注册消防工程师技术实务讲义：人员疏散时间计算方法与分析参数1.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流注册消防工程师技术实务讲义：人员疏散时间计算方法与分析参数1.精品文档.人员疏散时间计算方法与分析参数人员的疏散过程与火灾探测、警报措施、人员逃生行为特性和运动等因素有关。必需疏散时间按火灾报警时间、人员的疏散预动时间和人员从开始疏散至到达安全地点的行动时间之和计算：RSETTdTprek×Tt （式5-4-40）其中：Td 火灾探测报警时间，指从火灾发生到触发火灾探测与报警装置而发出报警信号，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的时间；Tpre 疏散预动时间，指人员从接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的这段时间，包括识别时间和反应时间；Tt 疏散行动时间，指建筑内的人员从疏散行动到疏散结束所需要的时间；k安全系数，考虑到场景预测中的不确定性，需要考虑足够的安全余量，安全系数一般取1.52，采用水力模型计算时的安全系数取值，宜比采用人员行为模型计算时的安全系数取值要大。（一）火灾探测报警时间对于安装了点式火灾探测报警装置以及安装了闭式自动喷水灭火系统的场所，火灾探测报警时间应根据建筑内所采用的火灾探测与报警装置的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模、着火空间的高度等条件，考虑设计火灾场景下火灾探测报警装置或自动喷水装置对火灾烟气的反应时间。可以通过相应的计算机模拟计算软件通过分析计算确定，也可采用其他计算工具，如美国国家标准与技术研究院（NIST）开发的软件工具包中提供的DETACT-QS工具，预测特定火灾场景内感温元件的动作时间。对于日常有人停留的房间并且人员处于清醒状态，可以采用特定经验公式算法预测人员发觉火灾征兆的时间。（二）疏散预动时间疏散预动时间包括识别时间和反应时间。人员在接收到火灾报警信号以后，有各种本能反应的时间如确认火灾警报，判别火情发展情况，通知亲友，收拾物品，确定疏散路线等待，开始疏散行动时间往往因人而异。受到建筑类型、功能与用途、使用人员的性质及建筑火灾报警广播和物业管理系统等各种内在及外在因素的影响，疏散预动时间的长短具有很大的不确定性。在管理相对完善的剧院、超市或办公建筑（有定期火灾训练）中，识别时间较短。在平面布置复杂或面积巨大的建筑以及旅馆、公寓、住宅和宿舍等建筑中，该时间可能较长。表5-4-3给出了各种不同类型的人员和报警系统的典型疏散开始延迟时间。表5-4-3疏散开始延迟时间（引自美国SFPE防火工程手册）建筑物用途及特性人员响应时间（min）报警系统类型W1W2W3办公楼、商业或工业厂房、学校（居民处于清醒状态，对建筑物、报警系统和疏散措施熟悉）<13>4商店、展览馆、博物馆、休闲中心等（居民处于清醒状态，对建筑物、报警系统和疏散措施不熟悉）<23>6旅馆或寄宿学校（居民可能处于睡眠状态，但对建筑物、报警系统和疏散措施熟悉）<24>5旅馆、公寓（居民可能处于睡眠状态，对建筑物、报警系统和疏散措施不熟悉）<24>6医院、疗养院及其他社会公共机构（有相当数量的人员需要帮助）<35>8表中的报警系统类型为：W1实况转播指示，采用声音广播系统，例如从闭路电视设施的控制室；W2非直播（预录）声音系统、和/或视觉信息警告播放；W3采用警铃、警笛或其他类似报警装置的报警系统。在应用上表5-4-3时，还要考虑火灾场景的影响，建议将表5-4-3中的识别时间根据人员所处位置的火灾条件作如下调整：1.人员处于较小着火房间/区域人员可以清楚地发现烟气及火焰或感受到灼热，这种情况下可采用表5-4-3中给出的与W1报警系统相关的识别时间，即使安装了W2或W3报警系统。2.人员处于较大着火房间/区域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，则采用表5-4-3中给出的与W2报警系统相关的识别时间，即使安装了W3报警系统。3.识别报警与向出口疏散之间没有延迟例如办公室，则可以假设表5-4-3给出的识别时间为0。4.某些场所的识别时间很难确定 可对上述可能时间段进行估计，如可以根据日常的观测记录提供某些文件证明所需要的时间。在反应时间阶段，人们会停止日常活动开始处理火灾。在反应时间内会采取的行动有：确定火源、火警的实际情况或火警与其他警报的重要性；停止机器或生产过程，保护重要文件或贵重物品等；寻找和召集儿童及其他家庭成员；灭火；决定合适的出口路径；警告其他人员；其他疏散行为。（三）疏散行动时间人员疏散行动时间指建筑内的人员从疏散行动开始至疏散结束所需要的时间，包含行走时间和通过出口的时间两部分组成：1.行走时间 行走到疏散线路上安全出口的时间。行走时间与人的行走速度以及达到出口的距离有关。行走速度与行走时间和人员密度有关，当人员密度较大会出现拥挤，导致行走速度下降；当人员密度较低且人员行走不受阻时则代表最短的行走时间，用下式计算：twL/V （式5-4-41）其中：tw行走时间，s；L人员从初始位置行走至疏散安全出口的距离，m；v人的行走速度，m/s。2.通过时间 人流通过出口或通道的时间。通过时间由出口的通行人数和出口的通行能力决定，出口的通行能力则与出口有效宽度和出口流量有关。用下式计算：tPP/F （式5-4-42）其中：tp通过出口或通道的时间，s；P在出口或通道处排队通过的总人数；F通过出口或通道的人流量，人/s。通过出口或通道的人流量可用下式计算：Ff×WeDvWe （式5-4-43）其中：f通过出口或通道的比流量，为单位时间内通过出口或通道单位宽度上的人数，人/（m·s）；We出口或通道最窄处的有效宽度；D出口或通道处排队人员单位面积上的人员密度，人/；v人员通过出口或通道的行走速度，m/s。当计算建筑内某区域的疏散行动时间时，需要考虑行走时间tw和通过时间tp之间的关系。当twtp时，说明人员行走到达出口时，人员并没有全部通过出口，因此人员将会在出口处出现滞留现象，此时该区域内疏散行动时间由通过出口通过时间tp决定；当twtp时，说明区域内人员在到达出口时，其他人员已经通过了出口，因而不必再在出口处排队等候，因此疏散行动时间由最远点的人员行走时间tw决定。人员疏散行动时间的计算可按照数学模拟计算进行。数学模拟计算方法主要有水力模型和人员行为模型两种方法。（1）水力疏散计算模型。水力疏散计算模型将人在疏散通道内的走动模拟为水在管道内的流动状态，可人群的疏散作为一种整体运动，完全忽略人的个体特性。该模型对人员疏散过程作如下假设：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；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它疏散路径；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；人员从每个可用的疏散出口疏散且所有人的疏散速度一致并保持不变。对于建筑的结构简单、布局规则、疏散路径容易辨别、建筑功能较为单一且人员密度较大的场所，宜采用水力模型来进行人员疏散的计算，其他情况则适于采用人员行为模型。（2）人员行为疏散计算模型。人员行为疏散计算模型应综合考虑人与人、人与建筑物以及人与环境之间的相互作用，并能够从一定程度上反映火灾时人员疏散运动规律和个体特性对人员疏散的影响。当采用数学模型进行计算时，应注意结合有待解决的实际问题与模型的适用性来选择相适用的模型，并应首选经过实际疏散实验或演习验证的模型。（四）疏散分析参数在对人员疏散时间预测计算中必须确定人员疏散时关于人数、行走速度、比流量、有效宽度等相关参数。1.人员数目的确定在确定起火建筑内需要疏散的人数时，通常根据建筑的使用功能首先确定人员密度（单位：人/），其次确定该人员密度下的空间使用面积，由人员密度与使用面积的乘积得到需要计算的人员数目。在有固定座椅的区域，则可以按照座椅数来确定人数。在业主和设计师能够确定未来建筑内的最大人数时，则按照该值确定疏散人数。否则，需要参考相关的统计资料，由相关各方协商确定。（1）人员密度。在计算疏散时间时，人员密度可采用单位面积上分布的人员数目表示（人/），也可采用其倒数表示或采用单位面积地板上人员的水平投影面积所占百分比表示（/人）。对于所设计建筑各个区域内的人员密度，应根据当地相应类型建筑内人员密度的统计数据或合理预测来确定。预测值应取建筑使用时间内该区域可预见的最大人员密度。当缺乏此类数据时，可以依据建筑防火设计规范中的相关规定确定各个楼层的人员密度。国外对各种使用功能的建筑中其人员密度的规定较为详细，如美国、英国、日本等。表5-4-4列举出了国外一些国家对人员密度的规定。（2）计算面积。人数的确定是通过各使用功能区的人员密度与计算面积的乘积得到，因此，计算面积的确定是除人员密度之外计算疏散人数的另一个重要参数。规范在规定人员密度时，有些同时规定了计算面积的确定方法。国外的相关规定大部分采用计算房间（区域）的地板面积作为计算面积。对于计算面积的界定可以考虑建筑的使用功能，根据建筑的实际使用情况来确定。（3）人流量法。在一些公共使用场所，人员流动较快，停留时间较短，例如机场安检、候机大厅，科技馆，展览厅等，其人数的确定可以采用人流量法。采用人流量法，即设定人员在某个区域的平均停留时间，并根据该区域人员流量情况按以下公式计算瞬间时刻的楼内人员流量（称为人流量法）：人员数量每小时人数×停留时间 （s） （5-4-44）表5-4-4各国关于建筑场所人员密度的规定 单位：人/集会学校医院宿舍集合住宅商业场所办公室美国（NFPA101）低密度（固定座位）0.71教室0.53病房0.090.050.05地上、下层0.360.11高密度（固定座位）等待室1.543.57图书馆（书库）（阅览室）0.110.22处置室0.04复合街道0.27图书馆（书库）（阅览室）0.110.22托儿所0.30其他0.18仓库0.04续表集会学校医院宿舍集合住宅商业场所办公室英国（建筑规范2000）2.00.1250.033超级市场（类似高密度场所）0.5阅览室、其他办公室0.14百货公司（主要卖场）0.5上述以外的店铺0.14仓库、车库0.33餐厅1.0酒吧2.0图书馆0.17展览2.0集会学校医院宿舍集合住宅商业场所日本（避难安全检证法）固定座位座位数/地面积教室0.7病房床铺数客房床位数住户0.06卖场店铺0.5饮食街0.7其他1.5研究室一般办公室标准其他部门0.16其他0.16卖场通道0.25剧场座位数/地面积会议大厅1.5展览2.02.人员的行走速度人员自身的条件、人员密度和建筑的情况均对人员行走速度有一定的影响。（1）人员自身条件的影响。下表5-4-5列出了若干人行走速度的参考值，这是根据大量统计资料得到的。但应当指出，对于某些特殊人群，其行走速度可能会慢很多，如老年人、病人等。如果某建筑中火灾烟气的刺激性较大，或建筑物内缺乏足够的应急照明，人的行走速度也会受到较大影响。表5-4-5 不同人员不同状态下的行走速度举例（m/s）行走状态男人女人儿童或老年人紧急状态，水平行走1.350.980.65紧急状态，由上向下1.060.770.4正常状态，水平行走1.040.750.5正常状态，由上向下0.40.30.2人员行走速度在疏散模型中的设置需要了解不同模型的默认值，如Simulex疏散模型中默认的人员行进速度分男人、女人、儿童和长者四种，其步行速度及类型比例如表5-4-6。表5-4-6 Simulex疏散模型中人员步行速度及类型比例人员种类正常速度（m/s）速度分布（m/s）男人1.35正态分布±0.2女人1.15正态分布±0.2儿童0.9正态分布±0.1中老年人0.8正态分布±0.1（2）建筑情况的影响。不同的建筑中由于功能、构造、布置不同，对人员行走速度的影响不同，人员在不同建筑中步行速度的典型数值与建筑物使用功能的关系可参考表5-4-7。表5-4-7 不同使用功能建筑中人员的步行速度建筑物或房间的用途建筑物的各部分分类疏散方向步行速度（m/s）剧场及其他具有类似用途的建筑楼梯上0.45下0.6坐席部分0.5楼梯及坐席以外的部分1.0百货商店，展览馆及其他具有类似用途的建筑或公共住宅楼，宾馆及具有类似用途的其他建筑（医院，诊所及儿童福利设施室等除外）楼梯上0.45下0.6楼梯以外的其他部分1.0学校，办公楼及具有类似用途的其他建筑楼梯上0.58下0.78楼梯以外的其他部分1.3（3）人员密度的影响。人员在自由行走时受到自身条件及建筑情况等因素的影响而速度各有差异，当为疏散人群时，其步行速度将受到人员密度的影响。人员的行走速度将在很大程度上取决于人员密度。通常情况下，人员的疏散速度随人员密度的增加而减小，人流密度越大，人与人之间的距离越小，人员移动越缓慢；反之密度越小，人员移动越快。国外研究资料表明：般人员密度小于0.54人/时，人群在水平地面上的行进速度可达70m/min并且不会发生拥挤，下楼梯的速度可达4863m/min。相反，当人员密度超过3.8人/时，人群将非常拥挤基本上无法移动。一般认为，在0.53.5人/的范围内可以将人员密度和移动速度的关系描述成直线关系。Fruin 、Pauls 、Predtechenskii、Milinskii等人根据观测结果，整理出了一组分别在出口、水平通道、楼梯间内人员密度与人员行走速度的关系，并被美国SFPE防火工程手册采用，如下图5-4-13所示。图5-4-13 建筑内各疏散路径人员行走速度与人员密度的关系（引自美国SFPE防火工程手册）同时，根据研究结果得到了人员行走速度与人员密度之间的关系式，不同密度下人员在平面的步行速度可根据下式计算得出： v1.4（10.226D） （式5-4-45）其中：v 人员步行速度，m/s；D 人员密度，人/m2。不同密度下人员在楼梯行走速度的计算参见以下公式，其中系数K参见下表5-4-46。VK（10.226D） （式5-4-46）表5-4-8 人员在楼梯中的行走速度（引自美国SFPE防火工程手册）踏步高度/m踏步宽度/mK0.200.251.000.180.251.080.170.301.160.170.331.233.出口处人流的比流量建筑物的出口在人员疏散中占有至关重要的地位，对出口宽度的合理设计能避免疏散时发生堵塞，有利于疏散顺利进行。我国目前的建筑规范中主要是通过控制建筑物的出口、楼梯、门等宽度来进行疏散设计，同时，性能化防火设计中对建筑物安全性的评估同样需要考虑出口宽度的问题，以衡量火灾时能否保证人员通过这些出口顺利逃生。无论是规范的规定还是性能化设计的方式，一般都是根据总人数按单位宽度的人流通行能力及建筑物容许的疏散时间来控制建筑物的出口总宽度。因此，人员疏散参数确定中必须考虑出口处人流的比流量。比流量是指建筑物出口在单位时间内通过单位宽度的人流数量（单位：人/（m·s），比流量反映了单位宽度的通行能力。根据对多种建筑的观测结果，比流量在水平出口、通道处和在楼梯处不同，而不同的人员密度也将影响比流量。图5-4-14显示了不同的疏散走道上流出系数（比流量）与人员密度的关系，由图可以看出，首先，随着人员密度的增大，单位面积内的人员数目增大，从而单位时间内通过单位宽度疏散走道的人员数目也增大，当人员密度增大到一定程度，疏散走道内的人员过分拥挤，限制了人员行走速度，从而导致流出系数的减少。图5-4-14 不同疏散走道比流量与人员密度的关系（引自美国SFPE防火工程手册）4.通道的有效宽度大量的火灾演练实验表明人群的流动依赖于通道的有效宽度而不是通道实际宽度，也就是说在人群和侧墙之间存在一个“边界层”。对于一条通道来说，每侧的边界层大约是0.15m，如果墙壁表面是粗糙的，那么这个距离可能会再大一些。而如果在通道的侧面有数排座位，例如在剧院或体育馆，这个边界层是可以忽略的。在工程计算中应从实际通道宽度中减去边界层的厚度，采用得到的有效宽度进行计算。表5-4-9给出了典型通道的边界层厚度。表5-4-9 典型通道的边界层厚度（引自美国SFPE防火工程手册）类 型减少的宽度指标/cm楼梯间的墙15扶手栏杆9剧院座椅0走廊的墙20其他的障碍物10宽通道处的墙46门15疏散走道或出口的净宽度应按下列要求计算：对于走廊或过道，为从一侧墙到另一侧墙之间的距离；对于楼梯间，为踏步两扶手间的宽度；对于门扇，为门在其开启状态时的实际通道宽度；对于布置固定座位的通道，为沿走道布置的座位之间的距离或两排座位中间最狭窄处之间的距离。