國內(nèi)領(lǐng)先的注冊(cè)消防工程師考試在線直播培訓(xùn)機(jī)構(gòu)—“幫考網(wǎng)”，為大家準(zhǔn)備了2018年注冊(cè)消防工程師考試的高頻考點(diǎn)：

       (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)化沽，近年來興起的計(jì)算機(jī)模擬分析方法。經(jīng)驗(yàn)方法主要是根據(jù)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)人員的疏散行動(dòng)時(shí)間，并通過人員疏散移動(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)有助于提高建筑設(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，他們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。 

       人員正在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，井把疏散過程中的時(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)際大小元關(guān)。按照它們?cè)诮ㄖ械膶?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，可以確定疏散人員從一個(gè)房間運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)房間的時(shí)間，但沒有表明疏散人員的位置，不能反映人員個(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)來表示的。每個(gè)模型中節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格大小和形狀都有所不同， 例如 EXODUS 采用 0.5 mxO.5 m的正方形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，SIMULEX采用0.2 mX 0.2 m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)算處理的信息量也較大。 

       2. 連續(xù)性模型 

       連續(xù)性模型又稱為社會(huì)力模型，它是基于多粒子自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的框架，使用經(jīng)典牛頓力學(xué)原理模擬步行者恐慌時(shí)的擁擠狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)模型。社會(huì)力模型可以在一定程度上模擬人員的個(gè)體 行為特征。 人的行為模擬是模擬疏散過程中最復(fù)雜、最困難的，并非所有這些行為特性都能被充分認(rèn)識(shí)或完全量化。到目前為止，還沒有一個(gè)模型能完全解決人的疏散行為的各個(gè)方面。另外，目 前工程分析中經(jīng)常應(yīng)用的一些比較成熟的疏散模擬模型，從幾何建模、人員行為模擬、結(jié)果表現(xiàn)等不同方面各具特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用應(yīng)根據(jù)工程的具體特點(diǎn)和需求合理選擇適應(yīng)的疏散模型。以下介紹幾種工程中常用的疏散模擬軟件。 

       (二)常用人員疏散模擬軟件簡介 

       1. EVACNET 軟件 

       EVACNET 軟件是由美國 Florida 大學(xué) Kisko 等人開發(fā)的一種模擬建筑火災(zāi)中人員逃生的計(jì)算機(jī)程序。它是一種網(wǎng)絡(luò)模型，包含一組由節(jié)點(diǎn)和弧線組成的網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)表示房間、樓梯 等，弧線表示連接房間的通道。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，用戶需要定義節(jié)點(diǎn)的能力，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)最多 可容納的人數(shù)。對(duì)于每條弧線，用戶需要確定人員通過弧線所需的時(shí)間和通過能力。EVACNET 將整個(gè)疏散時(shí)間劃分為若干時(shí)間步?；【€的通過能力是指在給定的時(shí)間步內(nèi)通道可通過的最多人數(shù)。其建模思路為:首先，設(shè)定某節(jié)點(diǎn)的面積和容納人數(shù)。然后，確定在該節(jié)點(diǎn)有效出口單位寬度、單位時(shí)間內(nèi)的人員流量。 EVACNET 模型可以進(jìn)行多種建筑物內(nèi)的人員疏散模擬，包 括辦公樓、飯店、禮堂、體育館、零售商店和學(xué)校等。

      2. EGRESS 

      軟件 EGRESS 軟件是由英國 AEA 科技公司研究人員 Neil Ketchell 開發(fā)的一款通用疏散模擬軟件。該軟件利用建筑平面圖建立模擬人員個(gè)體移動(dòng)的模型。在 EGRESS 中，人員被模擬為一個(gè)網(wǎng)格上的一個(gè)個(gè)體。其采用的仿真技術(shù)基于元胞自動(dòng)機(jī)，在每一個(gè)時(shí)間步，人員由隨機(jī)因子決定從一個(gè)單元格移動(dòng)到另外一個(gè)單元格。隨機(jī)因子作為密度的函數(shù)根據(jù)速度或者流量信息進(jìn)行校正，并可以充分地運(yùn)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 在一系列疏散實(shí)驗(yàn)中 EGRESS 的有效性已經(jīng)被證明該程序與測量的疏散時(shí)間的一致性具有 10% - 20%的差別。 EGRESS 允許對(duì)不同行為 、 阻塞和瓶 頸的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以模擬上千人和若干平方公里的平面區(qū)域。EGRESS 可用于大量不同的疏散仿真，從海上石油天然氣平臺(tái)到輪船、火車站、化工廠、飛機(jī)、火車和公共娛樂場所。 

      3. EXIT89 

      軟件 EXIT89 是由美國消防協(xié)會(huì) Rita F. Fahy 開發(fā)的，是一個(gè)為大量人員從高層建筑疏散陽設(shè)計(jì)的疏散模擬軟件。 該軟件可用于模擬高密度人員的建筑的疏散。例如高層建筑，它可以跟蹤個(gè)體在建筑物內(nèi)的行動(dòng)軌跡。 從消防安全的角度來評(píng)估大型建筑設(shè)計(jì)時(shí)，該模型可以處理一些疏散場景中相關(guān)的因素，包括: 

       (1)考慮各種不同行動(dòng)能力的人員 。包括限制行動(dòng)能力的人員和兒童。 

       (2)延遲時(shí)間，既包括可以用來代替移動(dòng)前的準(zhǔn)備活動(dòng)的時(shí)間(由用戶根據(jù)每個(gè)位置指定) .又包括隨機(jī)的額外時(shí)間，可以當(dāng)作人員疏散開始時(shí)間。

       (3)提供選擇路徑功能，使用模型計(jì)算出來的最短路徑，可以用來模擬經(jīng)過良好訓(xùn)練的或者有工作人員協(xié)助的疏散過程;或者使用用戶指定的路徑，可以用來模擬人員使用熟悉的出口或者忽略某些緊急出口的疏散過程。 

       (4)提供選擇步速功能，可以反映正常移動(dòng)和緊急狀況下移動(dòng)的差別，前者可能適于演習(xí)情況下的疏散，后者更適宜于人員在緊急情況下的反應(yīng)。

       (5)反向流，當(dāng)沿著疏散路徑發(fā)生堵塞時(shí)，人員就會(huì)向與原疏散方向相反的方向流動(dòng)。 

       (6)具備上下樓梯功能，從而擴(kuò)展模型的應(yīng)用范圍，例如有人層位于地下或者更多需要上樓梯而不是下樓梯的建筑。

       該軟件還可以模擬煙氣對(duì)疏散的影響，通過將用戶定義的煙氣阻塞或者從 CFAST 輸出的火場熱煙氣數(shù)據(jù)導(dǎo)人到疏散場景中，從而影響到疏散運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 

       4. EXODUS 軟件 

       EXODUS 軟件是由 英 國格林威治大學(xué)的 EXODUS 團(tuán)隊(duì)開發(fā)的，是一個(gè)模擬個(gè)人、 行為和封閉區(qū)間細(xì)節(jié)的計(jì)算機(jī)疏散模型。該模型包括了人與人之間 、 人與建筑之間和人與環(huán)境之間的互相作用。它可以模擬大型建筑物中上千人規(guī)模的疏散并可包含火災(zāi)煙氣影響因素。在 EXODUS 中，空間和時(shí)間用三維空間網(wǎng)格和仿真時(shí)鐘表示?？臻g網(wǎng)格反映了建筑物的幾何形狀、出口位置、內(nèi)部分區(qū)、障礙物等。多層幾何形狀可以由樓梯連接的多個(gè)網(wǎng)格組成，每一層放在獨(dú)立的窗口中。 建筑平面圖可由 CAD 產(chǎn)生的 DXF 文件提供，也可由交互工具提供。網(wǎng)格由節(jié)點(diǎn)和弧線組成，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)小的空間，每一段弧代表節(jié)點(diǎn)之間的距離。 人員沿著弧線從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 

       該軟件由五個(gè)互相關(guān)聯(lián)的子模型組成，它們分別是人員、移動(dòng)、行為、 毒性和危險(xiǎn)子模型。 模型跟蹤每一個(gè)人在建筑物中的移動(dòng)軌跡，以及人們的模擬狀態(tài)一-或被疏散到安全地點(diǎn)，或被火災(zāi)所傷害。模型基于行為規(guī)則和個(gè)體屬性，每一個(gè)人的前進(jìn)和行為由一系列啟發(fā)性規(guī)則決定。行為子模型決定了人員對(duì)當(dāng)前環(huán)境的響應(yīng)，并將其決定傳遞給移動(dòng)子模型。行為子模型在兩個(gè)層次起作用，即全局行為和局部行為，全局行為假設(shè)人員采用最近的可用疏散出口或者最熟悉的出口來逃生;局部行為可模擬以下現(xiàn)象:決定人員對(duì)疏散警報(bào)的初始響應(yīng)、沖突的解決、超越以及選擇可能的繞行路徑等。這些都取決于人員的個(gè)體屬性。毒性子模型決定環(huán)境對(duì)人員的生理影響，考慮了毒性和物理危險(xiǎn)，包括升高的溫度，熱輻射，CO 、CO2 以及 O2 含量等因素影響，并且估計(jì)了人員失去行動(dòng)能力的時(shí)間。它采用"毒性比例效果劑量"模型 (FED) ，似設(shè)火災(zāi)危險(xiǎn)的影響由接收到的劑量決定，而不是由暴露的含量決定，并且累計(jì)暴露期間的比例。 EXODUS 建?？梢圆捎迷囼?yàn)數(shù)據(jù)或者從其他模型得到數(shù)據(jù)，允許 CFAST 計(jì)算數(shù)據(jù) 導(dǎo)入 EXODUS 巾。 EXODUS 模擬完畢后，可以使用數(shù)據(jù)分析t具來處理數(shù)據(jù)輸出文件。另外，它還提供了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的后處理圖形環(huán)境，提供疏散的三維動(dòng)畫演示。 

       5. SIMULEX 軟件

       SIMULEX 軟件是最先由英國愛丁堡大學(xué)設(shè)計(jì)、后來由蘇格蘭的  Peter Thompson 博士繼續(xù)發(fā)展的人員疏散模擬軟件，可以用來模擬大量人員在多層建筑物中的疏散過程。該軟件可以模擬大型、復(fù)雜幾何形狀、帶有多個(gè)樓層和樓梯的建筑物，可以接受 CAD 生成的定義單個(gè)樓層的 文件。 用戶可以看到在疏散過程中，每個(gè)人在建筑中的任意一點(diǎn)、任意時(shí)刻的移動(dòng)。 模擬結(jié)束 后，會(huì)生成一個(gè)包含疏散過程詳細(xì)信息的文本文件。 SIMULEX 把一個(gè)多層建筑定義為一系列二維樓層平面圖，它們通過樓梯連接;用三個(gè)圓代表每一個(gè)人的平面形狀，精確地模擬了實(shí)際的 人員。 SIMULEX 的移動(dòng)特性基于對(duì)每一個(gè)人穿過建筑物空間時(shí)的精確模擬。模擬的移動(dòng)類型包括:正常不受阻礙的行走，由于與其他人接近造成的速度降低、行走超越、身體的旋轉(zhuǎn)和障礙避讓。 SIMULEX 還模擬了最近路徑出口選擇機(jī)制，而心理影響因素和煙氣影響因素也是模型將要進(jìn)一步發(fā)展的部分。 由于 SIMULEX 軟件的易用性以及它能夠較為真實(shí)地反映出疏散過程中可能出現(xiàn)的各種情況，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于實(shí)際工程中 。 

       6. STEPS 軟件

       STEPS 軟件是由英國 Mott MacDonald 公司開發(fā)的一款三維疏散軟件，可以模擬辦公區(qū)、體育場館、購物中心和地鐵車站等場所，這些場所要求確保在正常交通前提下，在緊急情況下可以快速疏散。在大而擁擠的地方，通過模擬所獲得的最優(yōu)化人流，可以為建筑消防設(shè)計(jì)提供一個(gè)更適宜的環(huán)境和更有效的安全疏散設(shè)計(jì)方案。目前，STEPS 已經(jīng)被應(yīng)用于加拿大埃德蒙頓機(jī)場、印度德里地鐵、美國明尼阿波利斯輕軌、英國生命國際中心和倫敦希思羅機(jī)場第五出口鐵路/地鐵。通過與 NFPA 基于建筑法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)作比較，STEPS 的有效性已經(jīng)得到驗(yàn)證。

       STEPS 具有很大的靈活性，它可以分配具有不同屬性的人員，給予他們各自的耐心等級(jí)和適應(yīng)性等心理影響因素;也可以指定年齡、尺寸和性別。同時(shí)，它還考慮了人員對(duì)建筑物的熟悉性，這也將影響疏散人員的個(gè)體行為。其中，耐心等級(jí)決定了當(dāng)出口附近的人群擁擠時(shí)，人員是繼續(xù)排隊(duì)等候，還是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向另一個(gè)最近的出口 。

       STEPS 也很獨(dú)特，它具有在疏散過程中改變條件的能力-一像日常生活中發(fā)生的那樣。煙氣可能封閉特定的出口，緊急設(shè)施可能開始向人群服務(wù)，并且人員在不同的時(shí)間從不同的區(qū)域開始疏散。模擬一開始，人群首先依照他們預(yù)置的特性進(jìn)行行動(dòng)，影響人員行為的因 素與現(xiàn)實(shí)生活相同-一人們向相反的方向移動(dòng) 、 阻塞 、 減速以及排隊(duì)。 當(dāng)一個(gè)緊急情況產(chǎn)生 時(shí)，每個(gè)人的行程將因?yàn)閺恼ＤＪ睫D(zhuǎn)到疏散模式而被重新設(shè)定，但是仍舊遵循他們各自的特性。 

       使用者可按照需要將模型平面界定為不同大小的網(wǎng)格系統(tǒng)。 目前 STEPS 模型中只允許每個(gè)人占據(jù)二個(gè)網(wǎng)格。當(dāng)開始計(jì)算時(shí)，STEPS會(huì)使用一種遞歸算法來尋找每一個(gè)網(wǎng)格與出口之間的距離。 

       STEPS 與 SIMULEX 一樣都屬于用于人員疏散模擬計(jì)算的精細(xì)網(wǎng)格模型，都可以用于使用人數(shù)眾多的多層建筑的疏散模擬分析。這兩個(gè)疏散軟件各有特色，由于在各自擅長的領(lǐng)域 的出眾特點(diǎn)，它們?cè)诠こ讨械膽?yīng)用也越來越廣泛。 STEPS 與 SIMULEX 兩種軟件特點(diǎn)的對(duì)比見 表 5-4-10。