地鐵火災人員疏散時間模型研究

薛維逸

(四川大學化學工程學院 四川 成都 610065)

在火災發生以后，如果人員能夠越快撤離火災現場，到達安全地區，那么人員的傷亡就會越小，做好火災人員安全疏散設計的目的，就是為了減少人員從火災現場到達安全地區的時間。為了了解如果減少人員疏散的時間，做好相應的研究十分重要。

一、人員安全疏散的準則

必須安全疏散的時間是指當火災發生以后，到將人員疏散到安全地區所必須花費的時間；可用安全疏散時間，是指當火災發生以后到人員疏散到安全地區時，可以使用的時間，當超過了這一時間以后，人員已經受到火災的影響，不再能夠疏散到安全地區。如果要優化人員安全疏散設計，就必須確保必須人員安全疏散的時間一定小于可用人員安全疏散時間，這是最基本的準則。

(一)必須人員安全疏散時間

必須人員安全疏散時間應用(1-1)來表示：

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

火災探測時間，是指當地鐵發生火災到火災火情被發現這一段時間。當前地鐵站中，通常安裝有火災探測儀器，這類儀器能感應到溫度、煙氣等的變化，當儀器發現變化達到某一標準，判斷可能出現火災以后，它們會給出警報，此時工作人員可根據火災探測儀器發生的位置，了解火情是否發生了。預動作時間是指當人們了解火災發生以后，預動作時間，做好疏散準備的時間。不同的人群，所做的預動作存在差異。人群的預動動作時間受性別、年齡、收入、職業等因素的影響，群體和群體有很大的差異。不僅如此，預動作時間與現場廣播的播報范圍、廣播系統扔內容、警鈴系統有密切的關系。如果廣播系統的內容簡明扼要，能給予正確的指示，那么同樣能縮短群體預動作的時間。人員疏散運動時間，是指人員開始散散到到達安全地區的時間，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因素的影響。

(二)可用人員安全疏散時間

可用人員安全疏散時間與火災危險發生系數有密切地關系，如果可用人員安全疏散的時間越多，相對的安全系數就越高；反之，安全系數則越低。可用人員安全疏散時間與以下幾個因素有關：第一，溫度的影響，當火災發生以后，火災現場周圍的溫度會慢慢升高，并且這種溫度升高現象將逐漸擴散。溫度升高會給人員帶來生理和心理上的影響。

表1 火災現場煙氣中不同濃度的CO對人體產生的影響

表2 火災現場氧濃度降低對人體產生的影響

(三)安全疏散公式

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

ASET>RSET

(1-2)

二、疏散的必須時間計算

如果要安全疏散人群，就必須了解必須疏散的時間，依此推測出可用疏散的時間。當前計算必須疏散時間的公式有很多國，這些公式各有其應用優勢，也有應用的不足，在計算必須疏散時間時，需要選擇適合的計算方法。

(一)經驗公式

經驗公式，是分析在正常的環境下人員運動的時間，它是研究人員疏散的依據,它探討的是人員密度、人員行走速度、流量這三項因素。經驗公式可描述為：

流量=速度×密度×通道寬度

(1-3)

(二)幾種常見的經驗公式應用

1.網格控制下的人員密度控制

關于如何控制密度，人們最先是從水管里水的流動得到啟示，把整個地鐵站視為水管，在分析地鐵站疏散的效率時，便不能只分析出口、入口兩處的疏散效率，而應將地鐵站的各個區域視為節點，分析每個節點的疏散效率，應用控制每個節點的疏散效率，從而最終提高整體疏散效率的方法，來提高整體效率。

2.節點的劃分

關于如何劃分節點，學者們提出了不同的看法。當前最常使用的節點劃分方法是格子氣自動機模型，這種模型最初是由1973年，法國的學者J.Herdy、y.pomeau、O.de Pazzis提出的，人們又簡稱它為HPP模型。它提出先建立一個單元格，實際上人在疏散的時間，不是向1個方向去逃生的，而是可從東、南、西、北4個方向逃生的，于是要控制人流的密度，便要計算在一個網格內，人員向4個方向輻射的速度。1986年，法國的學者U.Prisch、Y.Pomeau與英國的R.Hasslacher優化了這一模型，他們提出人員疏散時，沒有必要只受四個方位的局限，實際上人員疏散受空間離散、碰撞規律的影響，于是，在進行人員疏散設計時，需要關流的重點，就是提高人員離散的速度，避免人群之間發生碰撞。于是這一設計原理又被人民們稱為FHP模型。

3.人員疏散數據的采集

關于如何計算流量，格林尼治大學計算與數學科學院的Galea開發出了Building Exodus模型，他提出將網格設為0.5m×0.5m為一個單元。通過了解每個單元中人員疏散的效率來分析人員疏散的效率。他提出可以應用安裝監控錄像，調閱監控靈像中的數據；分析他人寫的調查報告；對空間中的浸透事人進行訪談的方法來獲取數據，這些數據將是研究人員疏散效率的依據。這套研究方法扣來被廣泛應用。當前，人們研究火災疏散問題時，經常應用這套方法來獲取實驗數據。

4.優化布局設計

當前人們提出，通過優化布局設計，可以通過主動調節因子和因子之間的關系，來提高人員疏散的效率，給出正確的疏散決策。這一設計理念是由英國AEA技術股份有限公司中Katchell等人提出的。他們提出建立每個單位面積為0.2m2的網格，將人口密度控制在5人/m2，可以避免人口密度太高，當人員疏散時，出現擁堵的問題。他們還提出每個單元格至少要有6個可供逃生的方向，應用這樣的方法，可以提高單元格中，人員疏散的效率。而布局設計優化的關鍵，就是通過優化人體尺寸、步行速度、報警信號的反應速度，來提高人員疏散的效率。