火灾风险评估第6章人员疏散安全性评估课件

1、火灾风险评估6.1概述6.2火灾环境下人员心理和行为特征6.3火灾环境下人员安全疏散的影响因素6.4人员疏散设计的重要参数及计算方法6.5人员疏散时间的构成及其计算方法6.6常用的人员疏散模拟软件6.7人员疏散安全性评估的模拟计算实例第6章人员疏散安全性评估6.1概述6.1.1人员疏散的概念6.1.2指令性人员疏散设计6.1.3性能化的人员疏散设计6.1.1人员疏散的概念表6-1近年来国内外导致群死群伤的建筑火灾事故一览6.1.2指令性人员疏散设计其设计思路和步骤具体如下： 设计师在接到设计任务书进行消防设计时，首先对工程的规模、使用功能进行了解，然后按照使用性质、火灾危险性和扑救难度等参照规

2、范进行分类并确定耐火等级；然后进行总平面设计，设计师应根据城市规划，合理确定高层建筑物的位置、防火间距、消防车道和消防水源等；同时为了保证火灾中产生的烟气不至于影响人员的疏散，要对建筑物的防烟、排烟和通风、空气调节进行设计，对采用自然排烟还是机械排烟，以及机械排烟量、联动控制等作了规定；同时为了保证在火灾情况下，当正常电源切断时，不影响消防系统的运行，保证人员的疏散，因此要对消防电源及其配电、火灾应急照明和疏散指示标志、照明灯具、火灾自动报警系统、火灾应急广播和消防控制室等进行设计。6.1.3性能化的人员疏散设计1.设计思路2.设计步骤3.人员安全疏散的性能化判定标准1.设计思路1)人员安全疏

3、散出建筑物是美国性能化设计规范中的一个总体目标。2)为了达到这一总体目标，其功能目标之一就是为人员提供到达安全地方而不被火灾吞噬的时间。3)为了达到这一目标，其性能要求之一就是限制起火房间内的火灾蔓延。4)为了满足这一性能要求，可以制定出防止起火房间发生轰燃的性能指标。5)为了满足这一指标，防火安全工程师可以建立一个设计目标，从而将上层烟气温度限制在500，该温度以下不大可能发生轰燃。图6-1性能化疏散设计步骤2.设计步骤3.人员安全疏散的性能化判定标准1)可用疏散时间(ASET)必须大于必需疏散时间(RSET)，即：2)在高层建筑内，发生火灾后，有可能按照预先制定的应急方案进行分阶段疏散，也

4、就是先疏散着火楼层、着火楼层的上层及下层内的人员，然后再疏散其他楼层内的人员，所以其他楼层内的人员有可能较长时间内呆在建筑内。3)某些情况下，火灾发生之后，人员可能不会立即疏散，而是待在建筑内等待消防队员前来营救。6.2火灾环境下人员心理和行为特征6.2.1疏散开始前人的心理和行为6.2.2疏散开始后人的心理和行为6.2火灾环境下人员心理和行为特征图6-2火灾响应行为的影响因素6.2.1疏散开始前人的心理和行为1.疏散开始前人的心理和响应行为2.疏散开始前人的心理和行为的影响因素3.疏散开始前人的心理和行为的心理学解释1.疏散开始前人的心理和响应行为(1)辨识(2)确认(3)分析(4)评价2.

5、疏散开始前人的心理和行为的影响因素(1)是否接受过消防教育培训(2)对周围环境的熟悉程度(3)接触过消防或者经历过火灾(4)性别3.疏散开始前人的心理和行为的心理学解释(1)回避心理(2)承诺(3)熟悉性(4)角色6.2.2疏散开始后人的心理和行为1.紧张心理及其表现行为2.恐惧心理及其表现行为3.绝望心理及其表现行为4.从众心理及其表现行为5.其他火灾环境下人员的典型行为5.其他火灾环境下人员的典型行为(1)归巢行为。(2)向地行为。(3)重返行为。6.3火灾环境下人员安全疏散的影响因素6.3.1烟气层高度6.3.2热辐射6.3.3热对流6.3.4毒性6.3.5可视度6.3.1烟气层高度火灾

6、中的烟气层伴有一定热量、胶质、毒性分解物等，是影响人员疏散行动与救援行动的主要障碍。在疏散过程中，烟气层只有保持在人群头部以上一定高度，使人在疏散时不必要从烟气中穿过或受到热烟气流的辐射热威胁。由于不同地域、不同国家人员的平均身高存在一定的差异，因此烟气层危险高度的取值也有所不同，例如有的取1.5m，也有取1.8m和2m的。近几年，随着英国、美国、澳大利亚等国性能化防火设计规范的制定以及性能化防火设计方法的普及应用，目前基本上达成了共识：出于保守考虑，认为烟气层在人员疏散过程中保持在距地面2m以上的位置时，人员疏散是安全的。6.3.2热辐射表6-2人体对辐射热的耐受极限6.3.3热对流表6-3

7、人体对对流热的耐受极限6.3.4毒性表6-4人体所能忍受的各种燃烧产物的最大剂量及浓度6.3.5可视度1)2m以上空间内的烟气平均温度不大于180。2)2m以下空间内的烟气温度不超过50且可视度不小于10m。6.3.5可视度表6-5建议采用的人员可耐受的可视度界限值6.4人员疏散设计的重要参数及计算方法6.4.1人员密度及人员容量6.4.2疏散速度6.4.3有效疏散宽度6.4.4比流量6.4.5流量6.4.6穿行时间6.4.7通过时间6.4.1人员密度及人员容量人员密度的确定要综合考虑多个因素：建筑的使用功能不同，其内的人员密度可能不一样；同一类型的建筑在不同地域，人员密度可能也不一样；同一个

8、建筑内，在不同的时间范围内人员密度可能存在差异，不同经营性质的区域的人员密度也不一样。进行人员安全疏散评估时，应该确定建筑各个区域内的人员密度，其数值以区域内可预见的最大人员密度为准，这一数值可以根据当地相应类型建筑内人员密度的统计数据确定。当缺乏此类数据时，可以依据建筑设计防火规范等标准中的相关规定确定各个楼层的人员密度。6.4.2疏散速度1. K.Togawa公式2. Predtechenski和Milinskii公式3.SFPE消防工程手册中提出的疏散速度计算方法4. Fruin的研究成果表6-6疏散速度公式中的常数k的取值6.4.2疏散速度4. Fruin的研究成果(1)走道的疏散能力

9、。(2)楼梯的疏散能力。(1)走道的疏散能力。图6-3走道疏散能力的不同情况a)情况Ab)情况Bc)情况Cd)情况De)情况Ef)情况F(2)楼梯的疏散能力。图6-4楼梯疏散能力的不同情况a)情况Ab)情况Bc)情况Cd)情况De)情况Ef)情况F6.4.3有效疏散宽度1)对于走廊或过道，为走廊或过道两侧墙之间的距离。2)楼梯间内为台阶踏步的宽度。3)一扇门在其开启状态时的实际通道宽度。4)沿走道布置的座位之间的距离。5)两排座位间最狭窄位置处之间的距离。6.4.3有效疏散宽度表6-7边界层宽度6.4.4比流量流量为单位时间内通过单位宽度疏散路线上一点的人数，实际上就是流量系数。6.4.5流量

10、流量是单位时间内通过疏散通道某处的人数。6.4.6穿行时间穿行时间是指人员从初始位置行走至疏散出口或安全出口所需要的时间。6.4.7通过时间通过时间是指人员通过疏散出口或安全出口所需要的时间。6.5人员疏散时间的构成及其计算方法6.5.1报警时间6.5.2预动作时间6.5.3疏散行动时间6.5人员疏散时间的构成及其计算方法图6-5人员疏散时间的构成6.5.1报警时间火灾发展到一定阶段，产生的热烟气或热辐射触发火灾报警装置动作并产生报警信号，使人们意识到有异常情况发生，或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉系统察觉到火灾征兆并且报警，这段时间通常视为报警时间。6.5.2预动作时间1.识别时间2.反应

11、时间3.日本建筑基准法中疏散开始时间的计算方法1.识别时间1) 当人员处于较小着火房间/区域内，人员可以清楚地发现烟气及火焰或感受到灼热，这种情况下无论是否安装了W2或W3报警系统，均可采用表6-8中与W1报警系统相关的识别时间。2) 当人员处于较大着火房间/区域内，人员在一定距离外也可发现烟气及火焰时，如果没有安装W1报警系统，则无论是否安装了W3报警系统，均可采用表6-8中给出的与W2报警系统相关的识别时间。3) 当人员处于着火房间/区域之外时，采用表6-8中相关报警系统的识别时间。1.识别时间表6-8各种用途的建筑物采用不同报警系统时的人员识别时间统计结果2.反应时间1) 确认行为，包括

12、确定火源、实际情况或火灾报警或其他警告的重要性。2) 停止机器或生产过程，保护现金或其他风险区域。3) 寻找和聚集儿童及其他家庭成员。4) 扑救火灾。5) 寻找和决定合适的出口路径。6) 不完全对有效疏散有用的行为(如不准确或误解信息下的行动)。7) 警告其他人员。3.日本建筑基准法中疏散开始时间的计算方法(1)着火房间的疏散开始时间(2)着火楼层的疏散开始时间(1)着火房间的疏散开始时间图6-6算例一平面图(1)着火房间的疏散开始时间(1)着火房间的疏散开始时间图6-7算例二平面图(1)着火房间的疏散开始时间图6-8疏散开始时的室内状况(2)着火楼层的疏散开始时间6.5.3疏散行动时间1.基

13、于单位出口宽度概念的计算方法2. Pauls的经验公式3. Melinek和Booth公式4.我国地铁设计规范事故疏散时间计算方法5.日本建筑基准法中疏散行动时间的计算方法6.计算所涉及的一些参数的确定3. Melinek和Booth公式1)人员密度较低的建筑物内，两个楼层之间的穿行时间大于同一楼层上所有人员进入出口的时间。2)人口密度较高的建筑物内，人员从同一楼层进入出口的时间大于楼层间的穿行时间。5.日本建筑基准法中疏散行动时间的计算方法(1)起火房间的疏散行动时间(2)起火楼层的疏散行动时间5.日本建筑基准法中疏散行动时间的计算方法表6-9用于疏散预测计算的步行速度5.日本建筑基准法中疏

14、散行动时间的计算方法表6-10建筑物内人员特征和运动特征与建筑物使用功能的关系图6-9疏散行动时间计算模式(1)起火房间的疏散行动时间(2)起火楼层的疏散行动时间图6-10疏散流动图表(2)起火楼层的疏散行动时间图6-11算例一平面图(2)起火楼层的疏散行动时间图6-12算例二平面图(2)起火楼层的疏散行动时间图6-13算例三平面图(2)起火楼层的疏散行动时间图6-14算例四平面图(2)起火楼层的疏散行动时间6.计算所涉及的一些参数的确定(1)房间内的总人数pAarea(2)有效流动系数Neff(3)有效宽度(见图6-19、图6-20)。(4)Aco及Aload(见图6-22图6-26)(5)

15、Bneck和Bload(见图6-27图6-30)。(1)房间内的总人数pAarea图6-15例6-3平面图(1)房间内的总人数pAarea表6-11根据建筑物用途而定的人员密度值(2)有效流动系数Neff1)有直通室外地面的出口(见图6-16)。2)无直通室外的出口(见图6-17)。 通道能够容纳下房间内人员时的情况。 通道不能容纳下房间内人员时的情况(见图6-18)。(2)有效流动系数Neff表6-12有效流动系数表6-13人员必要的滞留面积1)有直通室外地面的出口(见图6-16)。图6-16有直通室外地面出口平面图图6-17无直通室外地面出口平面图2)无直通室外的出口(见图6-17)。 通

16、道不能容纳下房间内人员时的情况(见图6-18)。图6-18通道不能容纳下房间内人员平面图(3)有效宽度(见图6-19、图6-20)。图6-19房间有效宽度平面图(3)有效宽度(见图6-19、图6-20)。图6-20房间出口有效宽度平面图(3)有效宽度(见图6-19、图6-20)。图6-21例6-4平面图(3)有效宽度(见图6-19、图6-20)。(4)Aco及Aload(见图6-22图6-26)图6-22及平面图(一)(4)Aco及Aload(见图6-22图6-26)图6-24及平面图(三)(4)Aco及Aload(见图6-22图6-26)图6-25及平面图(四)(4)Aco及Aload(见图

17、6-22图6-26)图6-26及平面图(五)(5)Bneck和Bload(见图6-27图6-30)。图6-27和平面图(一)(5)Bneck和Bload(见图6-27图6-30)。图6-29和平面图(三)(5)Bneck和Bload(见图6-27图6-30)。图6-30和平面图(四)6.6常用的人员疏散模拟软件6.6.1人员疏散软件概述6.6.2EVACNET4软件简介6.6.3Simulex软件简介6.6.4STEPS软件简介6.6.5EXIT89软件简介6.6.6BuildingExodus6.6.7探路者(PATHFINDER)软件简介6.6.8FDS+Evac软件简介6.6.1人员疏散

18、软件概述1.水力疏散模型2.人员行为模型1.水力疏散模型1)疏散人员具有相同的个体特征，并且都具有足够的体力，能够疏散到安全地点。2)疏散人员都是清醒的，在疏散开始的时刻一起井然有序地进行疏散，忽略中途折返的因素。3)疏散过程中人员疏散的速度始终保持一致，忽略性别、年龄等差异。2.人员行为模型人员行为模型与水力模型不同，需要综合考虑人与人、人与建筑物以及人与环境之间的相互作用，因此这类模型能够从一定程度上反映火灾环境下的人员个体特性、建筑结构特征等对人员疏散的影响，但由于火灾中人的响应行为仍旧是一个较新的领域，火灾环境下影响人员疏散的因素众多，人员疏散行为模型尚不够成熟，在选用该类模型时要慎重

19、考虑它的适用性，以经过实际疏散实验或演习验证的模型为首选。6.6.2EVACNET4软件简介1.基本假设2.建筑网络模型3.软件的运行顺序1.基本假设1)疏散人员具有相同的特征，且均具有足够的身体条件疏散到安全地点，一般不考虑残疾人员的疏散。2)疏散人员是清醒的，在疏散开始的时刻同时井然有序地进行疏散，且在疏散过程中不会中途返回选择其他疏散路径。3)在疏散过程中，人流的流量与疏散通道的宽度成正比分配，即从某一出口疏散的人数按其宽度占出口总宽度的比例进行分配。4)人员从每个可用的疏散出口疏散，而且所有人的疏散速度一致、保持不变。2.建筑网络模型(1)节点和路径(2)节点的划分与路径的设置(1)节

20、点和路径1)人员通过该路径所用的时间，由下面的公式确定：2)单位时间通过该路径的人数，可由下式确定：(2)节点的划分与路径的设置1)当走道中途分叉或拐弯时，在分叉或拐弯位置处作为划分节点的边界。2)当走道的宽度发生变化时(扩大或缩小)，在宽度发生变化的位置处作为划分节点的位置。图6-31某两层建筑节点划分(2)节点的划分与路径的设置图6-32单向路径和双向路径示意图a)单向路径b)双向路径(2)节点的划分与路径的设置3.软件的运行顺序1)划分建筑图节点。2)测量节点使用面积。3)根据情况选取各区域人员密度。4)计算节点容量，设置初始人数。5)设定节点间的路径。6)选取路径容量系数，计算DC、T

21、T。7)模型输入。8)结果分析。6.6.3Simulex软件简介1.软件功能2.原理与假设3.建筑网格模型4.人员模型1.软件功能Simulex软件由苏格兰集成环境解决有限公司(Integrated Enironmental Solutions Ltd)的Peter Thompson博士开发，它是一种用于解决大空间及结构复杂建筑物内人员疏散问题的软件包。该软件允许用户利用建筑物的CAD平面图(各层之间以楼梯相连)创建建筑物的三维模型。2.原理与假设1)人员的疏散速度是指正常情况下，人员行走不受阻条件下的行走速度。2)人员行走速度随人员密度的增加而下降。3)人员向出口行走的方向总是与等距图中的等

22、值线垂直。4)模拟过程中允许疏散人员超越、旋转、侧向行走和小幅后退。3.建筑网格模型(1)楼层(2)安全出口(3)楼梯(4)连接4.人员模型(1)人员几何模型(2)人员的速度模型(3)等距图4.人员模型图6-33用三个圆来表示人体(1)人员几何模型表6-14Simulex软件中四种人员的身体几何尺寸表6-15Simulex软件中各类人员的组成分布比例一览表(2)人员的速度模型图6-34Simulex中人员疏散速度与人员密度的关系(3)等距图图6-35等距图示意图6.6.4STEPS软件简介1.软件简介2.基本原理3.STEPS与Simulex软件的对比1.软件简介(1)环境(2)人员(3)模拟

23、(4)输出(5)应用(1)环境图6-36地铁检票口人员流动(1)环境图6-37对地铁检票口的模拟(1)环境图6-38地铁站台疏散2.基本原理(1)网格系统(2)可能性表格(3)逃生路线的设计(4)计算过程(1)网格系统图6-39网格系统范例一(长=3m，宽=1.5m，网格大小=0.5m0.5m)(1)网格系统图6-40网格系统范例二(长=2m，宽=2m，网格大小=0.2m0.2m)(1)网格系统图6-41网格系统范例三(长=5m，宽=4m，网格大小=1m1m，阴影部分为出口)(2)可能性表格图6-42模拟前所计算的可能性表格(3)逃生路线的设计1)到达目标出口所需的行走时间。2)在目标出口所需

24、的排队时间。3)人员排队时行走时间的调整。4)计算到达队列后端所需的时间。5)调整之前所计算的排队时间，因为当人员正在往出口移动时，部分排队的人已先期到达出口，离开此建筑物。6)计算所需排队时间。7)考虑人员的耐性程度。8)计算最终的分数。(4)计算过程1)到达目标出口所需的行走时间。2)在目标出口所需的排队时间。3)人员行走时间的调整。4)实际所需的行走时间。5)排队时间的调整。6)实际所需排队时间。7)人员的耐性程度。8)计算最终的分数。3.STEPS与Simulex软件的对比1)Simulex软件易用性极强，所有的内部参数，例如步速快慢、网格大小，都由系统设置，用户只需要设置人员的类型，

25、如职员、顾客、学生等，系统会自动分配男人、女人和儿童的比例、速度；而STEPS的使用则要求使用者具有更高的专业素质，人员的行走速度、男女老幼的比例等，皆需要由用户自行设置。2)Simulex软件为二维平面软件，显示效果直观，但是较为简单，与此相比，STEPS则显示效果相当出众，这得益于其三维显示技术，各种障碍物、交通工具、平面等通过栩栩如生的建模技术，使用户可以身临其境地分析疏散过程。3.STEPS与Simulex软件的对比3)Simulex软件采用基于等距图的行走算法，此方法虽然不能够动态选择出口，只能预先分配疏散路径，但是在对人员行走过程中各种动作的模拟，包括避让、超越、速度变化、排队、身

26、体摆动等，确是在基于大量实验统计数据的基础上总结出的算法，因此对疏散中的人员行走过程刻画得异常真实；而STEPS在行走算法上则相形见绌，人员只能够以成45角的8个方向行走，同一组人员在同一个平面上以相同的速度前进，避让、超越、速度随人员密度动态调整等现象均无法描述，STEPS的特色在于其出口的选择上，它的动态打分系统能够让模拟人员根据拥挤程度、耐心程度、距离远近等随时随地地进行出口的调整，这是该软件在模拟算法上出众的地方。3.STEPS与Simulex软件的对比表6-16STEPS与Simulex软件特点对比6.6.5EXIT89软件简介1)考虑各种不同行动能力的人员，包括限制行动能力人员和儿

27、童。2)延迟时间，既包括可以用来代替移动前的准备活动的时间(由用户根据每个位置指定)，也包括随机的额外时间，可以当做人员开始疏散的时间的差异时间。3)提供选择路径功能使用模型计算出来的最短路径，可以用来模拟经过良好训练的或者有工作人员协助的疏散过程，或者使用用户指定的路径，可以用来模拟人员使用熟悉的出口或者忽略某些紧急出口的疏散过程。6.6.5EXIT89软件简介4)提供选择步速功能，可以反映正常移动和紧急状况下移动的差别，前者可能适于演习情况下，后者更适宜于人员在紧急情况下的反应。5)反流，当沿着疏散路径发生堵塞时就会发生。6)具备上下楼梯功能，从而扩展模型的应用范围，例如有人层位于地下，或

28、者更多的需要上楼梯而不是下楼梯的建筑。6.6.6BuildingExodusBuildingExodus软件是由格林威治大学的Exodus团队开发的。它是一个模拟个人、行为和封闭区间的细节的计算机疏散模型。模型包括了人与人之间、人与结构之间和人与环境之间互相作用。它可以模拟大建筑物中的上千人，并且包括火灾数据。BuildingExodus尝试着考虑人与人之间、人与火之间以及人与结构之间的交互作用。模型跟踪每一个人在建筑物中的移动轨迹，他们或者走出建筑物，或者被火灾(例如热、烟和有毒气体)所伤害。BuildingExodus由5个互相交互的子模型组成，它们是人员、移动、行为、毒性和危险子模型。该

29、软件用采用面向对象技术的C+编写，是基于规则的，每一个人的前进和行为由一系列启发或者规则决定。6.6.7探路者(PATHFINDER)软件简介1.模型发展2.模型平台3.拓扑图形4.模拟数据4.模拟数据(1)使用一个出口的人员。(2)对于一个给定房间，人员出到建筑物外部的最小、最大和平均时间。(3)房间、大厅或者楼梯清空的时间。(4)楼层清空的时间。(5)建筑物清空的时间。(6)楼层中所有人员都安全的时间(进入楼梯、进入水平出口或者离开建筑物到达外部)。(7)对于一个给定的出口，在任意时刻，最大排队人数，即持续时间。4.模拟数据(8)对于一个给定的楼梯段，在任意时刻，最大排队人数，即持续时间。

30、(9)建筑物中所有人员都安全的时间(离开建筑物、进入出口或者进入水平出口)。(10)房间内、楼层内或者建筑范围内，到一个安全点(一个出口或者一个疏散口)的最小、最大和平均距离。6.6.8FDS+Evac软件简介1.模型发展2.疏散模型3.应用的局限性2.疏散模型(1)人体的运动模型。(2)出口选择(1)人体的运动模型。表6-17人的自由步行速度和身体尺寸(1)人体的运动模型。图6-43由三个相互重叠的圆近似组成的人体3.应用的局限性(1)出口路线选择的局限(2)探测和响应时间的限制(3)人体尺寸特征的限制6.7人员疏散安全性评估的模拟计算实例6.7.1地铁站工程概况6.7.2地铁站人员属性分析6.7.3人员疏散数值模拟分析6.7.1地铁站工程概况图6-45地铁站站台层平面图6.7.1