高健

丹東市消防支隊(duì)

性能化防火體系中的定量分析方法初探

高健

丹東市消防支隊(duì)

定量分析方法是實(shí)現(xiàn)建筑物性能化防火目標(biāo)的工具。以城市公共安全疏散性狀的概率危險性評價為目標(biāo)，計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境模擬平臺應(yīng)運(yùn)而生。綜合這兩項(xiàng)最新研究成果，可以直觀、具體地指導(dǎo)人員安全疏散設(shè)計(jì)和緊急狀況下的安全管理。本文對定量分析方法做了簡述，介紹了目前國內(nèi)外流行的技術(shù)軟件和前沿研究成果，并為今后的研究進(jìn)行了展望。

性能化防火評估；定量分析；計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境模擬

性能化防火評估技術(shù)已成為當(dāng)前國際建筑防火領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，是當(dāng)前消防安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。定量分析方法是實(shí)現(xiàn)精確模擬、大規(guī)模運(yùn)算的必要科技手段。

計(jì)算機(jī)能夠有效模擬火場中溫度分布、煙氣蔓延、人員疏散等性能化評估中涉及的問題，能夠?yàn)樵u估提供分析數(shù)據(jù)，為應(yīng)急決策和演習(xí)提供參考。實(shí)際建筑工程的情況千差萬別,我們應(yīng)在積極分析研究國外的模型與方法的基礎(chǔ)上,開發(fā)自己的分析計(jì)算工具。

要定量分析公共場所的應(yīng)急疏散安全性能，目前只有兩種方法:一種是大規(guī)模的實(shí)地疏散演習(xí)，另一種是計(jì)算機(jī)模擬。通常來說大規(guī)模的實(shí)地疏散演習(xí)從可行性和經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮多是不可取的，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)才是解決上述問題的唯一有效的科技手段。

近些年一些火災(zāi)案例表明，火場中有相當(dāng)一部分人因無法識別疏散方向和安全出口不幸遇難。我們應(yīng)該認(rèn)識到，在現(xiàn)代化的復(fù)雜建筑物中，人們的安全疏散將面臨更多困難。北京城市有毒有害易燃易爆危險源控制技術(shù)研究中心、中國科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)減災(zāi)研究所等研究機(jī)構(gòu)，與英國格林尼治大學(xué)火災(zāi)安全工程研究室合作，利用人員疏散模型對典型客流量和人員分布下的人員疏散情況進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，并把人員安全疏散所需要的時間與各種火災(zāi)情形下可供人員安全疏散的時間進(jìn)行了對比（表1是該研究對不同功能建筑物分類報警系統(tǒng)人員響應(yīng)時間的匯總統(tǒng)計(jì)結(jié)果），目前已經(jīng)得到了若干有用的結(jié)論：

1.人員疏散行為特征匯總分析

2.應(yīng)急疏散演習(xí)制度化、長期化

3.已有公共場所、場館人員分布流通模式調(diào)研以及應(yīng)急疏散模擬

4.大型公共建筑及新建場館設(shè)計(jì)方案人員疏散安全性能評價

人員疏散模擬平臺的運(yùn)作程序

無論采用交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，或采用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，首先需完成虛擬場景建模。在虛擬場景模型的基礎(chǔ)上，借助于人機(jī)對話方式，完成人員疏散行為的動畫模擬。其中人的疏散運(yùn)動特征包括轉(zhuǎn)身、超越他人、折返、排隊(duì)等候、繞過障礙物等疏散運(yùn)動狀態(tài)下的疏散運(yùn)動速度及群集流動規(guī)律。這些參數(shù)將受到障礙物和出口之間的相對尺寸、人員密度、人員之間相互的社會關(guān)系以及事故狀態(tài)等諸多因素的影響。研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)搜集了國內(nèi)外大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料，初步建立了人的行為規(guī)則數(shù)據(jù)庫。綜合利用MULTIGEN/VEGA軟件用戶可以模擬進(jìn)人事故現(xiàn)場，進(jìn)行疏散行動的模擬。備開始疏散行動時間的兩個概念嚴(yán)格加以區(qū)分，使得疏散行動開始時間這一重要參數(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度大大增加，完成人員疏散行為特征數(shù)據(jù)的搜集、分析和數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和管理工作。

表1 各種用途的建筑物采用不同報警系統(tǒng)時的人員識別時間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

以下是幾個國外比較流行的人員疏散軟件和火災(zāi)模擬軟件的簡介，筆者做了系統(tǒng)整理見圖1。

building EXODUS預(yù)測的延燒和buildingEXODUSmoni的表示

（VR圖像是通過vrEXODUS表現(xiàn)煙霧擴(kuò)散后占有者避難的模擬）

Buiding EXODUS建筑內(nèi)部建構(gòu)模擬界面:

上表中的報警系統(tǒng)類烈為：

Wl——實(shí)況轉(zhuǎn)播指示，采川聲音廣一播系統(tǒng)，例如從閉路電視設(shè)施的控制室；

W2——非直播（預(yù)錄）聲音系統(tǒng)、和／或視覺信息警告播放；

W3——采用警鈴、警笛或其他類似報警裝置的報警系統(tǒng)。

綜上，疏散開始時間：tstart=td + trec + tres=1.0+ 2.0+ 1.0=4.0min。

該模型允許對事故現(xiàn)場每一個疏散行為個體逐一進(jìn)行疏散行動的追蹤、訪問，也可對重要出口節(jié)點(diǎn)處群集疏散性狀進(jìn)行描述。它將處于不同的緊急事故狀態(tài)中，不同行為特征的疏散人員的疏散行動開始時間，以及準(zhǔn)

BuildingEXODUS 預(yù)測燃燒時間模擬界面:

圖1 人員疏散軟件building exodus和火災(zāi)模擬軟件smartfire介紹

EXIT89火災(zāi)模擬軟件

EXIT89由國際防火協(xié)會的Rita F.Fahy開發(fā)，采用FORTRAN語言編制。

EXIT89用于模擬大型的、有高密度人員的建筑的疏散，例如高層建筑，它可以跟蹤個體在建筑物內(nèi)的行動軌跡。從消防安全的視角來評估建筑設(shè)計(jì)時，該模型可以處理一些疏散場景中最相關(guān)的因素。包括：

①考慮各種不同行動能力的人員，包括限制行動能力人員和孩子；

②延遲時間，既包括可以用來代替移動前的準(zhǔn)備活動的時間（由用戶根據(jù)每個位置指定），也包括隨機(jī)的額外時間，可以當(dāng)做人員開始疏散的時間的差異時間；

③提供選擇路徑功能——使用模型計(jì)算出來的最短路徑，可以用來模擬經(jīng)過良好訓(xùn)練的或者有工作人員協(xié)助的疏散過程，或者使用用戶指定的路徑，可以用來模擬人員使用熟悉的出口或者忽略某些緊急出口的疏散過程；

④提供選擇步速功能，可以反映正常移動和緊急狀況下移動的差別，前者可能適于演習(xí)情況下，后者更適宜于人員在緊急情況下的反應(yīng)；

⑤反流，當(dāng)沿著疏散路徑發(fā)生堵塞時就會發(fā)生；

⑥具備上下樓梯功能，從而擴(kuò)展模型的應(yīng)用范圍，例如有人層位于地下，或者更多的需要上樓梯而不是下樓梯的建筑。

在越來越強(qiáng)調(diào)以人為本的理念下，人員的疏散是防災(zāi)減損的制勝所在。我們期待更多理論與實(shí)踐的寶貴結(jié)晶，為服務(wù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、安全保衛(wèi)，建立科學(xué)的現(xiàn)代化消防安全體系做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]景副山.新時期我國消防安全保障體系改革對策分析.消防科學(xué)與技術(shù)

[2]但學(xué)文.高層建筑消防設(shè)施維護(hù)與管理.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué).2010，5

[3]龔嘯.城市消防安全規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究.甘肅消防.2010，3

[4]蒲云.建筑性能化防火設(shè)計(jì)及場模擬軟件的適用性研究.天津理工大學(xué).2007，6

[5]杜蘭萍.基于性能化的大尺度公共建筑防火策略研究.消防科學(xué)與技術(shù).2007，12

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.107