考慮火災影響的人員疏散過程模型與實驗研究.pdf

1、近年來，我國每年發(fā)生火災10余萬起，造成數(shù)千人傷亡。發(fā)生火災時，人員能否及時安全疏散是最值得關(guān)注的問題。所以，本文采用實驗與模型相結(jié)合的方法，研究基本的人員運動行為，構(gòu)建考慮火災產(chǎn)物影響的人員疏散模型及軟件，為保障火災環(huán)境下人員安全疏散提供科學支撐。
　　 我們首先在一棟教學樓內(nèi)，組織開展了疏散演習實驗，分析了人員出口選擇行為特點，建立了可以重現(xiàn)人員出口選擇特點的多格子疏散模型，并且通過對比實驗結(jié)果與模擬結(jié)果定量確定了疏散模型中

2、的行人運動趨向性參數(shù)。通過提取出口區(qū)域附近的人群密度、流量、速度等參數(shù)，并分析它們隨時間的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當密度較小時，人群速度可達到1.4m/s左右；當密度較大時，人群運動速度減小并趨于穩(wěn)定，速度的波動減弱。通過與SFPE手冊中的流量一密度關(guān)系進行對比，發(fā)現(xiàn)地區(qū)差異、實驗環(huán)境是影響人員運動規(guī)律的重要因素。通過統(tǒng)計經(jīng)過每個出口疏散的人數(shù)，發(fā)現(xiàn)即使附近有其它的出口或者路徑，人員還是偏好選擇最近的疏散出口和疏散路徑。在實驗基礎上，我們建立了一

3、種能夠精細刻畫建筑結(jié)構(gòu)、描述人員運動行為的多格子模型，其中借鑒了行人運動趨向性D這一參數(shù)。結(jié)果表明，當D=0.56時，模型能夠較好地重現(xiàn)實驗結(jié)果。
　　 為了考察行人的微觀運動特征，我們在一個環(huán)形通道內(nèi)開展了單列行人運動實驗，定量構(gòu)建了行人運動規(guī)則受前向距離d（與前方行人之間的距離）的影響關(guān)系，建立了一種新的具有連續(xù)空間的疏散模型(CDM)。實驗結(jié)果表明，行人運動速度、邁步頻率及運動步幅和前向距離d密切相關(guān)?；趯嶒灲Y(jié)果，我們構(gòu)

4、建了一種連續(xù)空間疏散模型，模型中的人員運動依然按照時間步進行更新，即時間尺度上是離散的，但具有連續(xù)的空間尺度。模型中行人向前運動的概率和步幅取決于實驗中得到的與前向距離d之間的關(guān)系。我們給出了步幅和前向距離d關(guān)系的兩種形式，一種是線性的，一種非線性的，并分別在這兩種模式下進行了模擬計算。結(jié)果表明，非線性模式得到的流量和速度更加接近實際結(jié)果；但當人員密度較大時，兩種模式的計算結(jié)果差別很小。模擬得到的速度概率分布與實驗結(jié)果比較一致，說明模型

5、可以重現(xiàn)單列人員運動的微觀特征。
　　 在上述兩項工作的基礎上，我們量化了火場能見度和溫度對人員路徑選擇的影響、能見度對人員運動速度的影響以及溫度和一氧化碳對人員耐受時間（用生命值表示）的影響，建立了定量考慮火災產(chǎn)物影響的人員疏散模型。采用該模型研究了一個廳室內(nèi)發(fā)生火災時的人員疏散過程。結(jié)果表明：由于火災產(chǎn)物對人員運動速度的雙重影響，使得當火災規(guī)模較小時，人員的疏散時間小于非火災場景下的疏散時間；而當火災規(guī)模較大時，人員疏散時間

6、急劇增加，人員也受到了更多的傷害。預疏散時間的增加，不但會直接增加總的疏散時間，還會導致人員暴露在火災產(chǎn)物中的時間加長，延長人員運動時間，降低人員的生命值。相比起非火災場景，火災環(huán)境下出口寬度的增加能夠更加顯著地提高疏散效率，有效地保障人員生命安全。進一步模擬了多出口疏散場景，結(jié)果表明，模型中采用的表征火災產(chǎn)物對人員影響程度的系數(shù)，可以描述疏散過程中出現(xiàn)的由于人員盲目選擇最近路徑或者過于恐懼火災的威脅而出現(xiàn)的出口利用不均現(xiàn)象。