疏散优化（共7篇）
疏散优化 篇1
0 引言
近年来,人群疏散研究中关于疏散优化问题引起了人们广泛的兴趣,特别是对于具有多个出口的区域进行疏散时,科学制定疏散策略并对人群加以引导,能够提高疏散效率。慕楠等[1]基于传统的迪杰斯特拉算法和回溯法的思想,对矩阵化的地图信息进行处理和计算,得到满足最大疏散人数、总体最短疏散路径、最短疏散时间等优化条件的优化方案。陈海涛等[2]提出了以疏散人员到出口的距离、出口宽度和出口区域人员密度三个因素为基础的出口选择模式作为建筑疏散指示标志的设计规则。Yue等[3]提出一个改进的动态参数模型,模型引进认知系数来表示人员评估疏散出口堵塞情况的能力。Zhao和Gao[4]则提出一个修正元胞自动机模型,并且引入出口疏散储备能力来量化出口疏散能力的余量。Huang等[5]提出一个改进的场模型,模型中疏散出口的选择是由路线距离、出口宽度和选择该出口的人数等参数所决定。虽然不同模型从不同角度来研究出口选择策略,但是其主要核心思想都是通过调整人员疏散出口选择,来达到降低人员疏散时间的目的。本文以整体疏散时间最短为目标,综合考虑了人群分布、出口位置、出口宽度等因素,提出了区域分区疏散优化算法,通过迭代计算每个行人的最优出口选择,建立出口选择分区图,最终得到优化的疏散分区设置,由此,应急疏散预案的制定者可以根据这个图来设计疏散指示系统或者配置疏散引导人员,对区域分区疏散更加具有指导意义。
1 算法设计
行人的疏散运动时间由两部分组成:行人运动到出口的时间和行人在出口的等待时间。行人运动到出口的时间取决于行人与出口之间的距离和运动速度,而等待时间取决于出口的流量和在出口处等待的人员数量。行人总是习惯性选择最近的出口,但如果预期选择该出口的人比较多时,他可能需要等待很长的时间,从而导致总的疏散时间增加[6,7,8]。因此,在规划疏散方式时,通过掌握区域内所有人员的分布以及出口的情况,才能对疏散路径进行整体优化[8,9,10]。本算法综合考虑人群分布、出口位置、出口宽度等因素,以疏散时间最短为目标,通过迭代计算,求解每个行人的最优出口选择,从而确定区域内的优化分区疏散方式。
为简单起见,模型中假定所有个体具有相同的属性,例如:性别、年龄、运动能力、运动速度等。实际疏散中,行人的出口选择会受到多种因素的影响[11,12,13,14],例如:选择熟悉出口、从众心理等。本文重点讨论基于人群分布和建筑结构的分区优化疏散方式,因此假定个体按照优化分区确定的出口疏散,而不考虑个体其他的选择出口决策行为。
具体算法过程如下:
1)将空间划分为大小0.4m×0.4m的网格,每个行人只能占据一个网格,记录下每个行人的位置。
2)根据Dijkstra算法,计算每个行人到各个出口的距离,将路径最短的出口设置为行人出口选择的初始值。
式中:Exitchoicen表示第n个行人选择的出口编号;Distancein表示第n个行人离第i个出口的距离,共有m个出口;index表示根据行人离出口的距离值,提取所对应的出口编号。
3)根据每个行人的位置,用以下公式估算行人选择各个出口的疏散时间:
式中:Exit Timein表示第n个行人选择第i个出口的疏散时间估算值;V表示行人的运动速度;N表示所有行人的数量;Nin表示选择第i个出口,但比第n个行人距离出口i更近的行人的总数(也就是说同样选择出口i,但是比第n个行人更早到达出口的行人总数);Wi表示第i个出口的宽度;C表示通过疏散出口的单位流量,人/(m·s),通常取值1.33人/(m·s)。
4)计算行人到达所有出口的疏散时间估算值,将行人的出口选择设置为所需疏散时间最短的出口。
5)不断重复步骤3)和4),当所有行人不再改变疏散出口选择时,认为结果收敛。
6)最终,每个人都选定了对应的疏散出口,选择相同出口的人群将组成一个区域。
图1给出了该算法的流程图。下文将通过一个具有多个出口的步行商业街区疏散案例,利用经典的无后退有偏随机行走模型[15]进行模拟计算,对是否采用优化分区疏散的疏散结果进行比较分析。
2 商业街基本情况
图2为商业街区的平面示意图,该地区主要的商业活动集中在一条南北约1 000 m,东西约为20 m的主干道。在主干道两侧是各种商品的商业店铺,同时主干道两侧分布了很多小胡同。在紧急情况下,主干道的南北两侧和各条胡同的出口,可以作为紧急疏散出口。西侧可用于疏散的胡同为9个,东侧可用于疏散的胡同为7个。因此,包括南北主干道的出口在内,一共有18个出口可以用于疏散。表1给出了各个出口的宽度。
3 人群分布
根据商业街区的客流量统计,高峰期的日客流量可以达到20多万人。如果从早晨8:00到下午6:00为集中客流时间段,假设每个人在商业街区停留的时间为1h,则该商业街区平均每个时间段聚集的人数为2万多人。场景假设所有的行人都分布在南北主干道上,沿着南北方向将商业街平均分成10段,由于游客通常沿商业街的中心线分成两股相向人流,整个商业街的南北主干道被大致平均分成20个区域,每个区域的面积约为100 m×10 m=1 000 m2。由于商业街各处对游客的吸引程度不同,商业街内人员并非均匀分布。根据观测结果,我们将商业街的不同区域人群密度大致设置为2,1.5,1,0.5和0.25人/m2,人群密度分布如图3所示,根据人群密度数据,商业街内人员总数为25 250人。
4 人员运动规则
模型采用了无后退有偏随机行走模型来模拟行人的运动过程,模型的细节见文献[15]。模型中D表示行人的自驱动作用,其方向为行人的期望方向,大小表示行人运动强度,本模型中取值0.99。行人的运动速度设为1 m/s,疏散预动作时间为0。
5 结果及分析
为了方便表述,将仅考虑出口位置,利用最短路径算法得到的疏散分区结果称为原始分区;将综合考虑人员分布、出口位置及宽度,采用优化算法得到的疏散分区结果称为优化分区。根据上述算法,由于疏散的规模比较大,计算得到的优化分区是经过3 500次迭代得到的收敛值。
5.1 疏散分区
为直观显示疏散分区情况,本文建立了出口选择分区图,图中选择相同出口的个体形成了不同的疏散分区。图4给出了疏散选择分区的计算结果,其中图4(a)是采用原始算法得到的原始分区图,图4(b)是采用优化算法得到的优化分区图。图4(a)中相邻出口所关联的区域基本是对称的,而图4(b)中相邻出口所关联的区域并不对称,较宽的出口会关联更大的区域,周围人群密度较小的出口会关联更大的区域。
我们将图4中的部分区域进行放大显示。在图5(a)中,阴影区域由原属W3疏散分区划归到E3疏散分区,这是因为虽然E3和W3所关联的区域的人员密度相同,但是E3的宽度比W3要大的多,将阴影区域的人员划归到E3疏散分区,选择更宽的出口能更快疏散出去。在图5(b)中,阴影区域由原属E5疏散分区划归到W6疏散分区,这是因为虽然E5和W6的宽度相同,但是W6所关联的区域的人员密度比较小,将阴影区域的人员划归到W6疏散分区,在疏散过程中遇到的拥堵会更小,能够更快疏散出去。
表2给出不同疏散分区内的人员数量,从表中可以看出,优化后的疏散分区是综合考虑人群密度分布、出口宽度、疏散距离等因素得到的,其主要是保证人员尽快通过疏散出口。1)宽度大的出口对应的疏散分区内包含的人数会更多,例如:W3疏散分区内的个体数量从1 611下降到1 351,而E3疏散分区内的个体数量从1317增加到2 423。这说明经过重新划分的疏散分区后,将引导约300人放弃较窄的出口W3,而选择了出口较宽的E3。2)附近人员密度小的出口对应的疏散分区内包含的人数会更多,例如E5疏散分区内(附近的人员密度是1.5人/m2)的个体数量从2 126下降到1 681,而与之相邻的W6疏散分区内(附近的人员密度是1.0人/m2)的个体数量从1 208增加到1 674。这说明经过重新划分的疏散分区后,将引导约400人放弃拥挤程度较高的出口E5,而选择拥挤程度较低的出口W6。由此可见,经过优化后的疏散分区设置将引导更多的人选择较宽的出口和拥挤程度较小的出口,从而使各出口得到充分利用,提高疏散效率。
5.2 疏散时间
由于优化疏散分区的引导下,个体对疏散出口进行了新的选择,各疏散分区在优化前后的疏散时间如表3所示。最长的疏散时间也就是街区的全部人员疏散完毕的时间,结果发现根据优化疏散分区的结果进行疏散时,整体疏散时间从850 s下降到564 s,这意味着疏散效率提高了33.64%。
各个分区疏散时间的方差可反映疏散出口利用的均匀程度,方差值越大,表明疏散过程中出口利用不均的现象越严重。根据表3计算,采用原始疏散分区疏散,各出口疏散时间的方差为195 s,而采用优化疏散分区,各出口疏散时间的方差是145 s。这一结果表明采用优化疏散分区,可对疏散过程中人群有效实现分流,人员在各个出口的拥堵等待时间得到了相对平均的分配,提高了疏散效率。
6 结论
1)提出了大规模人群分区疏散优化算法,该算法以疏散时间最短为目标,算法中的时间估算函数包含人群分布、出口位置、出口宽度等参数,通过迭代计算,求解每个行人的最优出口选择,从而得到优化疏散分区结果。
2)以某步行商业街区的疏散为例,利用经典的无后退有偏随机行走模型,对是否采用优化分区疏散的疏散结果进行比较分析。结果表明,采用优化分区进行疏散时,人群被导向宽度较宽和附近人员密度较低的出口,各出口的疏散时间的方差减小,人群得到了有效的分流,人员在各出口的拥堵等待时间得到了相对平均的分配,虽然部分人员放弃了最短路径选择了较远的出口,相对于仅考虑疏散距离的疏散分区方式,整体疏散效率提高了33.64%。
3)出口选择分区图给出了人员的出口选择情况,可以为人员的分配方式提供参考。在实际应用中,应急疏散预案的制定者可以根据该图来设计疏散指示系统或者配置疏散引导人员,对于区域分区疏散策略的制定具有一定指导意义。
疏散优化 篇2
关键词：运输模型,安全疏散,优化,表上作业法,再次赋值
1 运输模型在安全疏散方案优化问题中应用的可行性探讨
研究疏散主要要解决的是如何在最短时间内使得疏散人员全部到达安全区域, 使火灾发生情况下伤亡事故减少。火灾发生后确保人员安全疏散的条件可用如下公式表示:
其中ASET表示可用安全疏散时间, RSET表示需要疏散时间。
ASET是指从开始着火至火灾发展到安全疏散临界条件的时间。本文提出的基于运输模型的疏散方案优化方法就是估算ASET中人员疏散时间FT最小值的一种方法。单纯形法中的表上作业法在运输问题的优化中得到了广泛的应用。运输模型解决单一货物从多个产地向多个目的地输送的计划安排问题。与运输问题进行对比可以发现, 在疏散问题中, 人员疏散前所在位置可看成是运输问题中的产地, 安全区域可看成是运输问题中的销地, 某条疏散路径的通过时间可看做是运费。这样按照运输模型的求解可得出所有人员疏散时间的和的最小值。根据以上所述, 可将疏散问题用表1表示。
为了保证每个安全区域都能容纳优化后的抵达人数, 故先对bj (j=1, 2, …, n) 赋一个比较大的数, 在具体工程实例中, 可根据实际情况进行设定。对于不平衡运输问题, 在求最优解之前, 需要采用添加哑元的方式将运输模型标准化。因为哑元处实际并没有任何行为发生, 故其疏散时间可设定为零。根据运输模型理论可知, 哑元的增加时不会影响优化设计。增加的哑元中, 虚拟的人员数目为所有安全区域总容纳值和待疏散总人数的差值, 即转化为平衡问题后可用表2来表示。
2 安全疏散方案的优化方法
首先应当对所有疏散路径一一列出, 并将每个疏散路径分割成若干个通行段。然后对每个通行段的疏散能力进行评估, 将最不利通行段和两条或两条以上路径共用的通行段的通行能力 (人/s) 标出, 作为求出可行方案后进行再次赋值的依据。
确定疏散各个人员初始位置分布情况即每个初始位置实际容纳的疏散人数ai和安全区域的位置以及该区域的最大容纳人数bj以及沿每条路径的疏散时间ti, j。其中ti, j对于不同通行段可依据下列原则量化:
(1) 人员通过水平通道时间按照t=s/v估算, 其中s为水平通道的长度, v为个体的通行速度, 通行速度的取值可参照国外的实验数据进行取值。
(2) 人员通过楼梯的时间可用经验公式 (1) 估算。
其中, 为楼梯的长度 (s) , R为楼梯的阶高 (m) , B为楼梯的阶宽 (m) 。
(3) 由于该方法目的是在尽量避免人员堵塞的情况下顺利疏散, 所以通过门口的速度可按照水平通道计算, 其宽度按照实际门宽度减去0.3m, 长度按照1米进行计算。
表格做好之后, 利用单纯形法中的表上作业法对其进行求解。
上述方法求出的方案并不能代表该疏散方案的最优方案。如果出现人群滞留现象, 则需要对该疏散通行段所在的疏散路径进行再次赋值。在再次赋值后, 新的平衡运输问题随之列出。多次调整不同疏散路径的疏散时间后, 可得到一个对于此建筑的不出现人群滞留的最优疏散方案。
3 利用该方法进行疏散方案优化的若干技巧
该方法还可以对人员的个性特征进行量化。在疏散过程中, 不同人群的疏散速度是不一样的。对于一个疏散初始位置可以按照人员年龄、性别等因素进行分组, 并将该疏散初始位置扩展为N个子疏散初始位置, 这些子疏散初始位置与原先的初始位置也是具有相同意义的, 他的设定是为了将同一疏散初始位置中的人员个性特征进行量化, 使得此方法所得的疏散优化方案更加可行。
该方法还可以用于火灾场景下的疏散方案优化。在设定疏散时间过程中, 火灾发生位置所在疏散路径的疏散时间设定为一个很大的值。根据总疏散时间的最短这一优化目的可以知道, 这样设定是将这个疏散路径不予考虑, 即人员不从这条路径进行疏散。
参考文献
[1]田玉敏, 梁强.歌剧院火灾场景下人员安全疏散安全性的检验[J].消防科学与技术, 2007, 3, 26.
[2]《运筹学》教材编写组编.运筹学 (第3版) [M].清华大学出版社, 2008, 3.
[3]霍然, 袁永红.性能化[M].
疏散优化 篇3
1 医院消防安全管理现状
目前国内外对于医院的消防安全管理及人员疏散问题给予了较多关注, 主要的研究方法即利用人员流动观测或实验模拟等手段, 试图从实验观测数据中总结出人员疏散流动的基本规律, 并以实际观测为主, 收集、分析人的步行行动能力, 以及建筑物出口的流动系数等观测数据, 之后总结出根据人员密度确定人员流动速度的方法, 以及建筑物疏散通道的数量和宽度的方法, 这种方法在早期得到了广泛的应用, 并主要用来指导建筑物防火设计规范的制定以及疏散方案的制定[5]。随着计算机技术尤其是数值模拟技术的迅速发展, 国内外学者及研究人员利用网络技术、虚拟现实等技术方法, 在两维或三维建筑空间建立火灾状态下人员应急疏散行为的计算机模型。最近几年, 以这种技术为基础的微观仿真模型逐步成为疏散模拟研究的重点, 已有很多模型被开发用以火灾及疏散模拟分析研究[6]。但是这种方法在医院中尚少见应用, 究其原因, 可能是由于医院的人群密集、类型众多、开放性强等特征, 都使得计算机仿真建模的难度大大增加。
本文主要从当前医院在消防管理中存在的问题着手, 以某大型综合性医院为例, 利用系统仿真方法对消防安全管理中的应急疏散问题进行研究, 并基于统计分析, 对现有消防应急预案进行优化, 提出适应医院建筑特点和人群特征的应急疏散预案, 为提高医院消防安全管理提供借鉴和参考。
2 医院消防疏散现场仿真
医院消防疏散现场的仿真流程如下:①首先在仿真软件中导入医院的二维平面图, 在平面图当中需要确定有可能起火的重点区域。②根据二维平面图设计三维空间图, 并根据医院的管理流程和疏散方案确定病人、家属、医生、护士及保卫处人员的疏散流程和路径。③根据医院的消防逃生预案, 仿真不同着火点起火后的疏散方案, 并针对疏散通道进行重点观测。④对于疏散预案进行评价和分析, 其中列举出了每个时段的逃生人数, 经判断大概需要921.95s才能让医院现有的1264人全部安全疏散, 如表1所示。
3 消防疏散预案优化
通过系统仿真的方法来分析原有的疏散预案, 如图1所示, 发现了很多问题, 因此制定了新的应急预案, 如图2所示。
由图1、图2可见, 新的应急预案在较多方面进行了改进, 如防火安全措施、报警程序和应急疏散程序方面, 均进行了一系列改进。
3.1 防火安全措施
(1) 各功能区域安排消防安全巡视员, 制定巡视路线进行安全巡视, 及时掌握整体消防状况, 做好火灾隐患整改工作, 并确保疏散通道和安全出口畅通。
(2) 定期对新院区各楼层重点部位消防器材进行检查, 有损坏和不能正常使用的要及时更换。
(3) 对在楼内需动用明火施工的人员加强管理, 必须由保卫科发放动火证明, 并准备好相关预防措施后, 方可进行施工。
(4) 加强对使用高耗电大型设备科室的巡查, 在室内无人员操作的情况下确保设备断电, 严禁私自使用电加热器等设备。
(5) 定期由保卫科组织消防安全知识培训, 筹划消防演练, 增强职工的防火安全意识。
3.2 报警程序
(1) 发现火灾后, 控制室应确定报警位置, 向报警位置迅速派出人员, 携带相关灭火器材核查, 并将情况进行反馈。如果确认为火灾, 在场人员利用现有工具在3分钟内不能将火扑灭或控制火势, 则按照预案实施扑救和疏散工作, 并报“119”火警。
(2) 当火灾被确认后, 消防控制室的值班人员应在保卫科的指导和消防监控室的统一调动下, 根据实际情况以及火情需要, 进行如下工作:①停用起火层的中央空调;②启动灭火系统和防排烟系统;③将非消防电梯降到首层, 确认疏散人员后锁住;④切断非消防用电, 保证消防设备和事故应急照明用电;⑤指挥安保人员迅速关闭有关防火卷帘门, 以隔绝火灾单元和非火灾单元, 防止火灾蔓延;⑥安排专人提前到消防车经过的路线等候、引领, 以便消防车到达后及时赶往事发地点。
3.3 应急疏散程序
(1) 消防应急小组应打开广播系统, 分楼层做疏散指示, 并迅速组织有关部门和人员、物资、设备到火灾现场, 察看火情, 疏散人员。
(2) 医护人员在接到本层疏散指示后, 要先疏散行动不便的病人, 并在疏散过程中密切观察病人情绪及身体情况, 最后组织医护人员撤离, 并妥善安置疏散后的病人。
(3) 由于火灾现场火情和烟雾所致, 不能及时疏散的人员, 在安保人员的带领下迅速移至远离火场的安全区域, 耐心等待消防人员的救援。
(4) 疏散结束后, 应立即清点本科室病人及工作人员数, 防止有人滞留在火场, 并及时向总指挥报告疏散情况。
4 结论
医院人群相对集中, 火灾危险性相对较大, 因此, 消防安全工作是一项任重而道远的工作, 医院始终都应将之视为工作的第一要点。对于医院的消防安全管理来说, 必须在重视消防设施的基础上, 建立、健全应急安全管理制度, 同时根据医院建筑物及人群特征优化应急疏散预案, 要从根本上减少各种不安全因素, 以有效降低医院建筑火灾事故的发生率, 提高自身的火灾抵御能力。
参考文献
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[3]冯小山.大型综合性医院消防安全管理现状问题与对策[J].现代医院, 2011, 11 (5) :1-4.
[4]王伟军, 田玉敏.医院火灾特点以及消防安全对策的研究[J].消防技术与产品信息, 2008, 8:33-36.
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疏散优化 篇4
1 高层建筑消防安全疏散设计原则
高层建筑消防安全疏散设计应严格以建筑物属性为依据设定相应的疏散设施, 并结合火灾、烟气流动性以及疏散方式预测, 制定主动与被动相结合的安全疏散设施设备设计及人员疏散方案, 确保高层建筑一旦出现火灾险情被困人员可以迅速安全撤离。安全疏散方式应尽可能多样化, 以避免因人为因素或机械故障阻碍疏散。应遵循以下两大基本原则设计高层建筑消防安全疏散方式:第一, 应严格依据建筑消防技术规范的相关要求设置高层建筑消防疏散设备设施, 并做好日常维护管理, 确保消防设施设备的完整性和有效性;第二, 确保建筑物中最不利点人员可以安全撤离火灾危险区域。
2 高层建筑消防安全疏散设计的优化方案
2.1 尽可能延长危险来临时间
高层建筑发生火灾后, 被困人员面临的最大威胁就是烟气, 为最大限度延长危险来临时间, 首先是对火灾产生的烟气进行有效控制。第一, 科学的划分防火防烟分区。一旦发生火灾险情, 人员撤离速度远远赶不上烟气蔓延速度, 因此, 应对横向及纵向防火防烟分区进行科学设计, 尽可能将火灾控制在有限范围内;第二, 设计安装自动灭火系统。自动灭火系统可及时对火灾进行扑救, 同时还具有降温、消烟, 防止火灾扩大的作用, 是实践中高层建筑火灾防护首选方案, 常见的有自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统以及气体灭火系统;第三, 以《高层民用建筑防火设计规范》为依据, 设置防烟排烟设施, 以尽可能的控制起火点烟气扩散, 将烟气排出;第四, 确保疏散楼梯、通道、安全出口畅通, 为人员疏散提供保障。
2.2 缩短疏散开始及逃生时间
高层建筑一旦出现火灾险情, 发现越早, 撤离迅速, 火灾所导致的伤亡越小, 反之, 后果不堪设想。高层建筑消防安全疏散设计优化应尽可能的控制疏散开始及行动时间。
在疏散开始时间方面, 应注意以下几点:第一, 严格以《火灾自动报警系统设计规范》中相关要求为依据, 结合建筑场所实际情况设置火灾自动报警系统;第二, 在疏散通道、楼内走道等部位设置火灾声光报警装置, 以确保高层建筑一旦出现火灾险情可以及时向建筑中人员发出火警信息;借助其他可听可视设备提示火警, 并且火警可听信号优先于正常情况声音信号, 将其与其他信号显著区分开来;自动及手动播放疏散通知, 同时要提供足够的火情及疏散指示;设置火灾事故应急广播, 通知建筑内人员疏散;第三, 制定完善疏散预案和消防安全管理制度, 定期组织职工进行演练, 加强消防控制室人员培训, 确保值班员在岗在位, 一旦发生火灾, 能在第一时间进行处置, 能在最短时间内引导人员进行疏散。
在疏散行动时间控制方面, 应注意以下几点:第一, 确保建筑布局的合理性, 特别是高层建筑消防疏散通道应合理畅通, 并且具有较高的识别性, 避免疏散人员迷路;第二, 按照正反两个方向设计疏散通道;第三, 出口的分散性, 避免由于疏散人数过多造成拥堵, 同时还要注意两个安全出口之间应保持5 m以上的距离;第四, 为确保各个防火分区安全性, 各防火分区应设计两个以上分布均匀的安全出口;第五, 要注意对疏散距离进行适当控制, 防止疏散人群未到达安全部位前受到烟气侵害。而在不同的高层建筑的疏散距离方面, 也有不同的要求, 详见表1;第六, 关于疏散通道, 在设计过程中要尽可能做到间接明了, 尽量不做弯道、阶梯以及门槛等设计;第七, 要做好疏散楼梯、通道、出口的日常维护管理工作, 避免出现堆放杂物堵塞疏散通道、锁闭出口等现象;第八, 关于建筑疏散楼梯。楼梯、休息平台必须选择不燃烧材料, 同一楼梯在不同楼层不应出现错位, 同时休息平台的长度应不小于楼梯宽度;楼梯间内不得采用易燃、可燃材料装修。
2.3 建筑火灾疏散诱导系统设计
高层建筑消防疏散诱导系统应涉及听觉诱导、视觉诱导两方面, 其中听觉诱导也就是语言诱导, 一般由口头诱导以及广播诱导两部分构成, 口头诱导主要由建筑物中专门责任人员进行语言指挥, 广播诱导是在建筑物出现火灾险情的情况下通过广播的形式及时向建筑物中人员报道火情, 指挥疏散。视觉诱导主要是采用视觉代号进行告警, 一般较为常见的有火灾事故应急照明、疏散指示标志和安全出口标志。
除此之外, 还应注意做好日常防护工作, 尽可能创建无烟、无明火以及防热的安全环境。不断完善灭火疏散应急组织, 加强管理, 定期对建筑物中消防设施设备进行检修, 组织建筑物中人员进行消防演练, 组织安全管理人员进行疏散诱导相关知识培训。对于在建筑物中出现的不安全行为, 特别是存在火灾隐患的行为必须及时予以制止消除, 预防火灾事故发生。
3 结语
随着高层建筑物数量的不断增长, 高层建筑防火及安全疏散事宜应当引起足够关注和重视, 应严格遵循高层建筑消防安全疏散设计原则, 科学合理地对高层建筑消防安全疏散设施进行设计, 并结合实践情况不断对其进行优化。
参考文献
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[4]孙科源, 毕永丽.保证建筑设计中的防火与疏散要求的方法与措施[J].中华民居 (下旬刊) , 2013 (12) :118-119.
疏散优化 篇5
1 某商场扩建工程简介
该购物广场占地面积16 521 m2,总建筑面积约9.8万m2,地下1层,地上7层,平面结构为100×110矩形,中间有天井,呈“回”字形分布。建筑的1～7层已建成并投入使用,现扩建8层及夹层,该购物广场扩建后总建筑面积107 274.2 m2,扩建面积8 100 m2,扩建后8层有7个电影厅及休息区,夹层为电影放映机房。
2 人员疏散分析
采用EVACNET软件进行疏散分析。
2.1 疏散设施
根据Pauls和Fruin提出的疏散理论,用于疏散计算的出口有效宽度应等于出口的净宽度去掉两侧边界层宽度,各疏散路线边界层宽度参考表1所示。
该购物广场8层改造为电影厅后有6个通向下层的疏散楼梯,图1标示了疏散楼梯的位置,第8层可用的疏散设施的数目及有效宽度如表2所示。除此之外,该购物广场第8层改造为电影厅后,根据实际情况在第7层屋顶设置了避难平台,如图2所示的阴影部分,并有10个出口通向平台,位置如图2箭头所示。
2.3 人员载荷选取
该购物广场8层的人员分为工作人员和普通人员。工作人员对疏散通道和建筑结构比较熟悉,在发生意外时一般可以顺利找到出口。普通人员对于建筑结构不熟悉,不清楚疏散通道的具体位置,在发生火灾时,一般要经过寻找和工作人员的引导才能找到疏散出口。该购物广场8层的人员载荷情况如表3所示。
说明:1.电影厅人数参照图纸设计的观众座位确定2.休息区人数根据图纸由面积与人员密度折算得出,人员密度参照《日本避难安全检证法》中的规定
2.4 人员疏散时间模拟
2.4.1 参数选定
根据购物广场实际情况将电影厅外疏散出口的疏散能力AFV设为1.3人/(m·s),电影厅内的疏散出口的疏散能力AFV设为0.9人/(m·s)。疏散时人员在平地运动的平均速率AS设为1 m/s,在电影院里运动的平均速率AS设为0.7 m/s。
2.4.2 疏散方案
该购物广场8层有6个疏散楼梯通向下层,并有10个出口可通向7层屋顶的避难平台。为了设计出最合理的疏散方案,笔者共考虑了3种情况以进行比较。方案一:在进行人员疏散分析时,保守地假设人员全部通过6个疏散楼梯进行疏散,不向避难平台疏散。方案二:在进行人员疏散分析时,认为人员既可以通过6个疏散楼梯进行疏散,又可以向避难平台疏散。方案三:在进行人员疏散分析时,认为1区人员可以借助于2区进行疏散,其余与方案二相同,疏散路线如图3所示。
2.4.3 疏散时间计算结果
对于疏散方案一,用以上所给疏散条件,使用EVACNET网络模型对购物广场8层的所有人员进行同时疏散,认为人员疏散至防烟楼梯间内即为安全,得出8层所有人员疏散完毕的行动时间为235 s。对于疏散方案二,用以上所给疏散条件,使用EVACNET网络模型对购物广场8层的所有人员进行同时疏散。考虑楼梯间内的拥挤,将疏散至楼梯出口的疏散能力AFV设为正常情况下的一半,定为0.5人/(m·s),计算时认为人员疏散至防烟楼梯间内或避难平台上就视为安全,得出8层所有人员疏散完毕的行动时间为355 s。对于疏散方案二,由于考虑楼梯内人员的拥挤,疏散至楼梯出口的疏散能力AFV比正常情况下小,导致了整层疏散结果时间变长。对疏散结果进一步分析可得,疏散瓶颈出现在入口大厅处的楼梯,其他疏散出口处的疏散运动时间均小于200 s,楼梯位置如图3圈中所示。为了缓解该部楼梯的疏散压力,采用疏散方案三,1区可借助于2区进行疏散,同时考虑楼梯间内的拥挤,将疏散至楼梯出口的疏散能力AFV设为正常情况下的一半,定为0.5人/(m·s)。计算时认为人员疏散至防烟楼梯间内或避难平台上即为安全,得出8层所有人员疏散完毕的行动时间为205 s。
紧急情况下的人员全部疏散完毕时间为火灾探测时间(talarm)、人员反应时间(tresp)和人员疏散运动时间(tmove)的总和。人员反应时间tresp的计算参照国内外的统计数据:当采用消防广播作为语音现场指挥时,tresp小于1 min,当采用非指示性(录音)作为疏散警告时,tresp应为3 min,而当采用一般的警铃等作为疏散警告时,tresp将大于4 min。该购物广场8层人员处于清醒状态,在保证有现场语音指挥情况下,tresp设为1 min是比较合理的。
考虑到建筑内设有完善的火灾探测报警和监控系统,火灾探测时间较短,设为60 s。
tmove由计算机人员疏散网络模型EVACNET模拟获得。3种疏散方案的最终疏散时间如表4所示。
2.5 疏散方案比较与分析
对比模拟结果可以看出,人员从电影厅疏散出来的时间都比较快,人员多集中在疏散走道和疏散楼梯口,因此,合理制定疏散预案,充分利用各种疏散设施显得尤为重要。由于方案一没有考虑楼梯间内拥堵,因此若要在实际过程中采用方案一进行疏散,则必须要求业主在火灾情况下,首先对8层人员进行疏散,待8层所有人员全部疏散完毕后再进行1～7层人员的疏散。而这种疏散方案在火灾实际发生时很难实现,因此方案二和方案三均考虑了楼梯间拥堵对疏散能力的影响。由于各个疏散设施的疏散能力、疏散人数存在一定差异,该影响因素会大大延长个别楼梯间的疏散时间,从而影响整层的疏散时间。但若找到疏散瓶颈后,对疏散方案进行适当调整,对疏散压力较大的疏散楼梯所疏散的人员进行分流,就会明显缩短整层的疏散时间,从而保证人员的安全疏散。
3 结 论
笔者选取了实际工作中常见的一类改扩建工程的具体案例,利用EVACNET疏散模拟软件对其疏散方案进行模拟分析,并针对模拟结果中出现的问题在疏散方案中进行改进、优化,对三种疏散方案进行了量化评估。结果表明,疏散方案的合理制定对人员的安全疏散有重要影响,在很多情况下,疏散设施无法改变,如何在已有疏散设施条件下保证人员生命安全,是值得进行深入研究的课题。根据实际建筑的具体情况,有针对性地进行设计而得到的优化疏散方案会大大缩短人员的疏散时间,保证人员的安全疏散。
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疏散优化 篇6
目前, 我国建筑防火设计必须符合各种消防技术规范与标准的要求, 其中安全疏散设计在许多不同的规范中都有要求, 比如疏散出口的数量与宽度、疏散距离、楼梯的宽度等。但是, 我国现行标准中缺少一系列与之配套的性能指标和评价方法, 这主要是由于我国目前的防火设计执行的是处方式规范的原因。这种设计方法虽然能满足多数疏散设计的要求, 但缺乏有效的方法使设计方案达到合理或者最优的水平。因此, 对安全疏散方案的评价方法进行研究在建筑消防安全中就显得十分重要, 这意味着可以在满足消防规范要求的基础上选择一个较优的建筑设计方案, 从而进一步提高疏散设计的安全水平。例如, 大空间建筑等比较特殊的建筑物, 在我国建筑防火规范中并没有明确的要求, 但利用先进的技术方法仍然可以确保其疏散设计的安全水平。有时虽然没有完全符合规范的要求, 在满足了一定的安全水平时也应当获得认可。
1 疏散设计中的优化模型
1.1 确保安全疏散的条件
火灾中能够保证安全疏散的临界条件是:ASET>RSET。其中:ASET是可利用的疏散时间, RSET是疏散实际所需时间。RSET=td+tm+tpm, td是探测火灾所需时间, tm是人员在疏散通道上的行走时间, tpm是疏散前人员的延迟时间, 包括反应时间和准备时间, td+tm基本为一定值c, 而tpm则是呈正态分布的函数。ASET是从起火至火灾发展到临界条件 (可能造成伤亡的不能忍受的状态) 的时间, ASET∈[0, tuc]。λ= ASET-RSET, 称为安全裕度或者安全系数。λ>0时人员能够安全疏散。
1.2 其他优化模型
在满足安全的前提下, 还应当满足以下条件, 才是最优的设计。
(1) 滞留时间最短。合理的设计可以调节人群到达出口处的时间, 避免人群在出口处的滞留时间过长, 如图1所示。通向走廊的门远离主要出口时, 有利于人流的疏散;通向走廊的门离主要出口较近时, 不利于人流的疏散。
(2) 疏散时间最短。根据人群的相互作用理论, 建筑内人群疏散时间的综合计算公式, 如式 (1) 所示。
式中:tescape为总的疏散时间, s;tp为人员预行动 (延迟) 时间;lmax为空间内从任意点到出口的最长距离, m;v为行走速度, m/s;p为人流密度, 人/m2;Aarea为每个房间的面积, m2;Neff为有效的通行能力, 人/ (m·s) ;Bavail为门的可利用宽度, m。
(3) 人群相互作用力最小。合理的设计可以减少人与人之间的相互作用;相反, 不合理的设计会增加人与人之间的相互作用, 从而可能导致拥挤的形成。如图2所示, 图2 (b) 中增加了一个流动间隔物 (栏杆) , 把人群分成两部分, 使人群之间相互作用明显减小。
2 BuildingEXODUS软件的原理
目前, 可利用的疏散模拟软件主要有26种, 主要分为运动模型、局部行为模型、行为模型三种。与其他模型相比, BuildingEXODUS结合了社会因素的观点, 包括了每个人员的特性及社会学的特点, 共22 项, 如年龄、姓名、性别、步行速度、死亡等。该模型中的人员特征包括对建筑物的熟悉程度、自身的活力以及忍耐力等。该模型可以模拟大量人员在建筑物内的疏散, 且考虑了因毒气或高温而使人产生的停留或延迟。BuildingEXODUS还有一些独特之处, 如考虑火灾产物的作用以及出口处可能发生的堵塞。BuildingEXODUS已经广泛应用于超市、医院、车站、学校、机场等建筑人员疏散过程的模拟分析之中, 可以用来评价建筑设计是否符合规范要求, 分析人员疏散性能以及各种建筑结构中的人群移动效率。而且, 通过研究疏散动力学的性质可以确定设计存在缺陷的区域, 对改进建筑设计和疏散程序提出建议。
3 案例分析
3.1 基本情况
该建筑为某市的新建歌剧院, 一层为有500个座位的观众厅, 楼上四层均为高档包厢, 座位数量分别为350、348、280、350, 总容量为1 828个座位, 具体情况见表1。
通过对于RSET的模拟以及CFAST对于ASET的模拟计算可以得出:五层包厢中座位之间疏散通道只有0.5m, 存在人员拥挤的安全隐患;五层包厢中ASET
3.2 方案优化
(1) 在五层包厢只有一个出口能正常使用并且疏散通道的宽度为0.5m情况下, 对人群在火灾中疏散的情况进行模拟。设计中存在的缺陷主要是座位之间疏散通道的宽度不足, 只有0.5m。模拟结果显示:在人群疏散中造成了严重的拥挤和堵塞。在该情况下进行了10次模拟, 结果如表2所示。模拟结果分析如下:疏散开始初期, 平均每人跳跃座位的次数较少;随着温度的增加, CO体积分数的加大, 平均每人跳跃座位的次数逐渐增加。死亡人员都是由于发生极端行为跳入某些座位的角落, 由于受到高温的作用, 其可移动性下降, 在较长时间的热辐射作用下造成的。FIH表示人员在火场中的遭受火灾影响的累积结果, 它是由毒性子模型计算的动力学特征。FIH=1表示人将由于热而失去能力, FIH上升时可移动性下降;FIH=0表示人的行为不受火灾的影响。从模拟结果可以得出:虽然349人成功疏散, 但是在疏散过程中都不同程度地受到了高温和CO气体的影响。只有1人因受火灾的影响而死亡。
(2) 把疏散通道的宽度增加到1.2m之后, 在一个出口能正常使用的情况下, 对五层包厢的人群在火灾中疏散的情况进行模拟。在增加了疏散通道的宽度之后进行了10次模拟, 在这10次模拟中, 350人都成功疏散出来, 但每次的具体情况也有差异, 详细结果如表3所示。将增加了疏散通道的宽度之后的模拟结果与增加之前的结果进行对比。可以看出:增加了疏散通道的宽度之后, 疏散时间的均值由344.2s减少至330.6s。增加了疏散通道的宽度之后, 每个人跳跃座位次数由6.2次/人减少至5.84次/人, 减少了拥挤和堵塞。增加了疏散通道的宽度之后, 死亡率降低为零。
(3) 五层包厢在两个出口都能正常使用、疏散通道的宽度为1.2m、发生火灾情况下的模拟结果如表4所示。从表4的模拟结果可以得出:在两个出口都能正常使用的情况下, 火灾对疏散者的影响很小, 因为平均每人跳跃座位的次数减少。
(4) 对五层包厢在增加到三个出口、疏散出口总宽度为4.5m、疏散通道的宽度为1.2m并且三个出口都能正常使用、发生火灾情况进行模拟, 模拟结果如表5 所示。每次350人均能顺利疏散;平均疏散时间为129.1s;平均每人跳跃座位的次数为2.1次/人;每次的FIH=0。从表5还可以看出:该模拟疏散过程中各个出口人流的分配是合理的;另外, 最佳出口性能指数平均为OPS=0.375, 说明疏散效率较高, 达到了良好的疏散效果。
(5) 对五层包厢在增加到4个出口、疏散出口总宽度为6.0m、疏散通道的宽度1.2m并且4个都能正常使用、发生火灾的情况进行模拟, 模拟结果如表6所示。每次350人均能顺利疏散;平均疏散时间为117.1s;平均每人跳跃座位的次数为1.8次/人;每次的FIH=0。从表6可以看出:该模拟疏散过程中各个出口人流的分配是合理的;另外, 最佳出口性能指数平均为OPS=0.525, 说明疏散效率较高, 疏散效果良好。
4 结论
(1) 疏散通道宽度不合理会造成人群拥挤的堵塞现象, 还会造成人员的死亡。增加疏散通道的宽度可以减少疏散时间、降低人员伤亡。
(2) 增加疏散出口的数量可以有效降低疏散时间和跳跃座位的次数, 避免火灾对人群疏散的影响, 确保人群疏散的安全。
总之, 从所有疏散模拟的结果可以得出:五层包厢增加1或2个出口的改进设计是比较合理的。综合考虑周围情况, 增加2个出口的设计为最优设计。
摘要：利用模拟软件BuildingEXODUS对存在安全隐患的某剧院五层包厢的疏散设计进行了模拟, 针对不同疏散设计方案的关键参数分别进行了模拟计算, 包括疏散时间、死亡人数、跳跃座位次数、疏散出口的有效性等。结果表明:增加疏散通道的宽度可以减少疏散时间、降低人员伤亡。增加疏散出口的数量可以有效降低疏散时间和跳跃座位的次数, 避免火灾对人群疏散的影响。五层包厢增加两个出口的设计为最优设计。
关键词：安全疏散,优化设计,BuildingEXODUS,模拟计算
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[4]周勇, 张和平, 万玉田.奥运摔跤馆疏散出口设置合理性研究[J].消防科学与技术, 2008, 27 (4) :246-248.
疏散优化 篇7
本文结合GIS和多目标进化算法, 提出应急疏散路径优化三步法模型来求解疏散路径最优方案, 如下图1所示。
1.1 安全避难区域选址
在Arcgis软件中矢量化合适的场地作为安全避难区域, 建立安全避难区域地理信息数据库, 包括:地理位置、面积、可容纳人数等。
1.2 待疏散区到安全避难区域的最优路径
将待疏散区数据、安全避难区域数据和道路网络数据导入Arcgis软件, 求解出每个待疏散区到指定安全避难区域的最优路线和最优路线的长度。
2 应急疏散路径优化
2.1 构建空间多目标优化模型 (Spatial MOP)
建立的应急疏散路径多目标优化数学模型如下所示:
其中, U表示过载能力最小化, V表示总疏散时间最短, Cj为第j个安全避难区域的容量, 和分别表示第i个待疏散区到第j个安全避难区域的最短距离dij和Pij人数。
2.2 多目标进化算法求解MOP
采用NSGA-Ⅱ算法来求解应急疏散路径多目标优化数学模型。算法流程如图2所示。
2.3 最优化方案:pareto前沿
pareto前沿上的A、B、C三点都是最优解, 他们之间不存在支配关系 (占优关系) 。例如B点的支配域为以B点为两条射线顶点的范围, B点的解比支配域范围内E、F和G点的解更优。所以, 实线pareto前沿上的点都为最优解, 如图3。
3 结论
(1) 构建了应急疏散路径优化三步法模型, 该模型同时满足过载能力最小化和总疏散时间最短两个决策目标, 提高了应急疏散路径规划的准确性。
(2) 将NSGA-Ⅱ多目标进化算法与GIS技术有效结合, 求解应急疏散路径空间多目标优化问题。
(3) 由于以pareto前沿形式来表示一组应急疏散路径优化方案的方法是首次提出, 因此如何从pareto前沿中再次选择最优化方案还有待进一步研究。
摘要：针对现有应急疏散路径规划较少考虑多个决策目标和可视化能力不足的问题, 提出一种将GIS (地理信息系统) 技术和多目标进化算法结合的模型, 建立可以优化应急疏散路径的方案。建立空间多目标优化模型, 并用NSGA-Ⅱ多目标进化算法来求解, 得出一组疏散路径最优方案。结果表明:该模型在进行应急疏散路径规划上具有可行性, 并且有很好的可视化效果, 其疏散路径优化结果可直接为决策者制定疏散方案提供参考。
关键词：GIS,多目标进化算法,应急疏散,疏散路径
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