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安全疏散研究的国内外动态和发展趋势

作者：来源：转贴发布时间：2009-12-12 11:41:14 浏览次数：3453

    20 世纪80 年代起, 随着计算机的发展, 开发了许多用以描述建筑疏散特性的模型。有关文献统计, 已经完成的和正在开发的不同的疏散模型有22 种之多。总体上, 这些模型都可归结为网络节点模型, 即建筑的各部分的空间布局用网络来表示。网络中不同节点处的人员用不同的时间区间来模拟。

    1 疏散模型

    近年来, 国外研究机构开发出一些高水平的人员安全疏散模型, 众多的消防安全工程师利用这些分析设计工具对各类建筑中人员的安全疏散进行评估, 取得了令人嘱目的效果。如由美国Francis 开发的预测最小理论疏散时间的网络模型EVACNET + 、由Stahl开发的火灾行为模型BFIRES-II、由Alvord开发的疏散与救援模型, 还有BGRAF; CRISP;DONEGAN’SEN TROPY MODEL; EGRESS; E-SCAPE; EXITT; MAGNETMODEL; PAXPORT;SIMUL EX;
TAKAHA SHI’S MODEL; VEGA S;EVACNET ( Kisko,1985 ) , WAYOUT
( Firecalc,1993 ) , EVACSIM (Drager etal, 1992 ) ,
EXIT 89(Fahy, 1993 ) 等网络模型及EXODUS、ASERI(Volker Schneider)、AEAEGRESS、SGEM 等可以描述楼房内每一人员的运动提供虚拟显示的模型。

    2 安全疏散研究的国内外动态

    2. 1 安全疏散研究的国际动态

    目前国际上火灾安全疏散的研究主要集中在下面一些方面。

    (1) 疏散模型的开发和模型预测能力的改进

    疏散模型方面的研究的一个明显的趋势就是未来的模型将包含更多的行为细节, 注重人行为的因素, 并考虑残疾人的疏散行为和对整体疏散时间的影响。目前仍不断有一些疏散模型开发的报道, 一些自称重点考虑人的相互作用因素并能预测人的个体疏散行为和追踪个体疏散轨迹的模型被开发出来, 如中国香港的SGEM 模型。此外, 一些前期开发的模型有一些使用局限性, 在其使用范围和功能上作了一些拓展, 以及在安全设计、模拟疏散和火灾案例分析中的应用。如EXIT 89、EXDUS、CRISP 等模型的一些功能改进及其成功应用的实例。

    (2) 火灾中居民反应及毒性和烟的影响

    集中在烟气中出口标志和疏散门标识的可见度测试, 疏散实验得出的居民行为和反应时间, 居民人数、探测时间和行动前时间分析, 对火反应的性别差异, 商业中心等公共建筑残疾人的火灾安全的比例和容量调查,

    睡眠中火灾信号的认识, 应用在疏散模拟中的开始疏散前延迟时间和行走速度的数据库建立等一些方面。毒性和烟的影响有暴露在一氧化碳后的长期后遗症的影响,在紧张的火灾试验中心理和精神指标的相关性, 头顶照明和指路设施的使用对行走速度的影响, 火灾烟气对生存和健康的致命影响, 对可见度损失为有限危险的烟气环境的评价, 预测火灾条件下疏散者寻路方式的概率测量方式, 由于路标指示设置而导致的出口复杂性和变化采用随机走路模型的评价等等。通过上述一些项目的研究获得火灾安全工程师需要的信息和数据, 包括: 所需的疏散时间极其组成(探测、反应、行为延误、移动)、居民特点、路线寻找、标识、安全区域、信息类和非信息类警报系统、出口路径特征、决策。

    (3) 疏散模型在防火设计、性能化规范和工程评估中的应用

    人员疏散研究的目的是改善防火设计, 减少人员伤亡。国外在这些方面已经有了许多成功的经验。减少火灾事故影响的非工程方案, 如基于人员疏散模型教育和训练计划的开发, 公共建筑内如娱乐场所复杂居民的紧急疏散和管理, 火灾中人的行为与防火保护工程的结合, 以人的行为和危险为基础的消防法规, 通过积极的防火管理来提高性能等等。逐步将人员疏散的研究成果应用到防火设计和性能化规范当中。如在澳大利亚性能化规范BCA 96 中疏散模型的应用, 以及中国香港利用疏散模型SGEM 所做的工程评估等等。

    2. 2 我国安全疏散研究的概况

    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、二家研究机构在国内消防刊物上发表过有关人员安全疏散的论文。如青岛海洋大学曾经在《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, 国内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。

    香港城市大学的有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, 并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内的标识(如灯光、张贴、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内的移动速度。采用此模型对香港的一些实际工程进行了较为成功的疏散模拟。

    公安部四川消防科学研究所拟在“十五”期间, 开展大空间公共建筑火灾疏散评估技术的相关研究, 内容包括:

    (1) 我国大空间公共建筑人员疏散特性基础数据研究

    采用情境实验法, 建立真实客观的现场火灾模型对本专题进行现场疏散演习, 采集相关数据。同时结合问卷式方式对火灾中疏散逃生人员进行跟踪调查所取得的数据, 得出人员疏散基础数据。包括人在楼梯中的疏散速度、人在走廊中的疏散速度、人们意识到火灾发生的方式、失火后人的第一反应与第二反应等等。

    (2) 研究建立适用于我国大空间公共建筑安全疏散计算机模拟子程序与定量计算方法以及相关的评判标准

    因为疏散是结合人员行为、人流、人员能力、建筑物的物理环境、火灾情况的动态变化的一个动态系统。所以它必须以动态系统模型描述。从系统动态模型的模拟结果进行评估。在国际上, 对疏散进行研究, 大多数都在描述模拟疏散情况。对建筑物与人员行为的综合分析模拟比较少。该项目申请人员提出一个新的研究方法, 对建筑系统与人员行为的综合的疏散问题进行深入的研究, 结合当前我国的情况对火灾疏散提出有效的结论。

    研究人员准备建立疏散综合系统动态模型。(EVACUA T ION SYSTEM DYNAM IC MODEL ) 模型包括评估部分及相关的评判标准综合系统动态模型, 包括4 个子模型:

    a) 逃生前期人员行为系统动态模型;

    b) 逃生中人员行为系统动态模型;

    c) 疏散人流系统动态模型;

    d) 疏散人员能力系统动态模型。

    综合模型的简述如图1 所示。

    3 讨论和启示

    疏散模型方面研究的一个明显的趋势就是未来的模型将包含更多的行为细节。目前, 自称最能准确描述疏散行为的模型均采用了精细节点网络, 并能区分人群中的每个个体, 因此能判断哪些人在何处发生了某些行为。在软件应用方面, 图形界面的发展大大提高了计算机用户对模化中人群活动的理解能力, 也简化了建立疏散场景的过程。这种对模拟效果的显示将疏散的一些定性特征表现了出来。另一方面, 模型也许可以准确地计算出疏散时间, 但却不能真实地预测居住者的行为。运行时间的图形界面或协处理器观测器可以检验到这些特性。另外, 疏散场景的设计及其详细描述可以通过一个设计得很好的图形界面来获得较大的帮助, 但不用考虑图形用户界面的完善程度。疏散模型是一种能帮助建筑设计师研究疏散场景动态的工具。

    许多疏散模型都忽略了对居住者行为的全面描述, 或限制模型只适用于少数人, 一些模型开发者的理由是受到了计算机技术的限制。然而, 随着处理器能力的提高和现代PC 计算机内存容量的增加, 目前可以得到能够模拟大量人群和包含复杂行为特性的模型。这种包含复杂行为特性的模型能处理建筑结构、环境、人的行为和行为过程的复杂相互关系。关于模型的另一个基本问题及与之有关的问题是, 如何处理疏散中的各种矛盾。许多模型对疏散中某一特定因素和其它不利因素给出的权重不协调。为使模型有效, 需要协调处理各种疏散因素, 并利用可获得的技术来达到最佳效果。所有模型都不具有的一个重要特性是缺乏一组令人信服的验证比较, 这在很大程度上是由于普遍缺乏适合验证的数据。这是由于人的行为的可变性所造成的, 即重复试验的问题。能够理解不同形式的验证(例如: 质量、数量和功能) 必定在这些可普遍接受的模型中起不同作用, 这是很重要的。

    通过对国内外人员安全疏散研究动态的了解, 结合我国目前面临的严峻的火灾形势, 得出下列一些启示:

    (1) 必须加大我国在人员疏散领域研究的投入力度;

    (2) 扩大与境外科研机构的交流与合作;

    (3) 促进我国火灾危险评估技术与相关咨询产业的发展;

    (4) 推进我国性能化设计和性能化规范的发展。

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