ISOTS 216022022 消防安全工程.根据能见度和刺激物浓度估算移动速度的降低标准立项发展报告

*消防安全工程根据能见度和刺激物浓度估算移动速度的降低标准立项发展报告FireSafetyEngineering—EstimatingtheReductioninMovementSpeedBasedonVisibilityandIrritantSpeciesConcentrationStandardizationDevelopmentReport摘要本报告旨在系统阐述ISO/TS21602:2022《消防安全工程根据能见度和刺激物浓度估算移动速度的降低》技术规范的核心内容、技术背景、编制历程及行业影响。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，作为消防安全工程领域中人员安全疏散分析的关键技术规范，旨在解决火灾场景下，烟气能见度下降及刺激物浓度上升对人员移动速度影响的量化评估难题。研究背景源于全球范围内对高层建筑、地下空间及大型综合体中人员疏散安全性的日益关注，传统分析方法难以精确反映烟气毒性对人员行为及逃生效率的影响。本标准通过建立基于能见度与刺激物浓度的函数模型，为火灾风险评估工程师提供了科学的计算依据，弥补了现有数值模拟中人员行为模型不完善的缺陷。报告主要涵盖了标准的适用范围、规范性引用文件、术语定义、估算模型原理、数据推导方法及工程应用指南等核心内容。重要结论指出，该标准的发布标志着消防安全工程从定性分析向定量化、精细化评估迈出了关键一步，为性能化防火设计提供了权威的技术支撑，对提升全球人员疏散安全水平具有重大意义。关键词：消防安全工程；移动速度；能见度；刺激物浓度；人员疏散；性能化防火设计；国际标准化组织。Keywords:FireSafetyEngineering;MovementSpeed;Visibility;IrritantSpeciesConcentration;Evacuation;Performance-BasedFireDesign;InternationalOrganizationforStandardization(ISO).一、引言随着城市化进程的加速，高层建筑、超大型交通枢纽、地下综合管廊及复杂商业综合体的数量不断增加，火灾场景下的人员安全疏散问题已成为公共安全领域的核心议题。传统的建筑防火设计多基于“处方式”规范，即对构件耐火极限、疏散宽度、安全出口数量等指标进行统一规定。然而，这种设计方法未能充分考虑火灾发展过程中的不确定性，如火源位置、火灾荷载、通风条件及人员行为等因素。性能化防火设计（Performance-BasedFireDesign,PBfD）的兴起，要求工程师基于具体的火灾场景和人员特征，对生命安全的各项指标进行量化评估，其中，人员从火灾区域安全疏散至安全地点所需的时间（ASET）与可用安全疏散时间（RSET）的比较是核心。在RSET的计算中，人员移动速度是一个至关重要的参数。火灾产生的烟气不仅会降低环境能见度，其含有的刺激性物质（如氯化氢、丙烯醛等）还会对人员的呼吸系统和视觉产生强烈刺激，引发恐慌、流涕、咳嗽等症状，严重降低移动速度，甚至导致人员滞留于危险区域。以往的经验性模型，如“行走速度为1.0-1.2米/秒”，显然无法适用于复杂且不断恶化的烟气环境。因此，建立一个基于客观物理化学参数（能见度、刺激物浓度）来科学估算人员移动速度降低的方法，成为世界范围内消防安全工程领域的迫切需求。ISO/TS21602:2022正是在此背景下应运而生。该技术规范由国际标准化组织火灾安全技术委员会（ISO/TC92/SC3）负责制定，汇集了全球顶尖的火灾安全、毒理学、人群行为及数值模拟领域的专家。它的出台，标志着烟气对人员疏散行为影响的研究从学术论文走向了可操作的工程标准，为全球各地的消防工程师、科研人员及建筑规范制定者提供了统一的、权威的计算框架。二、编制背景与意义1.行业痛点与理论空白传统的火灾风险评估中，通常使用“临界能见度”（如10米或15米）作为人员无法有效判断方向、移动停滞的阈值。然而，真实火灾案例和实验研究表明，人员在能见度尚未降至极低水平时，便会因烟气中的刺激物影响（如眼睛灼痛、呼吸困难、咽喉刺痛）而本能地放慢脚步、弯下身躯，有时甚至错误地选择回头远离烟气。这种“非理性”行为往往比能见度本身更早地成为疏散的瓶颈。缺乏统一的量化手段，使得不同项目的性能化分析结果差异巨大，难以进行横向比较。2.性能化设计的工程需求随着国标GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》以及国际通用标准如NFPA101《生命安全规范》和BS9999《建筑设计中消防安全操作规程》的实施，性能化设计方法在全球得到广泛应用。设计人员在计算疏散时间时，需要输入可靠的人员移动速度折减因子。ISO/TS21602提供了经过同行评议的、基于大量动物实验、人体实验和全尺寸实验数据校准的回归模型，使工程师可以输入特定的烟气成分数据（如粒子浓度、光学密度、特定气体浓度），输出符合实际的移动速度折减系数，极大地提升了分析的精确度和可信度。3.与其他国际标准的协同本标准的发布并非孤立事件，它是ISO16730系列《消防安全工程—火灾情景设定》、ISO19706《火灾流出物毒性评估模型》、ISO19365《消防安全工程—人员行为》等标准体系下的重要组成部分。该规范为上述标准中关于人员暴露于烟气影响的结果提供精确的数据输入，形成了从火灾动力学到人员响应评估的完整闭环。三、标准核心内容解析1.适用范围本标准适用于评估火灾烟气对处于水平地面、具备正常行动能力和认知功能的人群（包括健康成年人和部分考虑身体受限人群的修正）的影响。它主要针对“疏散阶段”的行走速度，即假设人员已识别并开始向安全出口移动。标准不适用于火灾早期尚未察觉阶段，也不适用于极端高温（如导致直接热损伤）或严重缺氧的环境。2.技术模型解析该规范的核心是提供了两个相互独立且可以耦合的方程式：*基于能见度的速度折减模型(Visibility-basedModel):该模型将移动速度定义为当前能见度与初始能见度比值的函数。通过引入消光系数（Ks）作为关联参数，模型考虑了烟气粒子对光线的散射和吸收效应。研究发现，当消光系数超过0.1/m时，人员开始显著减速；当消光系数超过0.5/m时，速度趋于一个低值平台期。该模型适用于以碳黑和水蒸气和固体颗粒物为主的典型热解烟气环境。*基于刺激物浓度的速度折减模型(IrritantConcentration-basedModel):此模型是标准的创新点所在。它引入了“感官刺激指数”（SensoryIrritationIndex,SII）概念，量化了烟气中多种刺激性气体（如HCl，HBr，HF,NOx，丙烯醛等）的综合毒性效应。通过吸入实验数据，发现移动速度下降与SII呈现强相关性。通常，当刺激物浓度达到引起轻度刺激（如眼痛、流泪）的阈值时，速度下降约10%-20%；当浓度达到引起严重呼吸抑制（如咳嗽、失能）时，速度可能下降50%-80%。标准提供了不同化学烟雾的等效浓度换算方法。*耦合模型:在工程应用中，通常需要同时考虑能见度和刺激物的影响。标准推荐遵循“木桶原理”，即采用两者中折减系数较大的那一项作为最终输入。例如，在火羽流区，可能热解产物丰富，刺激物浓度高，则采用SII模型；在远离火源区域，可能主要是烟气稀释导致能见度下降，则采用能见度模型。3.关键参数与数据来源标准附录中包含了详细的实验数据库、拟合曲线以及统计误差分析。数据来源主要包括：*国际标准化组织ISO/TC92/SC3组织的国际比对实验：涉及多个国家的全尺寸火灾测试实验室（如SP（瑞典）、NIST（美国）、BRE（英国）等）。*基于实验室规模的毒理学实验：利用小鼠等动物模型模拟人的呼吸系统反应。*人体志愿者实验：在低风险、受控的烟雾环境中记录志愿者的步行速度和主观感受。四、主要参与单位与标委会介绍1.标委会：ISO/TC92火灾安全技术委员会/SC3火灾对周围环境影响的评估ISO/TC92是负责全球火灾安全标准化的最高技术机构，其下的第3分委会SC3专门负责“火灾对周围环境影响的评估”。该分委会由来自美国、英国、法国、德国、日本、加拿大、中国等20余个国家的正式成员和观察员组成。SC3的核心使命是建立衡量火灾危害（如热、烟气、有毒气体、压力波）的科学方法，并评估这些危害对生命、财产和环境的影响。ISO/TS21602标准的制定工作就是由SC3下属的第6工作组（WG6，负责人员疏散行为及应急信号评估）牵头推进的。该工作组汇集了行为心理学、毒理学、流体力学和机械工程学等多学科专家，确保了标准的科学严谨性和工程实用性。中国在该分委会中担任重要职务，并积极推动了该标准在中国的转化与落地。2.主要参与单位——美国国家标准与技术研究院（NIST）作为ISO/TS21602制定过程中的关键学术与技术支撑单位，美国国家标准与技术研究院（NIST）贡献了核心的理论模型和实验数据。NIST的火灾研究部门（FellowshipProgram&FireResearchDivision）长期致力于火灾动力学、人群疏散及烟气毒理学的基础研究。NIST研究人员利用其独有的“全面疏散行为实验设施”（NISTEvacuationSystemsResearchFacility），结合虚拟现实技术，进行了大量针对不同烟气浓度下（精确控制能见度和气体成分）人员行走行为的全尺寸和缩尺寸实验。他们创新性地提出的“基于感官刺激的分级响应模型”成为本标准的核心数学框架雏形。此外，NIST开发的开源火灾模型FDS（FireDynamicsSimulator）及其配套的疏散模块，直接实现了本标准的工程算法，使得该标准从理论公式落为了可供全球工程师直接使用的软件接口。NIST在本标准制定过程中，不仅提供了技术数据，还主导了模型验证工作，通过对多个真实火灾案例的后仿真分析，证明了模型预测结果与实际人员伤亡分布具有高度相关性，极大增强了该标准的公信力和权威性。五、标准的应用与影响1.工程应用场景*高层建筑及超高层建筑疏散设计：用于评估火灾时，不同楼层、不同距离的火源产生的烟气对顶层或避难层人员疏散速度的延迟效应。*大型交通枢纽（机场、高铁站、地铁站）：结合人员密度、路径拓扑和烟气扩散时间，模拟大量人员在复杂空间中的疏散效率。*地下商业街及大型购物中心：评估商铺火灾导致内部烟气蔓延至公共走道时，消费者在低能见度下寻找出口能力弱于本地人员的风险。*核电站及危险化学品工厂：评估特定化学烟雾泄漏或火灾事故时，操作人员穿戴防护装备（防毒面具等）后，配合烟气和刺激性气体影响下的行走速度变化。2.对行业的影响*推动性能化防火设计标准化：该标准将高深学术研究转化为可复用的工程准则，使得不同咨询公司可根据统一方法进行风险分析，减少了争议，提升了报告的可比性与法律有效性。*促进软件工具进步：促使Pathfinder、STEPS、FDS+Evac等人群疏散模拟软件集成本标准算法，实现更真实的动态行走模拟。*引导消防安全管理精细化：为新建筑的设计审查和已有建筑的火灾风险评估提供了更科学的依据，例如，对于高刺激物原料（如PVC制品）密集的区域，需要预留更多安全余量。六、结论与展望ISO/TS21602:2022的实施，是全球消防安全工程领域从“经验驱动”转向“数据驱动”和“科学驱动”的重要里程碑。它首次以国际标准的形式，系统性地建立了火场中能见度降低与毒物刺激双重作用下人员移动速度的估算方法，为保障复杂建筑环境中的生命安全提供了科学的量化工具。展望未来，该标准的发展呈现以下趋势：1.从技术规范到国际标准的升级：随着应用验证的成熟，该技术规范（TS）有望在未来转化为正式的ISO国际标准（IS），获得更广泛的法律认可。2.向多因素耦合模型的演进：未来版本或将进一步整合年龄、性别、身体残疾、负重、恐慌情绪以及氧气浓度下降、热辐射等更多因素，构建更加全面的移动能力动态预测模型。3.AI与数字孪生技术的结合：借助数字孪生平台和低延迟传感器，未来消防系统可在真实火灾中实时读取烟气数据，并通过