地铁火灾人员疏散时间模型研究

薛维逸

(四川大学化学工程学院 四川 成都 610065)

在火灾发生以后，如果人员能够越快撤离火灾现场，到达安全地区，那么人员的伤亡就会越小，做好火灾人员安全疏散设计的目的，就是为了减少人员从火灾现场到达安全地区的时间。为了了解如果减少人员疏散的时间，做好相应的研究十分重要。

一、人员安全疏散的准则

必须安全疏散的时间是指当火灾发生以后，到将人员疏散到安全地区所必须花费的时间；可用安全疏散时间，是指当火灾发生以后到人员疏散到安全地区时，可以使用的时间，当超过了这一时间以后，人员已经受到火灾的影响，不再能够疏散到安全地区。如果要优化人员安全疏散设计，就必须确保必须人员安全疏散的时间一定小于可用人员安全疏散时间，这是最基本的准则。

(一)必须人员安全疏散时间

必须人员安全疏散时间应用(1-1)来表示：

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

火灾探测时间，是指当地铁发生火灾到火灾火情被发现这一段时间。当前地铁站中，通常安装有火灾探测仪器，这类仪器能感应到温度、烟气等的变化，当仪器发现变化达到某一标准，判断可能出现火灾以后，它们会给出警报，此时工作人员可根据火灾探测仪器发生的位置，了解火情是否发生了。预动作时间是指当人们了解火灾发生以后，预动作时间，做好疏散准备的时间。不同的人群，所做的预动作存在差异。人群的预动动作时间受性别、年龄、收入、职业等因素的影响，群体和群体有很大的差异。不仅如此，预动作时间与现场广播的播报范围、广播系统扔内容、警铃系统有密切的关系。如果广播系统的内容简明扼要，能给予正确的指示，那么同样能缩短群体预动作的时间。人员疏散运动时间，是指人员开始散散到到达安全地区的时间，人员是否能被迅速疏散受到人口密度、安全出口宽度、人员疏散速度这三个因素的影响。

(二)可用人员安全疏散时间

可用人员安全疏散时间与火灾危险发生系数有密切地关系，如果可用人员安全疏散的时间越多，相对的安全系数就越高；反之，安全系数则越低。可用人员安全疏散时间与以下几个因素有关：第一，温度的影响，当火灾发生以后，火灾现场周围的温度会慢慢升高，并且这种温度升高现象将逐渐扩散。温度升高会给人员带来生理和心理上的影响。

表1 火灾现场烟气中不同浓度的CO对人体产生的影响

表2 火灾现场氧浓度降低对人体产生的影响

(三)安全疏散公式

如果设可用安全疏散时间为，将必须安全疏散时间设为，那么安全疏散的公式可表述为(1-2)：

ASET>RSET

(1-2)

二、疏散的必须时间计算

如果要安全疏散人群，就必须了解必须疏散的时间，依此推测出可用疏散的时间。当前计算必须疏散时间的公式有很多国，这些公式各有其应用优势，也有应用的不足，在计算必须疏散时间时，需要选择适合的计算方法。

(一)经验公式

经验公式，是分析在正常的环境下人员运动的时间，它是研究人员疏散的依据,它探讨的是人员密度、人员行走速度、流量这三项因素。经验公式可描述为：

流量=速度×密度×通道宽度

(1-3)

(二)几种常见的经验公式应用

1.网格控制下的人员密度控制

关于如何控制密度，人们最先是从水管里水的流动得到启示，把整个地铁站视为水管，在分析地铁站疏散的效率时，便不能只分析出口、入口两处的疏散效率，而应将地铁站的各个区域视为节点，分析每个节点的疏散效率，应用控制每个节点的疏散效率，从而最终提高整体疏散效率的方法，来提高整体效率。

2.节点的划分

关于如何划分节点，学者们提出了不同的看法。当前最常使用的节点划分方法是格子气自动机模型，这种模型最初是由1973年，法国的学者J.Herdy、y.pomeau、O.de Pazzis提出的，人们又简称它为HPP模型。它提出先建立一个单元格，实际上人在疏散的时间，不是向1个方向去逃生的，而是可从东、南、西、北4个方向逃生的，于是要控制人流的密度，便要计算在一个网格内，人员向4个方向辐射的速度。1986年，法国的学者U.Prisch、Y.Pomeau与英国的R.Hasslacher优化了这一模型，他们提出人员疏散时，没有必要只受四个方位的局限，实际上人员疏散受空间离散、碰撞规律的影响，于是，在进行人员疏散设计时，需要关流的重点，就是提高人员离散的速度，避免人群之间发生碰撞。于是这一设计原理又被人民们称为FHP模型。

3.人员疏散数据的采集

关于如何计算流量，格林尼治大学计算与数学科学院的Galea开发出了Building Exodus模型，他提出将网格设为0.5m×0.5m为一个单元。通过了解每个单元中人员疏散的效率来分析人员疏散的效率。他提出可以应用安装监控录像，调阅监控灵像中的数据；分析他人写的调查报告；对空间中的浸透事人进行访谈的方法来获取数据，这些数据将是研究人员疏散效率的依据。这套研究方法扣来被广泛应用。当前，人们研究火灾疏散问题时，经常应用这套方法来获取实验数据。

4.优化布局设计

当前人们提出，通过优化布局设计，可以通过主动调节因子和因子之间的关系，来提高人员疏散的效率，给出正确的疏散决策。这一设计理念是由英国AEA技术股份有限公司中Katchell等人提出的。他们提出建立每个单位面积为0.2m2的网格，将人口密度控制在5人/m2，可以避免人口密度太高，当人员疏散时，出现拥堵的问题。他们还提出每个单元格至少要有6个可供逃生的方向，应用这样的方法，可以提高单元格中，人员疏散的效率。而布局设计优化的关键，就是通过优化人体尺寸、步行速度、报警信号的反应速度，来提高人员疏散的效率。