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1、-高楼层人员疏散的评估与分析丰都县职业教育中心 红伟摘 要本文对高楼层人员疏散作了系统的评估与分析，通过控度距离的计算确定了人员疏散过程中的人流密度，然后建立了在紧急情况下最优时间的数学模型：，从而计算出了在紧急疏散过程中楼层人数与时间的关系，再分析了逃生过程中逃生人员行为的变化及影响，最后我们对传统的逃生与电梯逃生的利与弊作了详细的分析，得出了一些在紧急情况下人员疏散有一定价值的结论，可供实际疏散中作参考。关键字： 控度距离 人员疏散 人流量 行为 紧急疏散High floor the valuation that personnel Disperses and analysisTake o
2、ff to wantThis te*t to high floor the personnel Disperses valuation that made the system and analysis, pass tocontrol a calculation of distance made sure the personnel Disperses the person in the process flows the density, then under the urgent circumstance established superior horary mathematics mo
3、del:, from but pute a benefit for in instancy Disperse process floor number and horary relation, then analyzing fleeing for life in the process fleeing for life behavioral variety in personnel and influences, finally we to traditionally fleeing for life with elevator fleeing for life made with fraud
4、 the detailed analysis, getting some under the urgent circumstance the personnel Disperses certain worth a conclusion, can provide to Disperses physically the inside makes to consult.Key word:Control a distance the personnel Disperses person the discharge behavior instancy Disperses1.引 言近一、二十年来，随着我国
5、经济的快速增长和全球经济一体化进程的加快，为了解决城市人口的不断增长和人员的住宿和工作场所之间的矛盾，在城市发展中建不建高层、超高层建筑，在国际上争论了半个世纪，结果发展依然迅速，从欧洲发展到美洲、澳洲，又发展到亚洲、非洲，全世界各的大城市的高层建筑都在发展中，高层建筑并未因有争论而减少，近年来却越建越多。高层建筑具有楼层多、部装饰材料多、电气设备多、功能多、人员多、管道竖井多等六多”的特点，一旦高层建筑发生火灾，火势蔓延迅速、人员疏散困难，火灾后的逃生就是一个非常棘手的问题。因此，就对建筑设计也有更高的要求，如何界定该建筑类型，如何套用建筑防火规，防火分区如何划分和认定，人员密度如何确定，疏
6、散宽度如何确定，如何解决疏散距离超长等问题，成为了众多学者研究的方向。高楼层安全疏散设施主要包括疏散走道、疏散楼梯和安全出口，疏散指示、应急照明、消防广播系统，以及防排烟系统，避难层，电梯系统等。在门和其他连接处前不发生过度的滞留或排队现象。同时也与许多因素相关联，如建筑的类型和功能，人员的组成和特性，人员密度及分布情况，火灾探测报警的设置情况，防火灭火设施的设置情况等等，因此高楼层安全疏散是一个非常复杂的系统，特别是人员的心理和行为能力对疏散安全的影响等。一直以来，国际上众多科研机构关注的问题疏散所需时间小于危险来临时间，则疏散是安全的，反之，不安全。但是，怎样在众多因素的影响下建立一个时间
7、最优化的模型，是解决这一问题的关键。高楼层人员安全疏散是紧急疏散的一个重要的容，对于人员密集的公共建筑疏散安全就更为重要。基于高楼层人员的疏散安全问题以及评估分析正越来越受到人们的关注，各国在这个领域的研究也取得了一定的成果和进展。在我国, 人员安全疏散的研究尚属起步阶段, 迄今为止仅有一、二家研究机构在国消防刊物上发表过有关人员安全疏散的论文。如海洋大学曾经在火灾科学上发表过火灾时人员安全疏散可靠性评估一文, 文中给出了一个以逃生概率为评价指标的疏散可靠性计算方法。九五”期间, 国有关科研机构开发了地下建筑的疏散模型, 标志着我国在人员疏散这一领域的研究进入到计算机数值模化阶段。城市大学的有
8、关研究人员提出了利用计算机虚拟现实的技术收集人员在火灾中行为量化数据的调查方法, 结合火灾后的问卷调查及疏散演习等手段收集了大量有关火灾中人员行为的数据。比较详细地研究了建筑物防火通道的标识(如灯光、贴、指引、广播等) 对人员疏散行为的影响, 得出了一些有价值的结论。建立了网格疏散模型(SGEM )。该模型在几何空间上将建筑物划分成能反映人员具体位置的细网格, 并利用拉格朗日方法分析每个人员在建筑物的移动速度。采用此模型对的一些实际工程进行了较为成功的疏散模拟。根据现有有关高楼层人员疏散的一些数据，现有的一些模型的分析，作如下探讨：a） 逃生过程中逃生人员之间的控度距离对疏散所用的最短时间影响
9、；b） 以传统的逃生方案（主要是楼梯），安全疏散所用的最短时间；c） 逃生过程中逃生人员行为的变化及影响的分析；d） 分析传统的逃生与电梯逃生的利与弊；2.模型的假设1、假设高楼层的设施都完善2、在人员的疏散过程中，所有人都能找到相应的出口。3、人员是从各层步行至底楼的安全场所，即为疏散完毕，并且人的步行速度一定。4、人员疏散过程中限制在单向定宽度无限长通道前进, 且相对饱满，即疏散距离尽量小。速度不大于*极限速度3m/sce， 5、 任何个体均遵循普遍原则前进: 不试图超越前方个体, 亦不会留出过大间距.6、 设高楼里的人数已达到最大限度。7、 假设人从*一层起到达安全地点都以*一恒定的速度
10、疏散。8、 设楼层为25层（国际以20层为高楼层标准），每层高度3.8米，每层可容纳800人。总高度为950米，总人数为20000人。9、 设楼层的出口是相对对称的，只考虑一个出口的情况。10、假设全体人员都有逃生能力。3.变量及符号说明：控度距离 ：人群疏散的速度：人群密度 ：为最大疏散密度：楼层的总高度 ：人员从最高层到地面疏散所用的最短时间：疏散前的时间：*节点的等待时间：通道*段的距离：*段的平均速度：人员流量：自由移动的速度：楼梯的有效宽度 ：使用楼梯的人数4.问题的分析问题一：控度距离，即是疏散过程中人与人之间所保持的距离，是人员疏散问题过程中影响疏散速度的重要因素，只有在控度距离
11、一定的情况下，人员才会有次序的以最大速度疏散。问题二：要求以传统的逃生方案（主要是楼梯），安全疏散所用的最短时间，就要考虑楼层的总高度、人员疏散的速度。但人员疏散的速度受多种因素的影响，比如楼梯的宽度、疏散时人员的心理变化等。这一问题主要从人员的形体对楼的通道设计的影响，然后在单位时间通过通道的人流量，确定人员疏散速度和疏散的时间。问题三：人的行为因素,在火灾中对疏散时间有着较大的影响，主要是恐慌和过激行为等对人精神的失控，以及人的疏散行为和对整体疏散时间的影响。问题四：主要就传统的逃生与电梯逃生相比较，得出它们在高楼层人员疏散中的利与弊。5.模型的建立5.1控度距离的计算根据人个体在其占地面
12、积在各方向的大小，我们确定出个体的占地面积，进而确定出人在*一段通道的最大人数，最后估算出控度距离。下面给出不同地区人群生理尺寸的数据表1.1国家(地区)肩宽bp (m)身体厚度dp (m)椭圆面积SpE (m2)矩形面积SpS (m2)BritishM0.510.2850.11420.1454F0.4350.2950.10080.1283JapaneseM0.4750.230.08580.1093F0.4250.2350.07850.0999Hong KongM0.470.1250.04610.0588F0.4350.270.09230.1175USAM0.5150.280.11330.14
13、42F0.470.2950.10890.1387IndianM0.4550.2350.0840.1069F0.390.2550.07810.0995平均0.4850.2310.08870.1129从上表，我们估计中国的人肩宽为0.49m，身体厚度为0.25m，占地面积为s=0.125m2.通道*一段的最大人数为：n=（1-1）假设相邻个体的横向间距恒为100mm, 纵向间距随人群密度变化.即能计算出了人群在*一段的密度为P=4人/m2.在疏散过程中，如果用这个密度疏散，就显得很拥挤，所以,疏散密度一定比4人/m2要小,疏散密度在时，而控度距离与速度成正比，在速度一定时，控度距离与密度成正比，故
14、建立数学模型为：(其中为常系数)。通过对参考资料6和7知道，=2.2人/m2，故人在拥挤状态下的水平步幅为所以，人在楼梯通道疏散时，他的控度距离D大约为0.5m。5.2疏散时间的计算高楼层人员要以最短时间疏散，我们必须控制每一阶段的人流速度,不要在节点处出现堵塞现象，我们只有使每一个阶段人流速度等于最大人流速度,才能使在最短的时间以最快的速度疏散完毕，在此，我们主要采取分段疏散的办法，疏散过程中对人员进行分批疏散。紧急情况下，影响人员疏散的因素很多，人员的密集程度、人员的行为、疏散通道的条件、疏散过程中的引导等。 在疏散过程中，把人员疏散到安全场所所用的时间大致可分为两个阶段：一是疏散开始前时
15、间，即是人在紧急情况时，判断是否对自己构成危险到开始移动的这段时间，二是疏散过程中所需的时间，即是开始疏散到最后一个人到达安全场所所用的时间。所以人员到达安全场所的总时间=疏散开始前的时间+疏散过程中所需的时间。而疏散过程所需的时间=疏散过程中*段距离的时间+*些节点的等待时间，从紧急情况开始到人员到达安全场所的总时间小于危险来临时间，则安全，反之，不安全。一般而言，人员发现自己已危险时，都是以最快的速度到达出口，这时假设有指导人员在此指挥，当一层的最后一位人员开始疏散时，二层的第一位人员到达一层的最后一位人员处，根据以上分析，我们可以建立以下数学模型，第个人的最短疏散时间为：其中上式中, ti,delay为疏散前的滞后时间,包括觉察火灾和确认火灾所用的时间; di,n为第n 段的长度; vi,n 为该人在第n 段的平均行走速度;tm,queue 为第n 段出口处的排队等候时间。最后一个离开教学楼的人员所有用的时间就是教学楼人员疏散所需的疏散时间。而pauls
