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1、 FDS+EVAC5.0在建筑火灾和人员疏散领域中的研究进展 班 级：安全0901 学生姓名：蒋 旭指导教师：赵江平摘要：建筑火灾中由于人员不能及时疏散被烟气窒息情况十分突出,所造成的生命财产损失巨大。目前确定建筑物火灾疏散方式的常用方法有2种：一是直接分析火灾案例，二是采用计算机模拟。直接分析火灾案例属于事后情况的分析，即对灾难的分析以避免类似的灾难再发生。统计分析的案例越多，所得出的规律越具有说服力。计算机模拟是指火灾场景为一种假设情况，即如果火灾按设定的情况发生，预测人员将如何逃生。对于特定的研究对象，采用计算机软件对人员疏散情况进行模拟，获得火灾中的一些重要参数，可以有效地指导人员逃生
2、1关键词：建筑火灾， FDS+EVAC，人员疏散，数值模拟Research progress of building fire and evacuation adopted by FDS+EVAC5.0Class:Safety Engineering 0901Name:JIANG Xu Instructor:Prof. ZHAO JiangPingAbstract: Staff can not be timely in building fire evacuation was prominent by smoke suffocation, have caused great losses of
3、 life and property. Current methods determine how the building fire evacuation there are 2 ways: first direct analysis of fire case, the second is the use of computer simulations. Direct analysis of fire cases belonging to ex-post analysis, analysis of the disaster to avoid similar disasters happeni
4、ng again. Statistic analysis of case, the more derived law more convincing. Computer simulation was fire scenario to a hypothetical situation, that is, if fire occurs at scheduled, predict how officers will escape. For specific subjects, the use of computer software to simulate the evacuation, acces
5、s to some important parameters in the fire, can effectively guide people to escapeKey words: Building fire, FDS+EVAC, evacuation, numerical simulation目录1 引言12 研究背景22.1建筑物火灾时人员疏散行为的基本规律22.2 人员疏散研究现状53 FDS+EVAC研究及应用63.1 FDS+EVAC简介63.2数值模拟原理73.3 FDS+EVAC的应用73.3.1 FDS算例演示73.3.2 EVAC算例演示103.3.3 FDS+EVAC应
6、用实例124 结论14参考文献15 第 III 页 1 引言建筑火灾，除了造成巨大的财产损失，还对建筑物中人员的生命安全造成极大的威胁。当代科学技术日新月异，新材料、新结构、新设备层出不穷，随之而来的超高层建筑、巨型建筑、地下建筑等，其技术的密度和复杂程度己今非昔比，因此建筑物中人员的安全问题也日益突出。现有的防火规范中，有关人员疏散的规定已经远远不能满足新型建筑的需求。近年来，许多学者利用建筑防火性能化设计的方法对建筑火灾中遇到的问题展开研究，利用各种计算机模拟的方法对火灾和人员的疏散进行细致分析。由于大型复杂的新型建筑的出现，我们必须考虑到以下情况人员疏散的模拟的影响:1、高密度人群拥挤状
7、况2、与疏散反应时间及出口路线选择相关联的人员决策过程。近年来，人群疏散研究己成为国际上安全研究的一个新的热点，国内外己经开发出多种计算机软件对火灾中人员疏散进行模拟研究。但是这些模型通常将人员疏散运动与火灾发展两个过程分开考虑，这些模拟软件及其背后的模型同实际情况仍存在较大的差别，这主要是因为这些软件的基础模型尚没有考虑到火灾人员的决策过程以及火场环境的实时作用对人员行为的影响，而这是在火灾基础上建立疏散模型的关键部分。其次，人员疏散具有明显的随机性，然而当前的研究多采用确定性分析方法。因此，我们需要建立一个模型，将火灾的发展过程和人员疏散结合起来研究，通过火灾对人员疏散的作用来寻找建筑火灾
8、时人员的疏散运动规律。最新开发的FDS+EVAC软件对建筑火灾中的人员疏散行为分不同情况进行了对比模拟研究，并针对其局限性进行了部分优化。2 研究背景近年来，围绕人员疏散行为决策，针对疏散流动过程中离散状态人员疏散行为的随机性，以及连续疏散流动过程中的群组现象，国内外学者进行了大量的理论研究和试验模拟，这些研究成果已逐步应用到建筑性能化防火设计中，并指导建筑物的疏散设计和突发事故应急预案的制定。2.1建筑物火灾时人员疏散行为的基本规律在目前的防火性能化设计中，我们一般把火灾中人员安全疏散过程大致分为感知过程、响应过程、疏散运动过程等阶段。火灾从发生时起直至发展到对人体构成威胁所需要的时间一般由
9、可燃物开始燃烧以及火灾持续发展到图 2.1所示状态的时间构成2。疏散者可用安全疏散时间ASET指的是火灾自发生时起直至火灾对人体构成威胁时二者之间的时间间隔，即危险来临时间(trisk);火灾自发生时直至疏散者成功逃离出危险区域所必须的时间为称之为必需疏散时间RSET，也即疏散时间(tese即e)，因此，要想保证疏散者安全撤离，则应达到以下基本条件:ASETRSET火灾对人体造成威胁的因素通常包括烟气产生的热辐射、烟气浓度和能见度等等。因此人员安全疏散的判断依据就包括了以下几种因素:图2.1 人员疏散时间示意图(l)烟气层的高度在火灾发生的过程中，烟气层不但产生热量，而且在形成的过程中会产生大
10、量的微小的固体颗粒、胶质物以及毒性分解物，这些对人体有害的物质成为影响疏散者疏散行动和救援行动的最大障碍。在人员疏散的过程中，只有保证烟气层在人体头部以上才能使人员在疏散时不会受到热烟气的热辐射，以及避免烟气直接被人体吸入。(2)热辐射根据以往对人体的热辐射耐受能力测试研究，其研究结果表明人体对烟气层等火灾环境所产生的热辐射耐受极限为2.5kw/m2，相关测试结果如表2-2所示，其中，当辐射热强度为2.5kw/m2时，烟气层温度大约为180-200。表2-2 人体对辐射热的耐受极限热辐射强度(kw/m2)5min30s4s (3)热对流一些试验研究显示，达到一定温度的热空气经人体呼吸或接触后，
11、会造成一定程度的热冲击和皮肤烧伤，而空气中本身所含有的水分更对这两种危害有着进一步的影响，如表2-3所示。大量的实践证明，对于绝大多数火灾环境来说，当人体承受100环境的热对流时，只能维持非常短的一段时间。表2-3 人体对热烟气的耐受极限温度与湿度60，水分饱和60，水分含量l%100，水分含量30min12min1min(4)烟气产生的毒性火灾发生和发展的过程中，可燃物热分解时会产生大量的有毒有害物质，当可燃材料不同时，其热分解产物和和有毒物质的浓度也会有不同程度的差异。由于可燃物的各个组分所产生的热解产物其种类和生成的量相对复杂，而且有毒、有害组分对人体的伤害其本身也有很大的差别，所以在火
12、灾的安全性评估和预测时，很难将这种影响进行定量的描述。在实际的工程应用中，通常的做法是，利用一种简化的处理方法:当烟气的减光度小于或等于0.lm则可以认为不同的毒性燃烧产物其浓度在 30min内尚不能达到人体的耐受极限。结果也证明这种方法比较有效。(5)能见度通常情况下，烟气浓度越高时，则能见度越低，疏散者选择疏散路线和做出疏散决策的时间就相应的延长。下表2-4给出了适用于普通房间和大面积区域的最低减光度。在一些大面积区域，我们要求更低的减光度，这样做是为了在确定逃生方向时可以看得更远。表2-4 适用于普通房间和大面积区域的最低减光度位置普通房间(5m)大面积区域(10m)与能见度等值的减光度
13、(l/m)0.20.1建筑物火灾时，人员疏散行为过程可大体概括为两个主要阶段，即:疏散行为开始前的决策反应阶段和疏散行动开始后的人员疏散流动过程。发现火警后，建筑物内滞留的待疏散人员在疏散行动开始前的决策反应，对于整个人员疏散行为过程的影响非常重要。可借助疏散行动开始时间参数对其进行评价。1993年世贸中心爆炸事件之后，研究人员通过调查发现，110层的超高层建筑物中，全部人员完成安全疏散大约需要1至3个小时，其中人们做出疏散决策的时间竟占到总疏散时间的三分之二以上。其中人的生理及心理特点、火灾安全的教育背景和经验、当时的工作状态等因素，对疏散行动开始前的决策过程起着非常重要的制约作用。可将这些
14、因素进一步归纳为三个相互作用的变量，即目标变量、运动变量和约束变量。所谓目标变量，即疏散过程中当前的疏散行动目标和最终安全目标。运动变量，即疏散行动人员的疏散运动速度、疏散通道的流动能力等。约束变量，即对疏散行为的约束或障碍。包括疏散人员彼此之间的相互影响和制约，烟气或火焰等周围环境热物理状态对疏散行动的制约，疏散空间建筑结构或空间障碍物对疏散人员疏散行动的阻碍作用等。2.2 人员疏散研究现状目前国际上有二十多种常用的人员疏散模型。按照模型的基本原理,可将人员疏散模型分为3类:优化法、模拟法和风险评估法;(1)优化(optimization)模型:忽略周围人员和非相关避难的行为,假定人员以最有
15、效的方式进行疏散,将人员视为具有共同特征的整体。如:EVACNET+和TAKAHASHIS MODEL。(2)模拟(simulation)模型:表现疏散行为和行动状况,不仅要达到正确的评估结果,也要能采取接近真实避难路径情景。如:BGRAF, EXITT, EGRESS, ESCAPE, EVACSIM, EXIT89, EXODUS,MAGNETMODEL, PAXPORT, SIMULEX,VEGAS。(3)风险评估(risk assessment)模型:识别火灾时与疏散有关的危险或相关事故,并对最后的风险进行量化。通过多次计算,它能评估改变防火分区设计、消防措施等参数的效果。如:CRISP, WAYOUT。疏散模拟中人员行为是最关键的因素,也是最主要的研究对象。模型按照其考虑人员运动的方式又可以分为2类:(1)只考虑人的运动的模型:仅考虑建筑及其各部分的疏散能力,通常称为环境决定因素模型或“滚珠”模型,它将每个人都当作只对外部信号产生自动响应的无意识的客
