考慮火災(zāi)影響的人員疏散過程模型與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，我國每年發(fā)生火災(zāi)10余萬起，造成數(shù)千人傷亡。發(fā)生火災(zāi)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(shí)驗(yàn)與模型相結(jié)合的方法，研究基本的人員運(yùn)動行為，構(gòu)建考慮火災(zāi)產(chǎn)物影響的人員疏散模型及軟件，為保障火災(zāi)環(huán)境下人員安全疏散提供科學(xué)支撐。
　　 我們首先在一棟教學(xué)樓內(nèi)，組織開展了疏散演習(xí)實(shí)驗(yàn)，分析了人員出口選擇行為特點(diǎn)，建立了可以重現(xiàn)人員出口選擇特點(diǎn)的多格子疏散模型，并且通過對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果定量確定了疏散模型中

2、的行人運(yùn)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(dāng)密度較小時，人群速度可達(dá)到1.4m/s左右；當(dāng)密度較大時，人群運(yùn)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(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)地區(qū)差異、實(shí)驗(yàn)環(huán)境是影響人員運(yùn)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們建立了一

3、種能夠精細(xì)刻畫建筑結(jié)構(gòu)、描述人員運(yùn)動行為的多格子模型，其中借鑒了行人運(yùn)動趨向性D這一參數(shù)。結(jié)果表明，當(dāng)D=0.56時，模型能夠較好地重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 為了考察行人的微觀運(yùn)動特征，我們在一個環(huán)形通道內(nèi)開展了單列行人運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，定量構(gòu)建了行人運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，行人運(yùn)動速度、邁步頻率及運(yùn)動步幅和前向距離d密切相關(guān)。基于實(shí)驗(yàn)結(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(yùn)動依然按照時間步進(jìn)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(yùn)動的概率和步幅取決于實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)際結(jié)果；但當(dāng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果比較一致，說明模型

5、可以重現(xiàn)單列人員運(yùn)動的微觀特征。
　　 在上述兩項(xiàng)工作的基礎(chǔ)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(yùn)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(zāi)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(zāi)時的人員疏散過程。結(jié)果表明：由于火災(zāi)產(chǎn)物對人員運(yùn)動速度的雙重影響，使得當(dāng)火災(zāi)規(guī)模較小時，人員的疏散時間小于非火災(zāi)場景下的疏散時間；而當(dāng)火災(zāi)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(yù)疏散時間的增加，不但會直接增加總的疏散時間，還會導(dǎo)致人員暴露在火災(zāi)產(chǎn)物中的時間加長，延長人員運(yùn)動時間，降低人員的生命值。相比起非火災(zāi)場景，火災(zāi)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(jìn)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(zāi)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(zāi)的威脅而出現(xiàn)的出口利用不均現(xiàn)象。