高层建筑火灾最佳疏散路线的确定

毕瀛

(西藏自治区林芝地区朗县公安消防大队,西藏 857000)

高层建筑火灾最佳疏散路线的确定

毕瀛

(西藏自治区林芝地区朗县公安消防大队,西藏 857000)

高层建筑的消防安全对于居民是非常重要的,消防安全做得好能够有效的保证人们的生命和财产安全,所以高层建筑的消防问题也一直是人们应该关注和重视的问题之一,但是依然应该做好发生火灾时的预防措施,一旦发生火灾要及时确定最佳的疏散路线,确保人员能够及时被安全疏散和撤离。本文主要论述了高层建筑火灾最佳疏散路线的确定问题,希望能够为相关的工作人员提供一定的经验和借鉴。

高层建筑 火灾 疏散

1 引言

高层建筑中一定要注意火灾的防范工作,只有这样,才能更好地对高层建筑中神火的人们起到更好的保护作用,因此一定要做好高层建筑的火灾疏散路线设计工作,合理地对高层建筑的整体布局进行全方位地了解,在疏散群众时,要保证群众的安全,尽可能快速地帮助人们逃离火灾现场,只有这样,才能使群众的生命和财产安全得到更好的保证。如果出现了较为复杂的情况,由于火势蔓延的速度比较快,所以在正常的情况下,很多通道都会被火灾所产生的烟雾堵塞,所以这个时候就需要对疏散路线进行一定的调整,找到最佳的疏散路线,从而以更快的速度疏散更多的群众。

2 网络模拟软件HRBFS简介

建筑火灾模拟主要分两大类,它们分别是场模拟、区域模拟。网络模拟能够把建筑物当中的一个有限的空间作为一个有机的单独个体,假定所有单独个体的平均状态都是相同的,火灾发展过程中把每个单独个体的变化作为重要的参照数据。

网络模拟当中,每一个房间都只需要用一个均匀完整的参数做为集中的体现形式,这种技术一般适用于距离火源比较远的地区,高层建筑当中对全风网计算机动态模拟能够将整个建筑物看作是一个有机的整体,而且还能将其每个区域的设计全部应用于这个网络系统当中,对区域也有了非常明确的划分,火势蔓延有其自身的规律,网络系统可以通过对这些规律的分析和研究及时对火势发生的位置和缓释蔓延的方向进行预先的判断,从而减少了对火灾的反应时间,能够及时制定有效的方式避免造成更大的人员伤亡。虽然这款软件主要是在一款矿井火灾软件的基础上发展起来的,但是对于高层建筑火灾疏散而言,具有非常重要的作用,其有效性也得到了一定的肯定。这款软件在火势的追踪方面有着非常好的效果,这款软件在使用了动态模拟技术的同时也能够在火势的判断上比其他软件的性能更好,它能有效测算出有害气体的浓度以及风的流动速度,从而能够为疏散路线的制定提供更加准确的建议和方案,从而更好地减少了人员和财产上的损失。

3 最佳疏散路线的确定

3.1 通道当量长度的确定

通常情况下,疏散距离最短的路线并不是疏散时间最少的路线,其中的安全性也是值得商榷的,造成这种现象的主要原因是人员密度存在着明显的差异,而且在火灾的进行过程中不同地点受到的影响程度是不同的。例如:在高层建筑中,同样长的一段距离,但是由于受到火灾影响的不同,受到污染的程度就不一样,人们会选择浓烟比较少的区域,因此,浓烟较小的区域人流密度大,所以疏散速度也会有一些差异。在火灾蔓延的过程中通道内的温度有害气体的浓度以及浓烟的浓度是密切相关的。造成人员伤亡的主要因素是火灾所带来的有害气体,所以要以有害气体的浓度作为一个重要的参数,引进惩罚系数的概念,这样才能更好地测算出有害气体的有害程度。将惩罚系数乘以有害气体的浓度,最终得到的数值就是通道的长度,以下就是相关数值的计算:

式中:

li——第i条通道的当量长度值,m;

ω——烟流浓度惩罚系数;

C——有害气体浓度,一般以CO的浓度表示,%;

ρ——群集密度,人/m2,ρ＝P/(B.lri);其中,P——通道中的人数;B——通道的宽度,m;

lri——第i条通道的实际长度,m。

ωρ——人群群集通行难易度系数。

由于群集步速V、群集密度ρ和群集流动系数N之间的关系为V＝N/ρ。人群群集通行难易程度可以用群集步速的倒数来表示,故ρ×ωρ＝1/V＝ρ/N,由此可以得到ωρ＝1/N 。而一般流动系数N取为1.5,所以可取 =1/1.5,该参数的取值还需要通过实验来进一步进行验证。

C为逃生人员开始疏散至模拟结束时通道CO的平均浓度,C可以用下式计算:

式中:

ts——人员开始疏散的时刻,s;

te——模拟计算结束的时刻,s;

Ct——t时刻,该通道的烟流浓度,%,该参数用HRBFS求出;

Mt——t时刻,该通道的风流流量,Kg,该参数用HRBFS求出;

一般,烟流中有害气体浓度越高,那么烟流浓度也越大。惩罚系数ω包括有害气体对人体的伤害以及烟雾所造成的能见度对行走速度的影响。系数ω可以根据CO对人员的影响来确定。

在式(1)中也可以考虑别的因素,如通道中是否有障碍物(如垃圾桶、灭火器、其它阻碍物)等。当考虑这些因素时,当量长度可以用下式进行计算:

式中:ωe——考虑障碍物时的系数。

按上述方法可以计算出通道的当量长度,从而形成当量长度的新数组L[n],式中的n为风网分支数。按照下文的最佳路线算法,即可求出最佳疏散路线。

3.2 最佳路线算法

设网络G=(V,E),其中V,E分别为图G的节点和边的集合。已知图G的节点个数为n,即n=|V|,对于任意节点j和k,且j≠k,j=2,3,···,n,则有最短路方程:

式中:dk——节点1到节点k的最短路距离,m;

wjk——节点j到节点k的最短路径值,m。

当给出应撤退的节点号和应撤退到的节点号(即s和t)时,根据Dijkstra算法,只要反复使用下面的迭代公式即可求解最佳疏散路线:

式中:j,k=1,2,···,n。

当k=t时,即可求出s至t的最佳路线。

通过循环可以求出所有节点到出口处的最佳疏散路线,再将每个节点的疏散路线存人数据库,就为疏散时间以及人员伤亡的预测提供了数据。

在编程求解中,一般有关图论常用算法的书中给出的最短路算法及程序,大多采用矩阵存储方法。

在进行解算时,应将建筑网络图作为无向图来处理,这样计算得到的最佳路线才是所需要的路线。同时,在通道参数设置时,需要将出风口的节点到进气口节点之间虚拟通道的距离设置为无穷大,或者将其通道类型设置为排烟道类型。

在模型中,用户只需输入安全到达的节点,单击“求解疏散路线”按钮,在文本框中会显示正常情况下各个节点到安全节点的长度,以及疏散时需要经过的节点。选择“选择节点”框中的节点;文本框中将显示在火灾情况下该节点到安全节点的当量长度,以及疏散时需要经过的节点。

解算出最佳疏散路线后,可以通过查询来了解任意节点到出口的最佳疏散路线,从而可以在消防控制室通过广播通知人员疏散,使逃生人员避免通过烟流体积分数高以及人员拥挤的通道,以最短的时间疏散出去,达到安全疏散目的。随着电子显示器在疏散中的应用,计算出的疏散路线可以直接显示在电子疏散显示器上,指导逃生人员疏散。

4 结语

本文主要分析了高层建筑中影响疏散速度的具体要素,在火灾发生时能够更好地制定相关的疏散路线,只有选择更好的疏散路线才能更好地保证内部居民的安全,才能更好地保证人们的生命和财产蒙受相对较少的损。本文通过相关的计算和分析,确定了如何选取最佳的疏散路线,希望能为工作中遇到高层人员疏散及管理方面问题时提供一定的帮助。

[1]周心权,谢旭阳,刘国法.火灾烟流在建筑通道中流动的温度变化规律[J].中国矿业大学学报,2002(03).

[2]许建东,林建德,曹华明,张素灵,王新茹.石化企业地震次生火灾危险性评估与对策研究[J].自然灾害学报,2002(01).

[3]韩新,沈祖炎,曾杰,陈寒根.建筑火灾危险性评估性能方法基本框架研究[J].自然灾害学报,2001(02).

[4]胡传平,杨昀.层建筑火灾情况下利用电梯疏散的案例研究[J].自然灾害学报,2007(04).