消防安全疏散时间计算原理

甄诚（哈尔滨市公安消防支队，黑龙江 哈尔滨 150040）

消防安全疏散时间计算原理

甄诚
（哈尔滨市公安消防支队，黑龙江 哈尔滨 150040）

简述建筑设计中关于消防安全疏散时间计算的原理，探讨消防安全疏散设计的主导思路和方法，以及消防设计中疏散距离、疏散宽度、火灾报警、自动灭火、防烟排烟等要素之间的关系，介绍了消防安全疏散性能化设计的应用和发展。

消防；疏散时间；性能化

在建筑消防设计中，确保人员安全疏散是消防设计的首要前提，而消防安全疏散里面最重要的标准就是时间。我国在各类消防技术规范中对疏散宽度、疏散距离、各类消防设施等要素的设置分别做出了详尽的规定，这些都是消防设计和审核的硬性标准，但实际上这些要求并不是相互孤立、凭空产生的，它们都是为确保人员安全疏散这一核心目标来服务的，规范中的设置要求大都来源于对消防安全疏散时间的计算，所以了解消防安全疏散时间计算原理是真正掌握建筑消防设计的前提和基础。

所谓的安全疏散就是指人员在火灾发展到威胁人员安全的情况前疏散到达安全区域，也就是使人员安全疏散时间小于危险来临时间，这是疏散设计的最终目标，而其他所有设计要素都要为这个目标服务。

1 计算危险来临时间

在火灾中，能够对人造成危险的主要因素有高温、有毒烟气、建筑结构倒塌等几种。高温主要由于热对流、热辐射产生，当空气温度达到100℃时，一般人只能忍受十几分钟，当温度超过200℃时，人会在5min内死亡，我们把高温下人的极限忍受时间设为t1。烟气中的有害气体主要包括一氧化碳、二氧化碳、甲醛、乙醛、氰化氢等，其中最为常见的一氧化碳只要在空气中含量达到1%，人就会在呼吸数次后失去知觉，最终就会导致死亡，而目前大量应用的各种聚乙烯、聚苯乙烯等建筑材料，大多数会在燃烧后产生有毒烟气，我们把有毒烟气下人的极限忍受时间设为t2。烟气不仅会引发中毒，由于烟的减光作用，人在浓烟场合下的能见度会有所下降，当能见度低于0.5m时，人的移动速度就相当于失去视觉时的行走速度，我们把能见度降低到影响疏散速度的来临时间设为t3。通常建筑结构的耐火极限要远远高于烟气蔓延流动的时间，但是如果在疏散通道中使用易燃可燃装修材料，也可能迅速产生燃烧，我们把这种危险情况来临时间设为t4。

则危险来临时间T=min｛t1，t2，t3，t4｝

我们在疏散时间计算中要确保安全疏散时间小于T，所以，我们需要在建筑中设置自动喷水灭火系统，防排烟系统，防火分隔和防烟分隔设施，有效的阻止火势蔓延和烟气流动，从而延缓危险来临，使T的数值变大。

2 计算安全疏散时间

安全疏散时间包括察觉火灾时间、行为反应时间、疏散运动时间。察觉火灾时间主要包括从火灾发生到人在外部信号刺激下，察觉火灾危险的过程，察觉火灾可能是通过嗅觉闻到烟味，通过视觉看到火光，通过自动报警系统或者他人传来信息确认火灾，我们设这段时间为t1’，在实际案例中，很多没有安装自动报警系统的建筑发生火灾时，t1’的数值非常大。行为反应时间主要包括人从确认火灾到开始疏散的过程，这段时间内人可能会进一步对火灾情况进行了解，试图扑救火灾，抢救财物，甚至是忽视危险的存在，我们设这段时间为t2’，这一阶段中每个人所用时间都不尽相同，受过相关培训的人员此数值要明显小于没有受过培训的人员。疏散运动时间主要包括人从开始疏散到抵达安全区域的过程，这段时间的长短主要取决于疏散宽度、疏散距离、人员密度、指示标志等因素，我们设这段时间为t3’

则疏散时间T’=t1’+t2’+t3’

在消防设计中，疏散宽度、疏散距离就取决于t3’，所以安装自动报警系统、加强相关人员培训以及各项增加危险来临时间的措施可以有效地增加疏散运动时间的上限，从而放宽疏散宽度、疏散距离的要求。

3 安全疏散允许时间

在我国现行标准中，通常把t3’作为一个固定值考虑，称为安全疏散允许时间，根据规定：①如果建筑物为防烟楼梯，则楼梯上的疏散时间不予计算。②高层建筑，可按5～7min考虑。③一般民用建筑，一、二级耐火等级应为6min，三、四级耐火等级可为2～4min。④人员密集的公共建筑，一、二级耐火等级应为5min，三级耐火等级的建筑物不应超过3min，其中疏散出观众厅的时间，一、二级耐火等级的建筑物不应超过2min，三级耐火等级不应超过1.5min。⑤对于站台层，事故疏散时间应按不大于6min计算。⑥地下商场安全疏散允许的时间为3min。

我们也可以根据建筑实际情况计算疏散允许时间，通常考虑建筑物内最不利点到最终疏散至室外所用的时间，那么这段时间可以分为行动时间tv，和等待时间tp，则疏散允许时间= tv+tp

式中，tv指人员密度小，能够自由移动的时间；tp指人员密度大，在疏散出口、防烟楼梯间等疏散节点处等待疏散的时间。

tv=L/v

式中，L为最远一点的疏散距离，v为人在通常情况下的移动速度，在较为开敞空间可取1.2m/s，在较为拥挤空间可取1.0m/s。

Tp=M/（W·R）

式中，M为建筑物当前安全出口需要疏散人数；W为当前安全出口能够同时疏散人流股数；R为单位时间内每股疏散人流人数。实际设计中可以采用这种计算方法对安全疏散设计进行校核。

4 疏散运动时间精确计算

通过上述计算方式可以简单地描述人在建筑物内疏散的过程，但是实际上人在疏散中运动时间和等待时间并没有明显的区分，整个疏散时间是一个关于速度的函数，而速度又会受到人员密度的影响，如果人与人之间距离较大，那么就能以正常的步伐快速前进，如果间隔变小，行走的速度就会减慢，直到最终无法移动，研究表明：当人均占地面积大于1.2m2时，速度只会受到轻微影响，当人均占地面积小于0.7m2时，速度就会受到严重的限制，当人均占地面积小于0.3m2时，人流就会无法移动，当密度达到8人/m2时，人与人之间几乎不会留有空隙，这时可以看到震波在人群中运动，将会使每个人不自主的发生往复移动，最多可达3m，这时人将无法抗拒这种力量，将导致发生窒息、挤压、踩踏，这是疏散过程中必须要避免的情况。

表达疏散速度和人员密度之间的模型如下：

V=1.4（1-0.226D）

式中，V为人员步行速度（m/s）；D指人员密度（人/m2）。

在楼梯的速度需要乘以系数K，K的取值如下表：

表1　K的取值范围

可以看出，随着人的疏散流动，周边的其他人将渐渐聚集在安全出口，疏散楼梯等疏散节点，这一过程中周边的人员密度将不断变化，疏散速度会也相应发生改变，我们建立疏散时间的模型：

Q=VDB

式中，Q为通过某一疏散通道的人流量；V为人员的行走速度；D是人流密度；B是疏散通道的宽度；人员运行一段距离所用的时间t=L/ V，其中疏散距离L；疏散宽度B；疏散人数Q为已知的条件下，根据V和D的函数关系就可以利用计算机软件确定出每一秒钟每个人所在的位置以及某一时刻疏散通道上的人流情况。

这个公式比较简单，是默认一般人群在无障碍情况下的疏散速度，仅考虑了人的密度对疏散速度的影响，而在实际情况下，是否受到烟气影响，通过安全门时的速度，疏散路径的查找，疏散指示标志的设置，人的心理状态等因素都需要在计算中进行修正。所以各国研究人员提出了很多关于疏散速度和人员密度的计算方法。在性能化设计中就是利用这些模型计算疏散运动时间，再结合察觉火灾时间、行为反应时间、危险来临时间建立数学模型，从确定消防设施、疏散宽度、疏散距离、建筑面积、容许人数等设计要素。

5 结语

综上所述，疏散时间计算可以有效反应出各设计要素之间的关系，得出数据更加科学可靠，是未来消防设计发展的必然趋势。目前，这种方法虽然不如按防火分区面积、疏散距离等指标设计简便，在我国还没有得到广泛应用，但实际上从规范的编制到大型建筑的专家论证，这种性能化设计已经成为一种有效的设计手段。

［1］李引擎.建筑防火性能化设计［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］陈曦.人员疏散速度模型综述［J］.安防科技，2010（3）：46-48.

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1673-0402（2015）10-0020-03

2015-07-06

甄诚（1976-），男，工程师，本科，主要从事建筑防火和建筑工程管理工作。