着高层建筑的不断增多以及现有建筑的逐步老化,各种事故隐患也在不断增多,特别是建筑物火灾时有发生。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两种: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,即对灾难分析以避免类似的灾难再发生。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。
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三类: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TAKAHASHI’S 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,EXIITT,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,WAY0UT。
EVACNET4
EVACNET4模拟人员在建筑物内行走并最终疏散至安全地点的全过程,由美国佛罗里达大学开发,是目前世界上被广泛采用的人员疏散模型之一。EVACNET4对建筑物的结构布局以网络的形式描述,模拟人员在这一网络内的流动。建筑网络模型由一系列的节点以及连接各个节点的路径组成。节点代表建筑物内的不同的厅、室、通道、楼梯间、安全出口以及其他的空间部分,模型将室外或建筑内的其他安全地点定义为目标节点。空间上相邻的节点通过虚拟的路径来连接,这些路径在空间上并不实际存在,只是用来反映各个节点之间的连接关系,还需要设定路径的方向,以反映人员在网络内的流动方向。人员按照路径的方向行走,到达目标结点算作疏散结束。另外,应用该模型计算建筑物疏散时间,需要输入英制单位,文中PFM 表示每分钟每英尺有效宽度通过的人数。
FDS+Evac
FDS+Evac软件是由芬兰VTT技术研究中心在美国国家标准技术局(NIST)火灾动力学模拟软件(FDS)的基础上研发的逃生模型,可以同步模拟火灾发展和火场中人员的疏散情况,模拟结果可以用FDS自带的可视化软件SmokeView进行动画演示。该模型采用网格计算方法,所依据的基本运算法则是通过运动方程模拟每个人的行为,采用匈牙利交通专家He1bing提出的社会力模型作为运动计算的模型。
building EXODUS
building EXODUX是有英国格林威治大学火灾安全工学小组研发。EXDOUS模型是一套软件工具,包括建筑EXDOUS,航空EXODUS和海运EXDOUS,目前EXDOUS的铁路版本正处于研究中。软件运用具有指向目标技术的C++开发而成,为了控制模拟利用了规则基础的软件技术。为了增加兼容性,这些规则按照避难者、动作、行动、有毒性、行为模型,这5个已知的相互作用的子模型分类,在定义了室内形状的空间领域内动作。内部的形状包含在节点网格内,节点通过圆弧系统连接。各节点按照一个人占用的空间领域进行表现。具备的功能有:通过对话型运行时间2D图解法,可对占有者进行调查;2D图解法可对每个占有者/人口密度/烟和温度的分布进行表示;通过补丁处理,可迅速执行复数解析;通过占有者的密集度决定所需时间;通过节点线的调查求得构造物内记录着任意点的流动统计值;可以通过FED模型决定有毒性计算;对于刺激性火灾煤气,可求得占有者的反应;支持读入CFAST火灾模拟已有文件;支持读入SMARTFIRE CFD火灾模拟文件等。
Simulex
Simulex软件是由苏格兰集成环境解决有限公司(Integrated Environmental Solutions Ltd)的Peter Thompson博士开发,用来模拟大量人员在多层建筑物中的疏散。Simulex把一个多层建筑物定义为一系列二维楼层平面图,它们通过楼梯连接。从每一个楼层进入楼梯的出口要在楼层平面窗口和楼梯窗口都指定。楼梯和楼层平面由“连接”连接,它放置在该出口的位置。模型中的人员可以通过连接从楼层进入楼梯,反之亦然。Simulex用三个圆来代表每一个人的平面面积,精确地模拟了实际的人员。Simulex的移动特性基于对每一个人穿过建筑物空间时的精确模拟。位置和距离的精度高于±0.0001米。
我国情况
我国对人员疏散的研究目前处于起步阶段,国内已经研究出一些模型并且在国外相关软件的基础上考虑了更多的影响因素,比如中国科技大学的SafeGo安全疏散分析软件,具有自主知识产权,已经获得国家计算机软件著作权。软件的核心为自主发展的多作用力元胞自动机模型(CAFE),它模拟了安全疏散过程中典型的人群心理和行为,综合了连续性模型和离散型模型两类主要模型的优点,实现了人员疏散分析的速度与可靠性的一致。SafeGo软件利用该模型,结合建筑结构特征,计算人员分布、疏散速度、流量、出口平衡性等关键参数,对人员疏散过程进行动态量化分析。SafeGo软件由前处理、疏散计算、后处理三部分构成,适用于分析评估大型复杂建筑在火灾等环境中的人员疏散性能,可应用于建筑的安全疏散评价,与火灾分析软件一起应用于火灾安全性能化设计。中国科技大学还对对疏散中的亲情行为进行了模拟。此外,香港城市大学开发的空间网格疏散软件(SGEM)也处于不断完善中。
|