、不同,也会使两起火灾原因相同的现场在蔓延方向、烧损 程度、痕迹物品特征上呈现出很大差异。其次,火灾可以在任何场所发生,这些场 所包括工矿企业、各类建筑物、森林草原、各类交通工具等。仅从生产企业的类型 来说,可能有机械的、化工的、电子的、轻工的、冶金的,这些不同类型生产企业 发生的火灾会呈现出完全不同的特点。最后,火灾的破坏作用隐蔽了火灾现场各种 痕迹、物品与火灾事实之间的因果联系。由于火灾本身在燃烧过程中有很强烈的破 坏作用,加之在扑救过程中不可避免的对火灾现场进行了一定程度的破坏,使得火 灾现场的各种痕迹、物品与火灾事实之间的联系被隐蔽了起来,甚至由于部分痕迹、 物品的损毁、消失,阻断了这种

18、联系。 3、方法的推理性。所谓推理就是从已知推断未知的过程,火灾调查也是这样 个过程。这里的已知是指经过现场勘验、调查访问等活动收集到的能够反映火灾事 实的各种痕迹、物品、证人证言等。未知则是指火灾原因、火灾发展、蔓延、扩人 的过程等事实。没有推理,就无法对通过调查获知的各种事实加以辨别和认识、也 需要注意的是,在要求行政机关有足够权威保障职权顺利履行的同时,也要求行政机关是一个守法的机关,因此,这种强制小是绝对的。在火灾调盘中,公安消防机构不能任意强行实施调查或采取其他调查措施,只有在相对人阻碍或抗拒调查时,才会导致强制措施的实施,这是强制性的前提与基础。 参见姜明安主编:行政法与行政诉讼法

19、,北京大学出版社、高等教育出版社1999年9月版,第128页。 参见张树义主编:行政程序法教程,中国政法大学出版社2005年8月版,第135页。 参见英彼得 斯坦等著:西方社会的法律价值,中国人民大学出版社1990年7月版,第97页。 参见公安部消防局编:中国消防年鉴,中国人事出版社2006年10月版,第1页。中国政法大学硕士学位论文 火灾调查制度研究 境等因素的内在联系,从宏观上掌握一段时期内火灾发生的特点、规律,为国家掌 握准确的火灾信息,制定中长期的防火安全对策奠定了基础。 (二)总结经验,避免同类火灾的发生,并为制定消防法规、技术规范等 提供依据 通过准确地认定火灾原因,判断火灾性质,

20、总结火灾发生的经验和教训,研究 火灾发生的特点和规律,可以发现尚未发现的火灾隐患,防患于未然,也可以改进 生产工艺,采取相应的防范措施,避免类似火灾的再次发生,减少人员伤亡和财产 损失。同样的,通过详实的调查工作所获得的信息与数据,可以更全面的为相关法 律和法规的制定提供可靠的依据和参考。可以想象,在降低火灾频率和火灾损失所 取得的进展中,有很大一部分成绩要归功于各种安全法规与规范的不断健全,而这 些法规与规范制定的重要依据就是源于每一起火灾调查后获得的有价值的信息。例 如,钢结构建筑发生火灾后常常造成重大的人员伤亡,与通常人们对该类建筑安全 性能的认识反差很大,通过对这类建筑火灾的调查分析,

21、人们才开始认识到没有经 过防火处理的钢结构,在火灾中耐火性能是非常脆弱的,导致该类建筑物在火灾发 生后很短的时间内就发生了垮塌,造成重大的人员伤亡,由此也促使钢结构建筑设 计安全标准的改进,提高了此类建筑的防火安全性能。 (三)可以有效地指导防火工作、改进灭火措施 从火灾调查与防火、灭火的关系上说,火灾调查工作与两者既有密切的联系, 又存在明显的区别。防止火灾发生是消防工作的基础,火灾扑救则是针对现实发生 的火灾所能采取的最直接措施,而火灾调查正处于连接”防”与”消”的关键位置。 通过火灾调查,总结火灾发生、发展的规律,可以制定本地区的防火对策和工作重 点,有针对性地加强消防监督检查工作。通过

22、火灾调查,也可以逆向地对火灾控制 过程进行反思,可以总结灭火工作的成败得失,为改进灭火工作提供素材和经验, 为调整灭火作战计划,增加新装备,研究新战术,采取新对策等提供依据。 (四)可以为依法追究火灾责任提供证据 火灾调查最根本的目标在于查清火灾发生、发展的原因,为预防未来火灾的发 生,消除火灾安全隐患服务。作为实现这一目标的手段之一,惩戒火灾责任者在一 定程度可以起到预防火灾发生,提高人们安全意识的威慑和警醒作用,另一方面, 也可以起到维护受害人合法权益的作用。不过,绝大多数火灾不是人们期望发生的, 预防未来火灾、消除火灾安全隐患远比追究火灾责任重要得多,从这一点讲,仅仅 依靠惩戒的方式来降

23、低火灾造成的损害显然是不现实的,违背了事物发展的客观规 第一章火灾调查的概述 律,应该正确认识和定位惩戒与预防之间的关系,使之相得益彰。 (五)为消防信息服务提供重要的素材与渠道 详尽真实的火灾案例和全面细致的致因分析,可以使公民更近距离、更全面的了 解火灾事实,充分认识预防火灾,提高防火安全意识的必要性,也是公民了解国家 消防制度、明确政府与公民消防安全权利与义务的信息渠道。 参见中国社会科学院语言研究所词典编辑室编:现代汉语词典,商务印书馆2002年1月新1版(增补版)第1549页。 参见张正钊主编:行政法与行政诉讼法,中国人民大学出版社1999年12月版,第42页。 参见胡燕飞:试论公安

24、行政处罚主体和公安行政人的条件,公安学刊2000年第1期,第20页。 在公安机关内部能够以本部门名义独立实施行政管理职权的部门有:公安消防机构、公安边防部门、交通管理部门,以及公安派出所等。参见沈承祖主编:公安行政法学,浙江大学出版社2006年2月版,第66页。 姜明安教授认为被授权组织应具备四个条件:相应组织与所授权的行政职能无利害关系;相应组织应具备了解和掌握与所授权行政职能有关法律、法规和有关技术知识的人员:具备所授行政职能行使所需要的设备与条件;对某些特殊行政职能,被授权组织还应具备某些特别的条件。应松年教授、薛刚凌教授则认为还应补充两个条件:一是该授权组织不是实质意义上行政机关;二是

25、该授权组织应具有法人地位,能够独立承担其行为的法律责任。参见应松年、薛刚凌著:行政组织法研究,法律出版社2002年10月版,第99页。 行政权作为一种有强制力的支配力量,天然地具有一种反制约的本能,对其易于滥用、膨胀之倾向的遏制,离小开法治化的程序界限,这种预设的行为轨道无疑有助于行政的统一和连续,有利于维护相对人的合法权益和社会公共利益。参见张慧平:行政程序法基本原则研究,河北法学,2004年1月第1期,第79页。中国政法大学硕士学位论文 火灾调查制度研究 少于两人。询问笔录应当由被询问人核实后签名或者盖章,调查询问人员也应当签 名或者盖章。第23条规定,现场勘验结束后,火灾事故调查人员应当

26、及时制作现场 勘查笔录、现场图、现场照片等客观反映火灾现场情况的记录。不过,公布实施于 1999年的现行火灾事故调查规定全文仅四十条,涉及规范调查职权的条文也不 过十三条,不但在结构体例上设计的不够严谨、科学,在具体的内容上也规定得相 当粗陋。例如,有关调查程序、证据等核心内容散见于规定第四章内容中,没有独 立成章,有关现场勘验、物证提取与鉴定的规定也相当简单,对火灾刑事案件侦办, 损害赔偿调节等调查中出现的新问题也未加以规范。这些问题的存在,既不利于公 安消防机构依法履行调查职责,也会造成调查的随意性,严重影响调查质量,火灾 调查程序规定的修改迫在眉睫。 (三)违法行使调查职权应当承担的法律

27、责任 完整的合法性原则不仅包含拥有合法调查职权的主体依法行使职权这一最基本 的内涵,还应包含违反上述要求时,应当承担的法律责任。因此,追究违法责任, 既保证调查当事人在合法权益受到侵害时依法能够取得救济,也促使调查主体正确 履行自己的职责,是合法性原则不可或缺的组成部分。例如,根据火灾事故调查 规定第34条之规定,公安消防机构及其工作人员有下列行为的:(l)指使他人错 误认定或者故意错误认定火灾原因、火灾事故责任的;(2)调查认定火灾原因、火 灾事故责任有严重失误,造成重大影响的:(3)利用职务上的便利,索取他人财物 或者非法收受他人财物的;(4)其他滥用职权、玩忽职守、拘私舞弊,致使国家和

28、人民利益遭受损失的,依照中华人民共和国警察法和中华人民共和国行政监 察法的规定,给予责任人员相应的行政处分。如果上述行为情节严重,构成刑 法第397条规定之滥用职权罪、祠私枉法罪、拘私舞弊罪的,由人民检察院立案 侦查,并追究其主要负责人员和其他直接责任人员的刑事责任。 1.9、火灾风险评价的概念 2.1.1 风险和风险评价2.1.1 风险和风险评价 所谓风险,就是在出现某种不良的状态或不测的事故后,所产生的直接或间接损 失。风险的概念源于经济学,当今已经被广泛应用到了包括管理科学、灾害科学、环 境科学、经济科学、社会学等逐多学科领域。现在人们所指的风险是广泛意义上的风 险定义,即指某种事故发生

29、和后果的不确定性(陈晓军, 邓志华 等 2000; 黄锐, 杨立 中 等 2002; 陈国华, 张静 等 2006; 冯广益 2010)。如上所述,单纯地对风险进行考 虑,要同时考虑到两个方面内容: (1)危害后果,主要指危害程度和损失大小:风险程度的大小与可能造成的损 失大小成正比关系; (2)发生机率,主要指发生损害的难易程度大小:通常是用某种损害发生的概 率大小来描述的。 所谓风险评价,就对某种事故发生和后果不确定性的综合评价,即是对各种事件 发生的概率所进行的综合估计。根据风险定义,风险评价被广泛意义地定义为”是指 以实现系统的安全为目的,按照科学的程序和方法,对系统中的危险因素、发生

30、事故 的可能性与可能的人员伤亡和财产损失情况进行调查研究和分析论证,从而为评价系 统的总体安全性及制定有效的预防和防护措施提供科学的依据”(陈国良, 曹建旺 等 2004; Yung 2008; 邓迎春 , 李峰 2010)。可见,通常所说的风险评价概括地说就是 通过分析和预测事故发生所可能造成的人员伤亡和财产损失等后果,对其进行计算和 评估,得出评价结论来判断该系统的整体安全性能否在接受的范围内。如果不能达到 安全要求,就要针对研究对象的风险因素来提出改善措施,有效降低系统存在的危险 性。风险评价往往根据评价的目的和研究对象不同,在指标的选取上也会灵活多样各 不相同,得到的评价的内容便可以随

31、之丰富多样。 11 1.10、昆明机场网络定义 图 2.7 机场平面图 昆明机场网络机构如上,平行滑行道与跑道之间间距 180 米,跑道与滑行道 之间一共六条联络道,道口标号分别为 A、B、E、F、G、H,均为垂直联络道, 除两端的两条联络道,在距离 A 端 725 米、1430 米、2200 米、3000 米处各设有 四条联络道。 根据昆明机场运行规则,可定义节点如下: (1)可等待点N TH 为节点 2,3,4,5,6,7,8 capni=1, i = 2,3,4,5,6,7,8 ; 1 2 3 4 5 6 7 .:节点; 1,2 7:连接; 16 capn 8 = 4 ,当超过 4 架飞

32、机在节点 8 排队等待起飞时,将不允许离场飞机从 停机位滑出,直至放行,放行时,在节点 8 前等待的飞机可以依次起飞,每起飞 一架飞机,可允许一架飞机从停机位滑出。 (2)不可等待点为节点 1,即Ei ,wt= 0, i = 1 (3)跑道着陆点N ER ,昆明机场基本为节点 1,则Ei ,wt= 0, i = 1 ,同时也是进场飞 机起始点O ( w) ; (4)跑道入口点N AR ,昆明机场即节点 8; (5)虚拟节点N F :即图中点 3,4,其中 S2,3= 200 m ,S 4,5= 20 0m 在滑行过程中,为了保证飞机运行安全,前后飞机在需保证一定的最低距离 间隔,因此,可以通过

33、增加虚拟节点N F ,即节点 3,4,以滑行安全间隔为标 准,将滑行道划分为不同的安全区间。 不同机型间隔标准如下: 表 2.1 航空器地面滑行最小间隔标准(米) 前机 后机 重型 中型 轻型 重型 300 200 100 中型 300 200 100 轻型 300 200 100 1.11、适用于枢纽机场的基本航站概念 旅客航站的设计必须与跑道滑行道系统,站坪构形,以及进场系统相关联, 这些区域范围和位置是由机场的总体规划来确定的。 国际航空运输协会编写的机场设计参考手册指出: 旅客航站概念选择的一般原则包括: 旅客易于进入航站楼,航站楼内行程顺畅; 使旅客从停车场到航站楼的步行距离最短,特

34、别是从旅客交运行李装置处 到上飞机,反之亦然; 在航站楼内,尽量减少旅客转换楼层; 避免流程的交叉; 当旅客不能从航站楼步行到飞机停靠位置时,旅客及其行李的运输距离应 可能的短; 尽可能大的灵活性,以适应现有的飞机性能和未来发展的机型; 设计模式化,以使各子系统扩建时,允许旅客流程的规划和变化有发展的 可能性。 通过前文的分析比较,可以发现,与一般的机场规划相比,枢纽机具有很多 自身的特点。其中,在航站功能方面对选择航站概念影响最大的有:旅客流量大、 中转比例高、发展速度快,扩建及改建灵活性要求较高。因此,枢纽机场航站概 念的功能评价的主要原则为: 1. 容纳大旅客流量的短距离登机的原则; 2

35、. 中转流程高效便捷原则; 3. 可持续发展快速灵活原则。 根据以上的原则,几种基本航站的特点进行比较可得,适用于枢纽机场的基 本概念有:前列式、指廊式、卫星厅以及单元式。 其中,单元式航站概念是一种比较复杂的航站概念。上述各种概念都有许多 种变化形式,规划一个机场中单元式的航站楼可以是上述多种概念,不同形式的 组合体(如卫星厅式、指廊式、前列式等)。每个单元的功能都是独立的,而且 可以根据需要来建设。单元式的候机楼还为将来扩建提供了灵活性,新的单元在 构形上可以与老的候机楼完全不同,从而适应飞机尺寸及技术上的变化以及航空 公司的要求。 26 1.12、枢纽机场旅客航站区的概念设计 航站概念主

36、要是指航站楼或航站综合体与飞机及整个机坪的位置关系及联 系方式。 旅客航站区是庞大的机场组成体系(包括公路、停机坪、飞机滑行道等)的 11中国民用航空局修建司译印,机场规划手册,第一部分总平面规划:P2 19 2、相关背景2.1、地铁安全现状及火灾疏散研究背景0 年的历史。1863 年世界上第一条 地铁伦敦大都会铁路(Metropolitan Railway)在英国伦敦建成通车,标志着城市 轨道交通方式的诞生。在不同国家、不同发展阶段内,凡经济发达的国家与城市 都建有地铁。地铁已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平及现 代化的重要标志。 中国第一条地铁是北京地铁,始建于 1965

37、年 7 月 1 日,1969 年 10 月 1 日 建成通车,全长 23.6 公里,共设车站 17 个。目前,全国已开通或正在规划建设 地铁的城市达十多个,如香港、广州、上海、天津、青岛、重庆、哈尔滨、深圳、 沈阳、大连、武汉、长春、成都、杭州、西安、苏州。地铁以其载客量大、快捷、 准时、方便、舒适、宁静、节省土地、噪音污染小、节约能源等优势下,成为最 佳大众交通运输工具。 地铁在给人们带来便捷的同时,随之而来的安全问题也很值得人们注意。由 于地铁的特殊性,地铁事故时有发生,且一旦发生,后果较严重。通过对 100 多年来国内外地铁意外事故的统计1,地铁的重特大事故主要集中为以下 7 类: 地铁

38、火灾事故(意外事故);人为纵火或恐怖袭击(人为事故);列车脱轨事故; 列车撞车事故;拥挤踩踏事故;中毒窒息事故;其他事故。在这些事故中,火灾 事故后果最为严重。地铁典型事故死亡人数、发生频率如图 1.1、图 1.2 所示。 图 1.1 国内外地铁事故种类发生损失后果情况对比图 沈阳航空航天大学硕士学位论文 2 图 1.2 国内外地铁事故种类发生频率情况比例图 国内外历年发生的地铁事故,都以其惨痛的经历和后果给后人以深刻的教训 及启示。由于地铁建筑结构的特点,一旦发生火灾,极短的时间就会充满烟雾, 进而引发严重的灾祸。1969 年 11 月 11 日,北京地铁万寿路站至五棵松站区间, 由于电动机

39、车短路引起大火,导致 8 人死亡,300 多人中毒受伤,2 辆客车完全 烧毁,导致多起地面交通事故,火灾直接达损失 100 多万元。1999 年 7 月 29 日, 广州地铁一号线东山口站降压配电所因电气设备故障起火。由于发现及时、处置 得当,未酿成人员伤亡,火灾直接损失 20.6 万元。1987 年 11 月 18 日,英国伦 敦地铁 Kings Cross 站发生火灾,导致 31 人死亡。产生火灾的原因之一是伦敦地 铁内采用了大量木质构件。1995 年 10 月 28 日阿塞拜疆首都巴库地铁发生火灾, 由于地铁车厢大部分材料采用易燃物质,有毒浓烟雾大量弥漫,且缺乏有效的排 烟措施,造成人员

40、逃生困难,造成 558 人死亡,269 人受伤。2003 年 2 月 18 日, 韩国大邱广域市的地铁车站因为人为纵火而产生火灾,12 辆车厢被烧毁,198 人死亡,146 人受伤。这次火灾产生如此严重死伤的原因除了车厢内部装潢采用 可燃材料之外,车站区域内排烟设施不完善也是重要因素,加上车辆内的装饰材 料燃烧时产生了大量的一氧化碳等有害物质,而导致不少人中毒死亡2。 从国内外地铁火灾事故可以看出,地铁列车、车站、区间隧道一旦发生起火, 如果不能在火灾的初期阶段采取有效地措施遏制火灾,很容易导致群死群伤,因 此研究地铁火灾发生原因及火灾和烟雾扩展特点,进而研究地铁火灾情况下人员 安全疏散是很有

41、意义的。 2.2、人员安全疏散研究背景 人员安全疏散的研究源于公共场合发生火灾导致的人员伤亡,早在 1909 年, 美国人就发表了第一篇有关人员疏散的论文,在 1911 年,爱丁堡的帝王剧院就 是使用了 2.5 分钟疏散时间的标准进行建造的。但是早期的研究由于受到当时科 学技术水平的限制,只能采用现场勘察记录、收集人群疏散行为的相关信息材料, 研究内容也不过是限制在了人员疏散速度和疏散人员的密度的关系等。二十世纪 30 年代初期,火灾情况下人员疏散的研究开始了发展的萌芽,美国 NBS 机构对 火灾情况下的人员疏散进行了相关的研究。 二战结束后,随着全球经济复苏、科学技术的迅猛发展,人们对公共场

42、所的 人员安全更加关注,很多火灾研究人员把人员疏散列为了一个全新的领域,这标 志着人员疏散的相关研究在火灾科研界占有了一席之地。真正开始人员疏散里程 碑式的研究的是日本的 Togawa1,他于 1955 年公布了人员安全疏散领域标新立 异的科研成果和很多实验数据,成为首位研究并计算出人员在建筑物内的计算公 式的学者,为了纪念这位日本学者的成就,国际上把这个公式称为 Togawa 公式, 此公式可以计算出建筑内人群从疏散开始到疏散结束所用时间。这个里程碑式的 科研成果也被看作是人员安全疏散综合科研的鼻祖。到 20 世纪 70 年代后,人员 安全疏散课题开始被各个科研机构和各国政府重视和支持,研究

43、的重心转变为火 灾紧急情况下疏散乘客的紧张心理状态探讨、人群疏散行为方式分析等。但是从 整体来看,人员疏散方面的研究还是存在不够完善、不够系统的巨大缺陷。20 世纪 70 年代80 年代,由于火灾给很多国家带来了巨大的的人员伤亡和财产损 失,加上社会舆论所带来的蝴蝶效应,火灾领域的科研工作者纷纷将目光和精力 投向了人员安全疏散领域,参与这个领域科研的专家大大增加,人员安全疏散的 科研进入了前所未有的高峰期。最值得关注的是,1977 至 1980 年连续三届召开 的”火灾中人员行为研讨会”表明了人员安全疏散领域研究已成为火灾领域研究 的热点问题。1985 年,人员安全疏散的科研进入了相对完善的阶

44、段,日本的专 家进行了实际火场中的人群疏散实验,验证了烟气浓度对疏散人群可见度、疏散 运动速率和心理恐慌程度的影响,是首例实际火灾情景中人员安全疏散实例研 究。从 90 年代至今,计算机数据模拟逐步取代了常规的研究模式,已经成为了 人员安全疏散研究的核心手段,与 80 年代以前的常规手段不同,使用计算机模 拟仿真可以按照具体情况建立多样化的建筑模型,依据实际情况可以实时设置、 改变模拟仿真所需的各项参数,可以多次模拟仿真得出更为精确的结论,同时也 使得课题研究不再受到人员安全和科研投资两方面的限制,变得更加灵活实用。 7 第 1 章 前言 虽然目前人员安全疏散的研究如火如荼,但是随着不断发生的

45、火灾人员伤亡 事故,人员安全疏散领域的研究依然还达不到使人员安全完成疏散的标准。因此, 人员安全疏散领域的科研还是需要数代人的努力,继续深化研究,不断完善已经 完成的结论成果,提出新的科研理论。总之,人员安全疏散研究还是需要持之以 恒,任重道远。 2.3、研究背景商业综合体的发展1.1.1 大型商业综合体的发展 二十一世纪以来,商业地产的开发进入”综合体时代”。现代商业综合体的出现 和发展,在欧洲和美国已经历了至少 40 年的演变过程。我国自二十世纪以来,随着经 济的迅速发展、新技术、新材料的投入使用,大型商业从合体在各大中小城市拔地而 起。图1-1给出了国内几个大型商业中心示意图。以往功能单

46、一的商业建筑不断减少, 开发模式不断向复合化加强1。可见,随着城市化水平的不断提高,城市土地开发行 业功能需求的复杂和多样化,以及人们对舒适的生活休闲环境的不断追求,从单一商 业形态的综合体转变为多样商业复合的综合体已成为当前商业建筑运营模式的转变和 发展方向,这样的趋势对大型商业建筑的防火设计及疏散安全带来了新的要求和挑战 2-4。 (a)漳州华润中心商业 (b)苏宁芜湖城市之光 (c)长沙奥克斯广场 (d)深圳壹方中心 图 1-1 国内大型商业综合体示意图 1 华南理工大学专业学位硕士学位论文 2.4、研究背景。第六次人口普查结果显示,全国总人口为 1370536875 人1。伴 随着我国

47、经济的快速增长,城市已步入快速发展时期。城市规模不断扩大,人口迅速膨 胀,发生自然灾害和重大突发性事故的机率也逐渐上升,道路交通的堵塞和行人自身安 全的隐患亦随之而来。 现代城市高度发达的交通网络使居民的出行方式发生了很大的变化。居民的出行频 率与出行时间跟以往相比大幅增加。加之我国人口分布不平衡,经济发达地区的人口密 集,在短时间内聚集更为容易。传统的交通问题研究,往往把注意力集中在机动车引发 的交通问题,而对步行的重视程度不够。近年来有不少专家提出了绿色交通概念,这对 于人流频繁集散的交通枢纽来说,行人交通的研究的地位日渐有上升趋势。 绿色交通的定义是:以较小的资源投入、最小的环境代价、最

48、大程度地满足当代城 市发展所产生的合理交通需求,并且不危害满足下一代人需求能力的城市综合交通系统 2。绿色交通主要体现在以下几个方面:减少个人机动车辆,特别是高污染车辆的使用; 提倡使用步行、自行车与公共交通出行;提倡使用清洁干净的燃料,等等。我们可以看 到,步行和公共交通是可持续性发展的优先目标。 地铁作为现代城市交通系统中的一部分,具有速度快、容量大、受天气影响小等优 点,已经成为城市交通的核心之一。城市地铁交通的建设成为各大城市发展公共交通的 必然选择。然而,地铁交通的快速发展缓解了地面交通压力,同时也带来了一系列必须 注意的问题。,特别是不良交通条件下可能引发的突发事故。如 2003

49、年 2 月 18 日,韩 国大邱市地铁一号线中央路区段内发生的地铁纵火案,造成 135 人死亡,289 人受伤3; 再如 2005 年 7 月 7 日伦敦地铁站的连环爆炸案,造成 45 人死亡,1000 多人受伤。这些 事故,大多数是因为人员自身的过度拥挤造成的。一旦人群的拥挤度达到安全临界点, 出现安全问题的机率会大大增加,因此,研究人群聚集场所交通设施、管理等规划问题, 对于行人交通显得非常必要。 1 第 1 章 前言 图 1-1 韩国大邱市地铁起火 图 1-2 伦敦地铁爆炸案 2.5、历史背景 Repast 是一个基于 Swarm 的免费开源工具。最早 repast 由 Java 实现,

50、直到 Repast 3 开始完全面向对象化,并支持多种开发语言。Repast 3 具有三大版本:Java 语言版 Repast J;C# .NET 版 Repast .NET;Python 脚本语言版 Repast Py 。最近 Repast 3 又被新一代 平台 Repast Simphony所取代,最新版本为 Repast Simphony 2.0。 37 第 4 章 地铁车站行人流仿真模型的建立 2.6、舰船疏散逃生仿真研究的背景及意义体积庞大、结构复杂、乘 员众多等特点。在海上发生紧急情况,例如:舱室起火、舱室破坏、安全通 道损毁、船舶搁浅破坏、生化污染等严重威胁到船上人员的生命安全的

51、情况 时,若乘客不能够及时地疏散到集合地点离开船舶,会造成巨大的生命财产 损失,见表 1.1。因此,在船舶的设计和使用过程中,合理地设计舱室与通道 布局以及评估大型船舶的人员疏散的能力,制定合理的疏散路线规划,加强 对船员在紧急情况下的相关培训,对紧急情况时能够将众多的船载工作人员 和乘客及时高效的撤离到安全区域是极其必要的。 表 1.1 遇难船只统计表 船号 国籍 遇难时间 遇难人数(人) 爱沙尼亚 爱沙尼亚 1986 852 大禹 中国 1999 282 斯诺巴地 印度尼西亚 1999 280 乔拉号 塞内加尔 2002 1800 萨拉姆 98 埃及 2006 940 考虑到这些情况,国际

52、海事组织(IMO)1在 2001 年开始要求大型客船 必须在投产建造之前就设计好合理的人员疏散路线规划。国际海事安全委员 会(MSC)在 2002 年 5 月 15 日到 24 日的第 75 次会议上通过了专门为大型 客船(包括滚装客船)人员疏散而制定的分析理论模型。即 MSC/Circ.1033 新客船和现有客船撤离分析暂行指南(简称指南)2,并建议在实施有 关 SOLAS 公约第 II-2/28-1.3 条要求时,使用该指南。所以近些年来,国 2 外在大型客滚船(包括客船)的设计中无一不做详尽撤离分析与计算,并将 此列为考核船舶安全性能的重要指标之一。 鉴于国际海事组织(IMO)已对大型客

53、船疏散规划提出强制性的要求, 而国内尚没有系统地开展研究工作,无论从人员疏散理论,还是船舶的人员 疏散规划方法来看,基础研究的不足已经制约了我国大型客船(客滚船)的 设计研究工作,借鉴国内在相关领域的研究经验,参考国际先进的评估方法, 建立属于我国的船舶人员疏散理论与评估方法是十分必要的。 2.7、研究背景经济建设的高速发展,全国各地兴建了很多高层建筑,多功能高 层建筑已经成为我国城市建筑的主要发展潮流。各种新型高分子材料大量出现并被用于 建筑结构、装饰及家具摆设,加之多功能高层建筑中结构、设备复杂,室内作业多种多 样,造成火灾的隐患越来越大,火灾所带来的危害和严重后果也是以往那种小型、低 层

54、、单一化的建筑根本无法相比的。 在高层建筑中,人员密度大,可燃物多,安全出口相对较少,因而一旦发生火灾将 会造成很大的危害。据有关火灾统计资料得知:建筑火灾一般占火灾总数的 60%左右, 而高层建筑火灾在建筑火灾中火灾机率很高,损失之大,令人吃惊,如美国纽约 115 栋 高层建筑在三年内竟发生火灾41 起1。 建筑火灾本身对其中的人群造成巨大威胁,造成人员伤亡的常常是火灾中生成的令 人窒息的有毒烟气2,我国从 20002003 年,仅在这四年内,就发生高层建筑的火灾 约 64242 起,伤亡人数约为 6302 人,直接经济损失高达约 101603 万元,其中特大火灾 约 38 起,伤亡人数约为

55、 119 人,直接经济损失约 10384.5 万元,重大火灾约 412 起, 伤亡人数约为 801 人,直接经济损失约 18206.7 万元3。其中有 62.4%是由于窒息、吸 入烟尘、一氧化碳中毒而死亡,属于烧伤而死亡的为 26%,属于其他死亡的为 11. 6%4。 烟气造成的窒息和中毒成为火灾中室内人员致死的主要原因,而且火灾烟气的蔓延 速度和范围大大超过火势的蔓延。所以,要从根本上降低火灾造成的危害,就必须事先 优化建筑的防排烟设计,使之能够在建筑发生火灾后有效地将室内的烟气和热量排出室 外。现代建筑的多层多室、结构复杂和可燃物多变的特征已使现行的高层民用建筑设 计防火规范和建筑设计防火

56、规范失去了通用性,于是建筑”性能化”设计被逐步 提上日程5。性能化设计与以往传统设计方法最大差别在于它对症下药,根据建筑的具 体特征进行防排烟设计,而这种设计的前提是必须预知建筑物发生火灾后的各种情况, 尤其是建筑物内部的烟气流动状况,这就意味着必须要进行计算机模拟。计算机模拟采 用数学模型,在数字计算机上借助于数值计算方法进行实验,计算精度较高、代价低, 有很高的经济性和技术可行性。随着电子技术的迅猛发展,计算机的计算能力飞速提 高,计算机模拟得到了蓬勃的发展6。 - 2 - 2.8、课题背景较为常见的灾害,是在时间和空间上失去控制的燃烧所造 成的灾害 1 。火灾对人类威胁的”经常性”与”普

57、遍性”促使火灾研究飞跃式的向 前发展。随着科学技术的不断突破,火灾检测技术正在逐步向图像化、智能化发 展。对火灾进行实时监控,使火灾造成的损失降到最低是火灾防治技术领域的重 点研究内容。 电力系统当今的发展趋势是变电站的无人值守运行。目前人们已经实现了变 电站的”四遥”即遥测、遥信、遥控、遥调。然而,要实现变电站的完全无人化, 仅凭这”四遥”是不够的。随着多媒体技术、通信技术以及计算机技术的飞速发 展,已经实现了图像和声音的数字化、声像信号的深入处理及远距离的传送。这 些技术可以完全运用到无人值守变电站中,即”遥视”也可称之为远程图像监控 系统。”遥视”是指在调度中心可以看到现场的设备,实现对

58、电网日常巡检、智 能图像浏览与环境参数集中监控等等。”遥视”配合传统的”四遥”,可以适应 变电站无人值班化后的相关工作内容与工作方式,不但提高了巡检的工作效率, 而且能够及时的发现故障隐患,增强了变电站的安全性。因此,为了加强对无人 值守变电站的生产安全、火警监控及防盗保安等各个方面的管理,越来越多的变 电站选择建设集中式的远程图像监控系统 2 。它具备如下功能: (1) 图像监视监听功能:在主监控室中可以灵活、方便、清晰、实时地监视任 一路摄像机的画面,并对其云台和镜头进行控制,还能对现场进行监听。 (2) 灯光控制功能。 (3) 安防和消防报警功能。 (4) 数字录像功能。 (5) 警视连

59、动功能:在发生报警时,监控主机上的图像应能自动切换到相应的 摄像机,有预置功能的摄像机还能自动转到预置点,同时自动启动数字录像。 (6) 同时监视功能:多个监控终端能同时监控同一或不同的前端。 - 2 - (7) 摄像机预置功能:如果一台摄像机需要监视多个目标点,带预置功能的一 体化摄像机是一种很好的选择,它能预置多个监视位置的云台和镜头参数,使用 时,能方便快速地转到相应预置点,并自动调整好镜头的变焦和图像清晰度。 (8) 超温检测功能:图像监控系统应配备金属热感探测器或专用红外测温装 置,能自动地进行超温检测和报警。 (9) 系统管理和记录功能:包括优先等级和使用权限的设置,用户操作的记录, 控制权的自动协商等。 (10) 多路分屏实时监视:系统能在