地鐵火災(zāi)人員疏散時(shí)間模型研究

薛維逸

(四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 四川 成都 610065)

在火災(zāi)發(fā)生以后，如果人員能夠越快撤離火災(zāi)現(xiàn)場，到達(dá)安全地區(qū)，那么人員的傷亡就會(huì)越小，做好火災(zāi)人員安全疏散設(shè)計(jì)的目的，就是為了減少人員從火災(zāi)現(xiàn)場到達(dá)安全地區(qū)的時(shí)間。為了了解如果減少人員疏散的時(shí)間，做好相應(yīng)的研究十分重要。

一、人員安全疏散的準(zhǔn)則

必須安全疏散的時(shí)間是指當(dāng)火災(zāi)發(fā)生以后，到將人員疏散到安全地區(qū)所必須花費(fèi)的時(shí)間；可用安全疏散時(shí)間，是指當(dāng)火災(zāi)發(fā)生以后到人員疏散到安全地區(qū)時(shí)，可以使用的時(shí)間，當(dāng)超過了這一時(shí)間以后，人員已經(jīng)受到火災(zāi)的影響，不再能夠疏散到安全地區(qū)。如果要優(yōu)化人員安全疏散設(shè)計(jì)，就必須確保必須人員安全疏散的時(shí)間一定小于可用人員安全疏散時(shí)間，這是最基本的準(zhǔn)則。

(一)必須人員安全疏散時(shí)間

必須人員安全疏散時(shí)間應(yīng)用(1-1)來表示：

REST=Talarm+Tpre+Tmove(1-1)

火災(zāi)探測時(shí)間，是指當(dāng)?shù)罔F發(fā)生火災(zāi)到火災(zāi)火情被發(fā)現(xiàn)這一段時(shí)間。當(dāng)前地鐵站中，通常安裝有火災(zāi)探測儀器，這類儀器能感應(yīng)到溫度、煙氣等的變化，當(dāng)儀器發(fā)現(xiàn)變化達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)，判斷可能出現(xiàn)火災(zāi)以后，它們會(huì)給出警報(bào)，此時(shí)工作人員可根據(jù)火災(zāi)探測儀器發(fā)生的位置，了解火情是否發(fā)生了。預(yù)動(dòng)作時(shí)間是指當(dāng)人們了解火災(zāi)發(fā)生以后，預(yù)動(dòng)作時(shí)間，做好疏散準(zhǔn)備的時(shí)間。不同的人群，所做的預(yù)動(dòng)作存在差異。人群的預(yù)動(dòng)動(dòng)作時(shí)間受性別、年齡、收入、職業(yè)等因素的影響，群體和群體有很大的差異。不僅如此，預(yù)動(dòng)作時(shí)間與現(xiàn)場廣播的播報(bào)范圍、廣播系統(tǒng)扔內(nèi)容、警鈴系統(tǒng)有密切的關(guān)系。如果廣播系統(tǒng)的內(nèi)容簡明扼要，能給予正確的指示，那么同樣能縮短群體預(yù)動(dòng)作的時(shí)間。人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間，是指人員開始散散到到達(dá)安全地區(qū)的時(shí)間，人員是否能被迅速疏散受到人口密度、安全出口寬度、人員疏散速度這三個(gè)因素的影響。

(二)可用人員安全疏散時(shí)間

可用人員安全疏散時(shí)間與火災(zāi)危險(xiǎn)發(fā)生系數(shù)有密切地關(guān)系，如果可用人員安全疏散的時(shí)間越多，相對的安全系數(shù)就越高；反之，安全系數(shù)則越低。可用人員安全疏散時(shí)間與以下幾個(gè)因素有關(guān)：第一，溫度的影響，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生以后，火災(zāi)現(xiàn)場周圍的溫度會(huì)慢慢升高，并且這種溫度升高現(xiàn)象將逐漸擴(kuò)散。溫度升高會(huì)給人員帶來生理和心理上的影響。

表1 火災(zāi)現(xiàn)場煙氣中不同濃度的CO對人體產(chǎn)生的影響

表2 火災(zāi)現(xiàn)場氧濃度降低對人體產(chǎn)生的影響

(三)安全疏散公式

如果設(shè)可用安全疏散時(shí)間為，將必須安全疏散時(shí)間設(shè)為，那么安全疏散的公式可表述為(1-2)：

ASET>RSET

(1-2)

二、疏散的必須時(shí)間計(jì)算

如果要安全疏散人群，就必須了解必須疏散的時(shí)間，依此推測出可用疏散的時(shí)間。當(dāng)前計(jì)算必須疏散時(shí)間的公式有很多國，這些公式各有其應(yīng)用優(yōu)勢，也有應(yīng)用的不足，在計(jì)算必須疏散時(shí)間時(shí)，需要選擇適合的計(jì)算方法。

(一)經(jīng)驗(yàn)公式

經(jīng)驗(yàn)公式，是分析在正常的環(huán)境下人員運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，它是研究人員疏散的依據(jù),它探討的是人員密度、人員行走速度、流量這三項(xiàng)因素。經(jīng)驗(yàn)公式可描述為：

流量=速度×密度×通道寬度

(1-3)

(二)幾種常見的經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用

1.網(wǎng)格控制下的人員密度控制

關(guān)于如何控制密度，人們最先是從水管里水的流動(dòng)得到啟示，把整個(gè)地鐵站視為水管，在分析地鐵站疏散的效率時(shí)，便不能只分析出口、入口兩處的疏散效率，而應(yīng)將地鐵站的各個(gè)區(qū)域視為節(jié)點(diǎn)，分析每個(gè)節(jié)點(diǎn)的疏散效率，應(yīng)用控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的疏散效率，從而最終提高整體疏散效率的方法，來提高整體效率。

2.節(jié)點(diǎn)的劃分

關(guān)于如何劃分節(jié)點(diǎn)，學(xué)者們提出了不同的看法。當(dāng)前最常使用的節(jié)點(diǎn)劃分方法是格子氣自動(dòng)機(jī)模型，這種模型最初是由1973年，法國的學(xué)者J.Herdy、y.pomeau、O.de Pazzis提出的，人們又簡稱它為HPP模型。它提出先建立一個(gè)單元格，實(shí)際上人在疏散的時(shí)間，不是向1個(gè)方向去逃生的，而是可從東、南、西、北4個(gè)方向逃生的，于是要控制人流的密度，便要計(jì)算在一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，人員向4個(gè)方向輻射的速度。1986年，法國的學(xué)者U.Prisch、Y.Pomeau與英國的R.Hasslacher優(yōu)化了這一模型，他們提出人員疏散時(shí)，沒有必要只受四個(gè)方位的局限，實(shí)際上人員疏散受空間離散、碰撞規(guī)律的影響，于是，在進(jìn)行人員疏散設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)流的重點(diǎn)，就是提高人員離散的速度，避免人群之間發(fā)生碰撞。于是這一設(shè)計(jì)原理又被人民們稱為FHP模型。

3.人員疏散數(shù)據(jù)的采集

關(guān)于如何計(jì)算流量，格林尼治大學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)科學(xué)院的Galea開發(fā)出了Building Exodus模型，他提出將網(wǎng)格設(shè)為0.5m×0.5m為一個(gè)單元。通過了解每個(gè)單元中人員疏散的效率來分析人員疏散的效率。他提出可以應(yīng)用安裝監(jiān)控錄像，調(diào)閱監(jiān)控靈像中的數(shù)據(jù)；分析他人寫的調(diào)查報(bào)告；對空間中的浸透事人進(jìn)行訪談的方法來獲取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將是研究人員疏散效率的依據(jù)。這套研究方法扣來被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，人們研究火災(zāi)疏散問題時(shí)，經(jīng)常應(yīng)用這套方法來獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.優(yōu)化布局設(shè)計(jì)

當(dāng)前人們提出，通過優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，可以通過主動(dòng)調(diào)節(jié)因子和因子之間的關(guān)系，來提高人員疏散的效率，給出正確的疏散決策。這一設(shè)計(jì)理念是由英國AEA技術(shù)股份有限公司中Katchell等人提出的。他們提出建立每個(gè)單位面積為0.2m2的網(wǎng)格，將人口密度控制在5人/m2，可以避免人口密度太高，當(dāng)人員疏散時(shí)，出現(xiàn)擁堵的問題。他們還提出每個(gè)單元格至少要有6個(gè)可供逃生的方向，應(yīng)用這樣的方法，可以提高單元格中，人員疏散的效率。而布局設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵，就是通過優(yōu)化人體尺寸、步行速度、報(bào)警信號(hào)的反應(yīng)速度，來提高人員疏散的效率。