性能化防火体系中的定量分析方法初探

高健

丹东市消防支队

性能化防火体系中的定量分析方法初探

高健

丹东市消防支队

定量分析方法是实现建筑物性能化防火目标的工具。以城市公共安全疏散性状的概率危险性评价为目标，计算机虚拟现实环境模拟平台应运而生。综合这两项最新研究成果，可以直观、具体地指导人员安全疏散设计和紧急状况下的安全管理。本文对定量分析方法做了简述，介绍了目前国内外流行的技术软件和前沿研究成果，并为今后的研究进行了展望。

性能化防火评估；定量分析；计算机虚拟现实环境模拟

性能化防火评估技术已成为当前国际建筑防火领域最先进的技术，是当前消防安全领域的热点课题。定量分析方法是实现精确模拟、大规模运算的必要科技手段。

计算机能够有效模拟火场中温度分布、烟气蔓延、人员疏散等性能化评估中涉及的问题，能够为评估提供分析数据，为应急决策和演习提供参考。实际建筑工程的情况千差万别,我们应在积极分析研究国外的模型与方法的基础上,开发自己的分析计算工具。

要定量分析公共场所的应急疏散安全性能，目前只有两种方法:一种是大规模的实地疏散演习，另一种是计算机模拟。通常来说大规模的实地疏散演习从可行性和经济性等多方面考虑多是不可取的，计算机模拟技术才是解决上述问题的唯一有效的科技手段。

近些年一些火灾案例表明，火场中有相当一部分人因无法识别疏散方向和安全出口不幸遇难。我们应该认识到，在现代化的复杂建筑物中，人们的安全疏散将面临更多困难。北京城市有毒有害易燃易爆危险源控制技术研究中心、中国科技大学火灾科学国家重点实验室、清华大学减灾研究所等研究机构，与英国格林尼治大学火灾安全工程研究室合作，利用人员疏散模型对典型客流量和人员分布下的人员疏散情况进行了计算机模拟，并把人员安全疏散所需要的时间与各种火灾情形下可供人员安全疏散的时间进行了对比（表1是该研究对不同功能建筑物分类报警系统人员响应时间的汇总统计结果），目前已经得到了若干有用的结论：

1.人员疏散行为特征汇总分析

2.应急疏散演习制度化、长期化

3.已有公共场所、场馆人员分布流通模式调研以及应急疏散模拟

4.大型公共建筑及新建场馆设计方案人员疏散安全性能评价

人员疏散模拟平台的运作程序

无论采用交互式虚拟现实技术，或采用沉浸式虚拟现实技术，首先需完成虚拟场景建模。在虚拟场景模型的基础上，借助于人机对话方式，完成人员疏散行为的动画模拟。其中人的疏散运动特征包括转身、超越他人、折返、排队等候、绕过障碍物等疏散运动状态下的疏散运动速度及群集流动规律。这些参数将受到障碍物和出口之间的相对尺寸、人员密度、人员之间相互的社会关系以及事故状态等诸多因素的影响。研究机构已经搜集了国内外大量经验数据资料，初步建立了人的行为规则数据库。综合利用MULTIGEN/VEGA软件用户可以模拟进人事故现场，进行疏散行动的模拟。备开始疏散行动时间的两个概念严格加以区分，使得疏散行动开始时间这一重要参数数据的准确程度大大增加，完成人员疏散行为特征数据的搜集、分析和数据库的维护和管理工作。

表1 各种用途的建筑物采用不同报警系统时的人员识别时间统计结果

以下是几个国外比较流行的人员疏散软件和火灾模拟软件的简介，笔者做了系统整理见图1。

building EXODUS预测的延烧和buildingEXODUSmoni的表示

（VR图像是通过vrEXODUS表现烟雾扩散后占有者避难的模拟）

Buiding EXODUS建筑内部建构模拟界面:

上表中的报警系统类烈为：

Wl——实况转播指示，采川声音广一播系统，例如从闭路电视设施的控制室；

W2——非直播（预录）声音系统、和／或视觉信息警告播放；

W3——采用警铃、警笛或其他类似报警装置的报警系统。

综上，疏散开始时间：tstart=td + trec + tres=1.0+ 2.0+ 1.0=4.0min。

该模型允许对事故现场每一个疏散行为个体逐一进行疏散行动的追踪、访问，也可对重要出口节点处群集疏散性状进行描述。它将处于不同的紧急事故状态中，不同行为特征的疏散人员的疏散行动开始时间，以及准

BuildingEXODUS 预测燃烧时间模拟界面:

图1 人员疏散软件building exodus和火灾模拟软件smartfire介绍

EXIT89火灾模拟软件

EXIT89由国际防火协会的Rita F.Fahy开发，采用FORTRAN语言编制。

EXIT89用于模拟大型的、有高密度人员的建筑的疏散，例如高层建筑，它可以跟踪个体在建筑物内的行动轨迹。从消防安全的视角来评估建筑设计时，该模型可以处理一些疏散场景中最相关的因素。包括：

①考虑各种不同行动能力的人员，包括限制行动能力人员和孩子；

②延迟时间，既包括可以用来代替移动前的准备活动的时间（由用户根据每个位置指定），也包括随机的额外时间，可以当做人员开始疏散的时间的差异时间；

③提供选择路径功能——使用模型计算出来的最短路径，可以用来模拟经过良好训练的或者有工作人员协助的疏散过程，或者使用用户指定的路径，可以用来模拟人员使用熟悉的出口或者忽略某些紧急出口的疏散过程；

④提供选择步速功能，可以反映正常移动和紧急状况下移动的差别，前者可能适于演习情况下，后者更适宜于人员在紧急情况下的反应；

⑤反流，当沿着疏散路径发生堵塞时就会发生；

⑥具备上下楼梯功能，从而扩展模型的应用范围，例如有人层位于地下，或者更多的需要上楼梯而不是下楼梯的建筑。

在越来越强调以人为本的理念下，人员的疏散是防灾减损的制胜所在。我们期待更多理论与实践的宝贵结晶，为服务我国经济发展、安全保卫，建立科学的现代化消防安全体系做出更大的贡献。

[1]景副山.新时期我国消防安全保障体系改革对策分析.消防科学与技术

[2]但学文.高层建筑消防设施维护与管理.首都经济贸易大学.2010，5

[3]龚啸.城市消防安全规划关键技术研究.甘肃消防.2010，3

[4]蒲云.建筑性能化防火设计及场模拟软件的适用性研究.天津理工大学.2007，6

[5]杜兰萍.基于性能化的大尺度公共建筑防火策略研究.消防科学与技术.2007，12

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.107