2.人員的行走速度

人員自身的條件、人員密度和建筑的情況均對(duì)人員行走速度有一定的影響。

（1）人員自身?xiàng)l件的影響。下表5-4-5列出了若干人行走速度的參考值，這是根據(jù)大量統(tǒng)計(jì)資料得到的。但應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于某些特殊人群，其行走速度可能會(huì)慢很多，如老年人、病人等。如果某建筑中火災(zāi)煙氣的刺激性較大，或建筑物內(nèi)缺乏足夠的應(yīng)急照明，人的行走速度也會(huì)受到較大影響。

表5-4-5 不同人員不同狀態(tài)下的行走速度舉例（m/s）

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行走狀態(tài) 男人 女人 兒童或老年人

緊急狀態(tài)，水平行走 1.35 0.98 0.65

緊急狀態(tài)，由上向下 1.06 0.77 0.4

正常狀態(tài)，水平行走 1.04 0.75 0.5

正常狀態(tài)，由上向下 0.4 0.3 0.2

人員行走速度在疏散模型中的設(shè)置需要了解不同模型的默認(rèn)值，如Simulex疏散模型中默認(rèn)的人員行進(jìn)速度分男人、女人、兒童和長者四種，其步行速度及類型比例如表5-4-6。

表5-4-6 Simulex疏散模型中人員步行速度及類型比例

人員種類 正常速度（m/s） 速度分布（m/s）

男人 1.35 正態(tài)分布±0.2

女人 1.15 正態(tài)分布±0.2

兒童 0.9 正態(tài)分布±0.1

中老年人 0.8 正態(tài)分布±0.1

（2）建筑情況的影響。不同的建筑中由于功能、構(gòu)造、布置不同，對(duì)人員行走速度的影響不同，人員在不同建筑中步行速度的典型數(shù)值與建筑物使用功能的關(guān)系可參考表5-4-7。

表5-4-7 不同使用功能建筑中人員的步行速度

建筑物或房間的用途 建筑物的各部分分類 疏散

方向 步行速度（m/s）

劇場及其他具有類似用途的建筑 樓梯 上 0.45

下 0.6

坐席部分 — 0.5

樓梯及坐席以外的部分 — 1.0

百貨商店，展覽館及其他具有類似用途的建筑或公共住宅樓，賓館及具有類似用途的其他建筑（醫(yī)院，診所及兒童福利設(shè)施室等除外） 樓梯 上 0.45

下 0.6

樓梯以外的其他部分 — 1.0

學(xué)校，辦公樓及具有類似用途的其他建筑 樓梯 上 0.58

下 0.78

樓梯以外的其他部分 — 1.3

（3）人員密度的影響。人員在自由行走時(shí)受到自身?xiàng)l件及建筑情況等因素的影響而速度各有差異，當(dāng)為疏散人群時(shí)，其步行速度將受到人員密度的影響。人員的行走速度將在很大程度上取決于人員密度。

通常情況下，人員的疏散速度隨人員密度的增加而減小，人流密度越大，人與人之間的距離越小，人員移動(dòng)越緩慢；反之密度越小，人員移動(dòng)越快。國外研究資料表明：－般人員密度小于0.54人/㎡時(shí)，人群在水平地面上的行進(jìn)速度可達(dá)70m/min并且不會(huì)發(fā)生擁擠，下樓梯的速度可達(dá)48～63m/min。相反，當(dāng)人員密度超過3.8人/㎡時(shí)，人群將非常擁擠基本上無法移動(dòng)。一般認(rèn)為，在0.5～3.5人/㎡的范圍內(nèi)可以將人員密度和移動(dòng)速度的關(guān)系描述成直線關(guān)系。

Fruin 、Pauls 、Predtechenskii、Milinskii等人根據(jù)觀測結(jié)果，整理出了一組分別在出口、水平通道、樓梯間內(nèi)人員密度與人員行走速度的關(guān)系，并被美國《SFPE防火工程手冊》采用，如下圖5-4-13所示。

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圖5-4-13 建筑內(nèi)各疏散路徑人員行走速度與人員密度的關(guān)系

（引自美國《SFPE防火工程手冊》）

同時(shí)，根據(jù)研究結(jié)果得到了人員行走速度與人員密度之間的關(guān)系式，不同密度下人員在平面的步行速度可根據(jù)下式計(jì)算得出：

（式5-4-45）

其中：V —人員步行速度，m?s-1；

D —人員密度，人?m-2。

不同密度下人員在樓梯行走速度的計(jì)算參見以下公式，其中系數(shù)K參見下表5-4-46。

（式5-4-46）

表5-4-8 人員在樓梯中的行走速度（引自美國《SFPE防火工程手冊》）

踏步高度/m 踏步寬度/m K

0.20 0.25 1.00

0.18 0.25 1.08

0.17 0.30 1.16

0.17 0.33 1.23

3.出口處人流的比流量

建筑物的出口在人員疏散中占有至關(guān)重要的地位，對(duì)出口寬度的合理設(shè)計(jì)能避免疏散時(shí)發(fā)生堵塞，有利于疏散順利進(jìn)行。我國目前的建筑規(guī)范中主要是通過控制建筑物的出口、樓梯、門等寬度來進(jìn)行疏散設(shè)計(jì)，同時(shí)，性能化防火設(shè)計(jì)中對(duì)建筑物安全性的評(píng)估同樣需要考慮出口寬度的問題，以衡量火災(zāi)時(shí)能否保證人員通過這些出口順利逃生。無論是規(guī)范的規(guī)定還是性能化設(shè)計(jì)的方式，一般都是根據(jù)總?cè)藬?shù)按單位寬度的人流通行能力及建筑物容許的疏散時(shí)間來控制建筑物的出口總寬度。因此，人員疏散參數(shù)確定中必須考慮出口處人流的比流量。

比流量是指建筑物出口在單位時(shí)間內(nèi)通過單位寬度的人流數(shù)量（單位：人/（m?s）），比流量反映了單位寬度的通行能力。根據(jù)對(duì)多種建筑的觀測結(jié)果，比流量在水平出口、通道處和在樓梯處不同，而不同的人員密度也將影響比流量。

圖5-4-14顯示了不同的疏散走道上流出系數(shù)（比流量）與人員密度的關(guān)系，由圖可以看出，首先，隨著人員密度的增大，單位面積內(nèi)的人員數(shù)目增大，從而單位時(shí)間內(nèi)通過單位寬度疏散走道的人員數(shù)目也增大，當(dāng)人員密度增大到一定程度，疏散走道內(nèi)的人員過分擁擠，限制了人員行走速度，從而導(dǎo)致流出系數(shù)的減少。

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圖5-4-14 不同疏散走道比流量與人員密度的關(guān)系

（引自美國《SFPE防火工程手冊》）

4.通道的有效寬度

大量的火災(zāi)演練實(shí)驗(yàn)表明人群的流動(dòng)依賴于通道的有效寬度而不是通道實(shí)際寬度，也就是說在人群和側(cè)墻之間存在一個(gè)“邊界層”。對(duì)于一條通道來說，每側(cè)的邊界層大約是0.15m，如果墻壁表面是粗糙的，那么這個(gè)距離可能會(huì)再大一些。而如果在通道的側(cè)面有數(shù)排座位，例如在劇院或體育館，這個(gè)邊界層是可以忽略的。在工程計(jì)算中應(yīng)從實(shí)際通道寬度中減去邊界層的厚度，采用得到的有效寬度進(jìn)行計(jì)算。表5-4-9給出了典型通道的邊界層厚度。

表5-4-9 典型通道的邊界層厚度（引自美國《SFPE防火工程手冊》）

類 型 減少的寬度指標(biāo)/cm

樓梯間的墻 15

扶手欄桿 9

劇院座椅 0

走廊的墻 20

其他的障礙物 10

寬通道處的墻 46

門 15

疏散走道或出口的凈寬度應(yīng)按下列要求計(jì)算：

①對(duì)于走廊或過道，為從一側(cè)墻到另一側(cè)墻之間的距離；

②對(duì)于樓梯間，為踏步兩扶手間的寬度；

③對(duì)于門扇，為門在其開啟狀態(tài)時(shí)的實(shí)際通道寬度；

④對(duì)于布置固定座位的通道，為沿走道布置的座位之間的距離或兩排座位中間最狹窄處之間的距離。

四、人員疏散分析模型

（一）國際常用人員疏散分析模型概述

英國、美國、德國、日本等國圍繞人員安全疏散行為和模型進(jìn)行了一系列的研究。對(duì)于人員在火災(zāi)中的疏散行為進(jìn)行了大量的觀察和測量，得到了許多量化的數(shù)據(jù)，如前蘇聯(lián)Predtechenski和Milinski，日本的Togawa以及美國Furin等人對(duì)密集人群的疏散行為、移動(dòng)速度等進(jìn)行了大量的觀測，后期加拿大的Pauls等人通過大量的演習(xí)試驗(yàn)也取得了許多參考數(shù)據(jù)，并總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)公式，提出了各自的人員疏散計(jì)算方法，如早期的經(jīng)驗(yàn)方法，后來的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法，近年來興起的計(jì)算機(jī)模擬分析方法。經(jīng)驗(yàn)方法主要是考慮建筑物內(nèi)到達(dá)安全出口的疏散距離和出口容量計(jì)算疏散行動(dòng)時(shí)間，或根據(jù)建筑物的使用人數(shù)確定出口數(shù)量和寬度；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法將建筑物各個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)化，通過對(duì)復(fù)雜建筑網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化找出人員可能疏散的路徑，并計(jì)算疏散行動(dòng)時(shí)間；而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，人們開始直接利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)模擬人員在建筑物內(nèi)的移動(dòng)，通過計(jì)算機(jī)記錄不同時(shí)刻不同人員的幾何位置變化，從而得到建筑物內(nèi)人員疏散行動(dòng)時(shí)間，并通過對(duì)人員疏散移動(dòng)圖案來分析可能發(fā)生擁擠的部位，提出改進(jìn)措施或組織疏散預(yù)案。因此，采用基于計(jì)算機(jī)的疏散模型將會(huì)有助于建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

人員安全疏散模型的研究和分析主要包含兩個(gè)方面，一是人員疏散模型結(jié)構(gòu)的研究；二是火災(zāi)中的人員行為及其量化研究。在這方面工作比較出色的有英國格林威治大學(xué)的Galea、愛丁堡大學(xué)的Thompson、美國的Fahy和澳大利亞的Shestopal等人，采用不同的模化方法已經(jīng)建立了10多種不同類型的疏散模型，如EGRESS（EG）、EXODUS（EXO）、E-SCAPE（EP）、EVACNET+（EV），、EXIT89（E89）、EXITT（E）、PATHFINDER（PF），SIMULEX（S），STEPS（SS），VEGAS（V）等。

人員疏散模型可以有多種分類方法，其中基于疏散模型對(duì)建筑空間的表示方法，可以把模型分為離散化模型和連續(xù)性模型兩類。

1.離散化模型

離散化模型把需要進(jìn)行疏散計(jì)算的建筑平面空間離散為許多相鄰的小區(qū)域，并把疏散過程中的時(shí)間離散化以適應(yīng)空間離散化。離散化模型又可以細(xì)分為粗網(wǎng)絡(luò)模型和精細(xì)網(wǎng)格模型

（1）粗網(wǎng)絡(luò)模型。在粗網(wǎng)格模型中（如E89，E），按照實(shí)際建筑的劃分來確定其幾何形狀。因此，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都可以表示一個(gè)房間或走廊，但與實(shí)際大小無關(guān)。按照它們在建筑中的實(shí)際情況，用弧線將這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來。在這類模型中，根據(jù)各建筑單元的出口容量和人員的移動(dòng)速度確定疏散人員只會(huì)是從一個(gè)房間運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)房間的時(shí)間，沒有表明疏散人員的位置，不能反應(yīng)人員個(gè)體的基本行為和準(zhǔn)確位置。

（2）精細(xì)網(wǎng)格模型。在精細(xì)網(wǎng)格模型中（如EXO，SS，S，V），整個(gè)建筑區(qū)域的平面通常是用覆蓋大量棋盤狀的網(wǎng)格或網(wǎng)點(diǎn)來表示。每個(gè)模型中節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格大小和形狀都有所不相同，例如EXODUS采用0.5m×0.5m的正方形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，SIMULEX采用0.2m×0.2m的正方形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，而EGRESS采用六邊形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。用這種方法可以準(zhǔn)確地表示封閉空間的幾何形狀及內(nèi)部障礙物的位置，并在疏散的任意時(shí)刻都能將每個(gè)人置于準(zhǔn)確的位置。因此，精細(xì)網(wǎng)格模型可以在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)記錄單個(gè)人員的移動(dòng)軌跡，能夠反映每個(gè)人的具體行為反應(yīng)。但是，由于現(xiàn)代建筑的建筑單元眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而精細(xì)網(wǎng)格模型要求計(jì)算處理信息量較大。