消防安全疏散時(shí)間計(jì)算原理

甄誠(chéng)（哈爾濱市公安消防支隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150040）

消防安全疏散時(shí)間計(jì)算原理

甄誠(chéng)
（哈爾濱市公安消防支隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150040）

簡(jiǎn)述建筑設(shè)計(jì)中關(guān)于消防安全疏散時(shí)間計(jì)算的原理，探討消防安全疏散設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思路和方法，以及消防設(shè)計(jì)中疏散距離、疏散寬度、火災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)滅火、防煙排煙等要素之間的關(guān)系，介紹了消防安全疏散性能化設(shè)計(jì)的應(yīng)用和發(fā)展。

消防；疏散時(shí)間；性能化

在建筑消防設(shè)計(jì)中，確保人員安全疏散是消防設(shè)計(jì)的首要前提，而消防安全疏散里面最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是時(shí)間。我國(guó)在各類消防技術(shù)規(guī)范中對(duì)疏散寬度、疏散距離、各類消防設(shè)施等要素的設(shè)置分別做出了詳盡的規(guī)定，這些都是消防設(shè)計(jì)和審核的硬性標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上這些要求并不是相互孤立、憑空產(chǎn)生的，它們都是為確保人員安全疏散這一核心目標(biāo)來服務(wù)的，規(guī)范中的設(shè)置要求大都來源于對(duì)消防安全疏散時(shí)間的計(jì)算，所以了解消防安全疏散時(shí)間計(jì)算原理是真正掌握建筑消防設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。

所謂的安全疏散就是指人員在火災(zāi)發(fā)展到威脅人員安全的情況前疏散到達(dá)安全區(qū)域，也就是使人員安全疏散時(shí)間小于危險(xiǎn)來臨時(shí)間，這是疏散設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，而其他所有設(shè)計(jì)要素都要為這個(gè)目標(biāo)服務(wù)。

1 計(jì)算危險(xiǎn)來臨時(shí)間

在火災(zāi)中，能夠?qū)θ嗽斐晌ｋU(xiǎn)的主要因素有高溫、有毒煙氣、建筑結(jié)構(gòu)倒塌等幾種。高溫主要由于熱對(duì)流、熱輻射產(chǎn)生，當(dāng)空氣溫度達(dá)到100℃時(shí)，一般人只能忍受十幾分鐘，當(dāng)溫度超過200℃時(shí)，人會(huì)在5min內(nèi)死亡，我們把高溫下人的極限忍受時(shí)間設(shè)為t1。煙氣中的有害氣體主要包括一氧化碳、二氧化碳、甲醛、乙醛、氰化氫等，其中最為常見的一氧化碳只要在空氣中含量達(dá)到1%，人就會(huì)在呼吸數(shù)次后失去知覺，最終就會(huì)導(dǎo)致死亡，而目前大量應(yīng)用的各種聚乙烯、聚苯乙烯等建筑材料，大多數(shù)會(huì)在燃燒后產(chǎn)生有毒煙氣，我們把有毒煙氣下人的極限忍受時(shí)間設(shè)為t2。煙氣不僅會(huì)引發(fā)中毒，由于煙的減光作用，人在濃煙場(chǎng)合下的能見度會(huì)有所下降，當(dāng)能見度低于0.5m時(shí)，人的移動(dòng)速度就相當(dāng)于失去視覺時(shí)的行走速度，我們把能見度降低到影響疏散速度的來臨時(shí)間設(shè)為t3。通常建筑結(jié)構(gòu)的耐火極限要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙氣蔓延流動(dòng)的時(shí)間，但是如果在疏散通道中使用易燃可燃裝修材料，也可能迅速產(chǎn)生燃燒，我們把這種危險(xiǎn)情況來臨時(shí)間設(shè)為t4。

則危險(xiǎn)來臨時(shí)間T=min｛t1，t2，t3，t4｝

我們?cè)谑枭r(shí)間計(jì)算中要確保安全疏散時(shí)間小于T，所以，我們需要在建筑中設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，防排煙系統(tǒng)，防火分隔和防煙分隔設(shè)施，有效的阻止火勢(shì)蔓延和煙氣流動(dòng)，從而延緩危險(xiǎn)來臨，使T的數(shù)值變大。

2 計(jì)算安全疏散時(shí)間

安全疏散時(shí)間包括察覺火災(zāi)時(shí)間、行為反應(yīng)時(shí)間、疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間。察覺火災(zāi)時(shí)間主要包括從火災(zāi)發(fā)生到人在外部信號(hào)刺激下，察覺火災(zāi)危險(xiǎn)的過程，察覺火災(zāi)可能是通過嗅覺聞到煙味，通過視覺看到火光，通過自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)或者他人傳來信息確認(rèn)火災(zāi)，我們?cè)O(shè)這段時(shí)間為t1’，在實(shí)際案例中，很多沒有安裝自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，t1’的數(shù)值非常大。行為反應(yīng)時(shí)間主要包括人從確認(rèn)火災(zāi)到開始疏散的過程，這段時(shí)間內(nèi)人可能會(huì)進(jìn)一步對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行了解，試圖撲救火災(zāi)，搶救財(cái)物，甚至是忽視危險(xiǎn)的存在，我們?cè)O(shè)這段時(shí)間為t2’，這一階段中每個(gè)人所用時(shí)間都不盡相同，受過相關(guān)培訓(xùn)的人員此數(shù)值要明顯小于沒有受過培訓(xùn)的人員。疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間主要包括人從開始疏散到抵達(dá)安全區(qū)域的過程，這段時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于疏散寬度、疏散距離、人員密度、指示標(biāo)志等因素，我們?cè)O(shè)這段時(shí)間為t3’

則疏散時(shí)間T’=t1’+t2’+t3’

在消防設(shè)計(jì)中，疏散寬度、疏散距離就取決于t3’，所以安裝自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、加強(qiáng)相關(guān)人員培訓(xùn)以及各項(xiàng)增加危險(xiǎn)來臨時(shí)間的措施可以有效地增加疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間的上限，從而放寬疏散寬度、疏散距離的要求。

3 安全疏散允許時(shí)間

在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，通常把t3’作為一個(gè)固定值考慮，稱為安全疏散允許時(shí)間，根據(jù)規(guī)定：①如果建筑物為防煙樓梯，則樓梯上的疏散時(shí)間不予計(jì)算。②高層建筑，可按5～7min考慮。③一般民用建筑，一、二級(jí)耐火等級(jí)應(yīng)為6min，三、四級(jí)耐火等級(jí)可為2～4min。④人員密集的公共建筑，一、二級(jí)耐火等級(jí)應(yīng)為5min，三級(jí)耐火等級(jí)的建筑物不應(yīng)超過3min，其中疏散出觀眾廳的時(shí)間，一、二級(jí)耐火等級(jí)的建筑物不應(yīng)超過2min，三級(jí)耐火等級(jí)不應(yīng)超過1.5min。⑤對(duì)于站臺(tái)層，事故疏散時(shí)間應(yīng)按不大于6min計(jì)算。⑥地下商場(chǎng)安全疏散允許的時(shí)間為3min。

我們也可以根據(jù)建筑實(shí)際情況計(jì)算疏散允許時(shí)間，通?？紤]建筑物內(nèi)最不利點(diǎn)到最終疏散至室外所用的時(shí)間，那么這段時(shí)間可以分為行動(dòng)時(shí)間tv，和等待時(shí)間tp，則疏散允許時(shí)間= tv+tp

式中，tv指人員密度小，能夠自由移動(dòng)的時(shí)間；tp指人員密度大，在疏散出口、防煙樓梯間等疏散節(jié)點(diǎn)處等待疏散的時(shí)間。

tv=L/v

式中，L為最遠(yuǎn)一點(diǎn)的疏散距離，v為人在通常情況下的移動(dòng)速度，在較為開敞空間可取1.2m/s，在較為擁擠空間可取1.0m/s。

Tp=M/（W·R）

式中，M為建筑物當(dāng)前安全出口需要疏散人數(shù)；W為當(dāng)前安全出口能夠同時(shí)疏散人流股數(shù)；R為單位時(shí)間內(nèi)每股疏散人流人數(shù)。實(shí)際設(shè)計(jì)中可以采用這種計(jì)算方法對(duì)安全疏散設(shè)計(jì)進(jìn)行校核。

4 疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確計(jì)算

通過上述計(jì)算方式可以簡(jiǎn)單地描述人在建筑物內(nèi)疏散的過程，但是實(shí)際上人在疏散中運(yùn)動(dòng)時(shí)間和等待時(shí)間并沒有明顯的區(qū)分，整個(gè)疏散時(shí)間是一個(gè)關(guān)于速度的函數(shù)，而速度又會(huì)受到人員密度的影響，如果人與人之間距離較大，那么就能以正常的步伐快速前進(jìn)，如果間隔變小，行走的速度就會(huì)減慢，直到最終無法移動(dòng)，研究表明：當(dāng)人均占地面積大于1.2m2時(shí)，速度只會(huì)受到輕微影響，當(dāng)人均占地面積小于0.7m2時(shí)，速度就會(huì)受到嚴(yán)重的限制，當(dāng)人均占地面積小于0.3m2時(shí)，人流就會(huì)無法移動(dòng)，當(dāng)密度達(dá)到8人/m2時(shí)，人與人之間幾乎不會(huì)留有空隙，這時(shí)可以看到震波在人群中運(yùn)動(dòng)，將會(huì)使每個(gè)人不自主的發(fā)生往復(fù)移動(dòng)，最多可達(dá)3m，這時(shí)人將無法抗拒這種力量，將導(dǎo)致發(fā)生窒息、擠壓、踩踏，這是疏散過程中必須要避免的情況。

表達(dá)疏散速度和人員密度之間的模型如下：

V=1.4（1-0.226D）

式中，V為人員步行速度（m/s）；D指人員密度（人/m2）。

在樓梯的速度需要乘以系數(shù)K，K的取值如下表：

表1　K的取值范圍

可以看出，隨著人的疏散流動(dòng)，周邊的其他人將漸漸聚集在安全出口，疏散樓梯等疏散節(jié)點(diǎn)，這一過程中周邊的人員密度將不斷變化，疏散速度會(huì)也相應(yīng)發(fā)生改變，我們建立疏散時(shí)間的模型：

Q=VDB

式中，Q為通過某一疏散通道的人流量；V為人員的行走速度；D是人流密度；B是疏散通道的寬度；人員運(yùn)行一段距離所用的時(shí)間t=L/ V，其中疏散距離L；疏散寬度B；疏散人數(shù)Q為已知的條件下，根據(jù)V和D的函數(shù)關(guān)系就可以利用計(jì)算機(jī)軟件確定出每一秒鐘每個(gè)人所在的位置以及某一時(shí)刻疏散通道上的人流情況。

這個(gè)公式比較簡(jiǎn)單，是默認(rèn)一般人群在無障礙情況下的疏散速度，僅考慮了人的密度對(duì)疏散速度的影響，而在實(shí)際情況下，是否受到煙氣影響，通過安全門時(shí)的速度，疏散路徑的查找，疏散指示標(biāo)志的設(shè)置，人的心理狀態(tài)等因素都需要在計(jì)算中進(jìn)行修正。所以各國(guó)研究人員提出了很多關(guān)于疏散速度和人員密度的計(jì)算方法。在性能化設(shè)計(jì)中就是利用這些模型計(jì)算疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間，再結(jié)合察覺火災(zāi)時(shí)間、行為反應(yīng)時(shí)間、危險(xiǎn)來臨時(shí)間建立數(shù)學(xué)模型，從確定消防設(shè)施、疏散寬度、疏散距離、建筑面積、容許人數(shù)等設(shè)計(jì)要素。

5 結(jié)語

綜上所述，疏散時(shí)間計(jì)算可以有效反應(yīng)出各設(shè)計(jì)要素之間的關(guān)系，得出數(shù)據(jù)更加科學(xué)可靠，是未來消防設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，這種方法雖然不如按防火分區(qū)面積、疏散距離等指標(biāo)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，在我國(guó)還沒有得到廣泛應(yīng)用，但實(shí)際上從規(guī)范的編制到大型建筑的專家論證，這種性能化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種有效的設(shè)計(jì)手段。

［1］李引擎.建筑防火性能化設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］陳曦.人員疏散速度模型綜述［J］.安防科技，2010（3）：46-48.

X928.7

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1673-0402（2015）10-0020-03

2015-07-06

甄誠(chéng)（1976-），男，工程師，本科，主要從事建筑防火和建筑工程管理工作。