李長(zhǎng)春

【摘 要】近年來(lái)，越來(lái)越多大型綜合體拔地而起，火災(zāi)下的人員安全疏散也就成為了一個(gè)亟待解決的課題，利用BIM（建筑信息化模型）三維技術(shù)和數(shù)字信息化技術(shù)，及時(shí)更新數(shù)據(jù)信息，對(duì)火災(zāi)疏散進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)，有助于改善現(xiàn)有的疏散方式。

【關(guān)鍵詞】火災(zāi);動(dòng)態(tài)疏散模型;疏散路徑

中圖分類號(hào)： TU998.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）21-0033-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.015

Design of Dynamic Evacuation Model for Fire Based on BIM

LI Chang-chun

（China Railway Construction Sichuan Jianpu Expressway Co.， Ltd. Sichuan Chengdu 610000， China）

【Abstract】In recent years， more and more large-scale complexes have sprung up， and the safe evacuation of people under fire has become an urgent problem to be solved. It is helpful to improve the dynamic model design of fire evacuation by using BIM （building information model） three-dimensional technology and digital information technology， updating data information in time and making use of the dynamic model design of fire evacuation. Existing evacuation methods.

【Key words】Fire; Dynamic evacuation model; Evacuation path

1 模型設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是建立火災(zāi)動(dòng)態(tài)疏散模型架構(gòu)，利用BIM技術(shù)建立三維模型及對(duì)各模塊進(jìn)行定義、環(huán)境數(shù)據(jù)信息定義、路徑安全等級(jí)劃分、疏散路徑發(fā)布、利用Pathfinder軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬。火災(zāi)動(dòng)態(tài)疏散模型的框架主要有三個(gè)部分：數(shù)據(jù)庫(kù)（建筑物模塊信息、工程基本信息、行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)）、環(huán)境實(shí)時(shí)信息（火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、煙氣分析儀、人體紅外裝置）、中心處理系統(tǒng)、信息發(fā)布。

1.1 建筑物模塊信息

建筑物的模塊化，是從火災(zāi)疏散的角度，對(duì)建筑物的各個(gè)部分進(jìn)行分類，可以在用BIM技術(shù)建模時(shí)就確定好屬性信息;主要?jiǎng)澐譃樗拇竽K：建筑構(gòu)件（耐火極限大于安全疏散時(shí)間）、防火構(gòu)件（耐火極限超過(guò)火災(zāi)可能持續(xù)時(shí)間）、危險(xiǎn)構(gòu)件（耐火極限小于安全疏散時(shí)間）、通道（可以與其他空間相通）。建筑物模塊化在火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以對(duì)周圍的建筑條件有更加直觀的認(rèn)識(shí)，在進(jìn)行疏散路徑的確定時(shí)更有效率。

1.2 環(huán)境實(shí)時(shí)信息

（1）火災(zāi)信號(hào)：也即火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)確定的火災(zāi)信號(hào)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)也即模型的一部分，火災(zāi)信號(hào)代表的是一個(gè)開(kāi)始，是模型啟動(dòng)的開(kāi)始?，F(xiàn)有的已經(jīng)成熟的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，是火災(zāi)信息產(chǎn)生和傳遞的主要渠道。

（2）環(huán)境信息：根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，火災(zāi)中因火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣而造成的人員傷亡約占火災(zāi)總傷亡人數(shù)的80%，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析：煙氣和火勢(shì)。

（3）人員密度：在通道構(gòu)件的兩端以及房間的內(nèi)部安裝人體紅外傳感器，根據(jù)需要合理布置。利用數(shù)學(xué)計(jì)算，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.3 中心處理系統(tǒng)

中心處理系統(tǒng)：模型的重點(diǎn)是如何對(duì)傳入模型的各種數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，分析得出最優(yōu)疏散路徑。

（1）疏散路徑總數(shù)：從火災(zāi)信號(hào)中獲取火災(zāi)位置，利用起火點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑物的模塊化信息得出該點(diǎn)處的位置信息、環(huán)境信息和模塊信息，得出人員的可疏散路徑。

（2）路徑安全級(jí)別劃分：從所有的煙氣分析儀的發(fā)送數(shù)據(jù)中調(diào)取可疏散路徑上的煙氣分析儀發(fā)送的關(guān)于環(huán)境中的溫度、CO濃度、O2濃度、煙氣數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種因素的危險(xiǎn)值進(jìn)行比較。路徑進(jìn)行安全級(jí)別劃分的原則為：所列的四個(gè)環(huán)境指標(biāo)均滿足安全等級(jí)指標(biāo)的為安全等級(jí)路徑，而有一項(xiàng)指標(biāo)屬于危險(xiǎn)等級(jí)，則為危險(xiǎn)等級(jí)路徑，其余情況的則為中間等級(jí)。

（3）人員密度確定：通過(guò)人體紅外傳感器獲得的人比流量，再通過(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)的處理可得出一定范圍內(nèi)的人員密度。

（4）疏散路徑等級(jí)劃分：路徑等級(jí)的劃分原則為，將每條影響路徑等級(jí)兩個(gè)因素進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)因素的比較結(jié)果出現(xiàn)沖突時(shí)，以疏散路徑安全等級(jí)作為第一優(yōu)先級(jí)進(jìn)行考慮。

（5）路徑最優(yōu)化處理。通過(guò)前邊的工作，已經(jīng)完成了對(duì)模擬點(diǎn)周圍的路徑進(jìn)行等級(jí)確定的工作，但通過(guò)等級(jí)的確定不一定能夠得到最優(yōu)化的路徑，這時(shí)進(jìn)行選擇的原則便是“取同求異”。

（6）疏散路徑發(fā)布方式。

產(chǎn)生的最佳疏散路徑想要及時(shí)地發(fā)揮作用，必須要通過(guò)一定的渠道及時(shí)地傳遞給處于火災(zāi)中的人員。在模型中我們所選用的渠道有以下幾種：廣播、專人營(yíng)救、電子顯示屏、短信。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

該工程是位于X學(xué)校的綜合服務(wù)樓，該建筑物為框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，項(xiàng)目等級(jí)為二級(jí)，地上耐火等級(jí)為二級(jí)，地下耐火等級(jí)為一級(jí)，屬于中型公共建筑。

建筑物防火等級(jí)地下為一級(jí)，地上為二級(jí)，地上每個(gè)防火分區(qū)最大限制面積為2500平方米，本建筑地下一層為兩個(gè)防火分區(qū)，一至三層為兩個(gè)防火分區(qū)，四至六層每層為一個(gè)防火分區(qū)，地上防火分區(qū)面積均不超過(guò)2500平方米，地下防火區(qū)面積不超過(guò)2000平方米，且防火分區(qū)內(nèi)設(shè)有兩到四個(gè)疏散樓梯，并設(shè)有自動(dòng)滅火系統(tǒng)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

本建筑人數(shù)最多一層約為364人，按照1.0m/百人計(jì)算，需要疏散寬度3.64m，本設(shè)計(jì)疏散樓梯總寬度為6.12m，滿足疏散要求。

2.2 模型應(yīng)用

模擬人群模擬疏散點(diǎn)位于A點(diǎn)，在REVIT軟件中建立模型，根據(jù)建筑物的工程信息，起火點(diǎn)位于第一防火分區(qū)內(nèi)，案例平面圖及疏散路徑分析如圖1所示。

若人群位于A點(diǎn)，首先根據(jù)位置及起火點(diǎn)，通過(guò)模型確定有三條疏散路徑，在B、C、D三點(diǎn)為交叉口的位置進(jìn)行環(huán)境信息的采集和人群密度的計(jì)算。

B點(diǎn)：假定此點(diǎn)出的環(huán)境信息數(shù)據(jù)：CO含量為0.03%;O2含量為20%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;煙氣溫度為40℃。A、B兩點(diǎn)之間距離為10m，設(shè)置4個(gè)紅外傳感器，測(cè)定數(shù)據(jù)分別為1、2、2、5，擬合函數(shù)為y=0.0556x3-0.1667x+1，經(jīng)過(guò)計(jì)算Q（l）=36.87，ρ=3.687人/m2。

C點(diǎn)：假定此點(diǎn)出的環(huán)境信息數(shù)據(jù)：CO含量為0.03%;O2含量為20%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為165℃。A、C兩點(diǎn)之間距離為7m，設(shè)置3個(gè)紅外傳感器，測(cè)定數(shù)據(jù)分別為1、1、3，擬合函數(shù)為y=0.0556x3-0.1667x+2，經(jīng)過(guò)計(jì)算Q（l）=19.77，ρ=2.824人/m2。

D點(diǎn)：假定此點(diǎn)出的環(huán)境信息數(shù)據(jù)：CO含量為0.03%;O2含量為19%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為145℃。A、D兩點(diǎn)之間距離為20m，設(shè)置6個(gè)紅外傳感器，測(cè)定數(shù)據(jù)分別為1、1、2、2、3、5，擬合函數(shù)為y=0.0198x2-0.05x+1.0714，經(jīng)過(guò)計(jì)算Q（l）=64.228，ρ=3.211人/m2。

通過(guò)以上三種路徑的分析，根據(jù)路徑選擇的原則，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的路徑應(yīng)為最優(yōu)路徑。

當(dāng)人群位于B點(diǎn)時(shí)，然后根據(jù)模型模塊化的確定，在此處的人群的可選擇路徑有兩條，分別通向1#樓梯出口和人防出庫(kù)，再實(shí)時(shí)測(cè)量每一條路徑上的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1#樓梯出口：假定此點(diǎn)出的環(huán)境信息數(shù)據(jù)：CO含量為0.03%;O2含量為19%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為40℃。兩點(diǎn)之間距離為15m，設(shè)置5個(gè)紅外傳感器，測(cè)定數(shù)據(jù)分別為4、4、3、2、2，擬合函數(shù)為y=-0.2x+4.2，經(jīng)過(guò)計(jì)算Q（l）=40.5，ρ=2.7人/m2。

人防出口：假定此點(diǎn)出的環(huán)境信息數(shù)據(jù)：CO含量為0.03%;O2含量為19%;煙氣中有毒氣體含量均不高于允許值;溫度為40℃。兩點(diǎn)之間距離為18m，設(shè)置6個(gè)紅外傳感器，測(cè)定數(shù)據(jù)分別為4、4、3、5、5、6，擬合函數(shù)為y=0.0179x2-0.125x+3.9643，經(jīng)過(guò)計(jì)算Q（l）=85.905，ρ=4.7725人/m2。

通過(guò)兩條路徑的分析比較，我們發(fā)現(xiàn)A-B-1#樓梯出口是最佳路徑。

3 結(jié)論

火災(zāi)動(dòng)態(tài)疏散模型，利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行屬性定義。利用發(fā)達(dá)的傳感器技術(shù)，以及信息通訊技術(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)火災(zāi)的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和了解，對(duì)人員的情況進(jìn)行掌握，同時(shí)通過(guò)建筑物的基本的建筑信息，工程材料信息，相應(yīng)的建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及科學(xué)技術(shù)所得到的疏散安全參數(shù)，與相應(yīng)的環(huán)境信息相結(jié)合進(jìn)行分析和比較，再結(jié)合人群的實(shí)時(shí)情況，通過(guò)一定的選擇規(guī)則準(zhǔn)確并快速地分析出人群的最優(yōu)疏散方向。

通過(guò)實(shí)例分析，我們能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，為消防疏散提供動(dòng)態(tài)信息，同時(shí)也能為消防設(shè)計(jì)和材料選擇提供技術(shù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]毛亞娟.大學(xué)生數(shù)學(xué)建模論文答辯分析[J].2011-12（06）：121-122.