人員疏散分析是建筑性能化防火設計評估的重要組成部分

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人員行走速度有一定的影響。

（1）人員自身條件的影響。下表5-4-5列出了若干人行走速度的參考值，這是根據大量統計資料得到的。但應當指出，對于某些特殊人群，其行走速度可能會慢很多，如老年人、病人等。如果某建筑中火災煙氣的刺激性較大，或建筑物內缺乏足夠的應急照明，人的行走速度也會受到較大影響。

表5-4-5 不同人員不同狀態下的行走速度舉例（m/s）

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行走狀態 男人 女人 兒童或老年人

緊急狀態，水平行走 1.35 0.98 0.65

緊急狀態，由上向下 1.06 0.77 0.4

正常狀態，水平行走 1.04 0.75 0.5

正常狀態，由上向下 0.4 0.3 0.2

人員行走速度在疏散模型中的設置需要了解不同模型的默認值，如Simulex疏散模型中默認的人員行進速度分男人、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 正態分布±0.2

女人 1.15 正態分布±0.2

兒童 0.9 正態分布±0.1

中老年人 0.8 正態分布±0.1

（2）建筑情況的影響。不同的建筑中由于功能、構造、布置不同，對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值與建筑物使用功能的關系可參考表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（醫院，診所及兒童福利設施室等除外） 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。人員在自由行走時受到自身條件及建筑情況等因素的影響而速度各有差異，當為疏散人群時，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，人員移動越緩慢；反之密度越小，人員移動越快。國外研究資料表明：－般人員密度小于0.54人/㎡時，人群在水平地面上的行進速度可達70m/min并且不會發生擁擠，下樓梯的速度可達48～63m/min。相反，當人員密度超過3.8人/㎡時，人群將非常擁擠基本上無法移動。一般認為，在0.5～3.5人/㎡的范圍內可以將人員密度和移動速度的關系描述成直線關系。

Fruin 、Pauls 、Predtechenskii、Milinskii等人根據觀測結果，整理出了一組分別在出口、水平通道、樓梯間內人員密度與人員行走速度的關系，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 建筑內各疏散路徑人員行走速度與人員密度的關系

（引自美國《SFPE防火工程手冊》）

同時，根據研究結果得到了人員行走速度與人員密度之間的關系式，不同密度下人員在平面的步行速度可根據下式計算得出：

（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算參見以下公式，其中系數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重要的地位，對出口寬度的合理設計能避免疏散時發生堵塞，有利于疏散順利進行。我國目前的建筑規范中主要是通過控制建筑物的出口、樓梯、門等寬度來進行疏散設計，同時，性能化防火設計中對建筑物安全性的評估同樣需要考慮出口寬度的問題，以衡量火災時能否保證人員通過這些出口順利逃生。無論是規范的規定還是性能化設計的方式，一般都是根據總人數按單位寬度的人流通行能力及建筑物容許的疏散時間來控制建筑物的出口總寬度。因此，人員疏散參數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間內通過單位寬度的人流數量（單位：人/（m?s）），比流量反映了單位寬度的通行能力。根據對多種建筑的觀測結果，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（比流量）與人員密度的關系，由圖可以看出，首先，隨著人員密度的增大，單位面積內的人員數目增大，從而單位時間內通過單位寬度疏散走道的人員數目也增大，當人員密度增大到一定程度，疏散走道內的人員過分擁擠，限制了人員行走速度，從而導致流出系數的減少。

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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

大量的火災演練實驗表明人群的流動依賴于通道的有效寬度而不是通道實際寬度，也就是說在人群和側墻之間存在一個“邊界層”。對于一條通道來說，每側的邊界層大約是0.15m，如果墻壁表面是粗糙的，那么這個距離可能會再大一些。而如果在通道的側面有數排座位，例如在劇院或體育館，這個邊界層是可以忽略的。在工程計算中應從實際通道寬度中減去邊界層的厚度，采用得到的有效寬度進行計算。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/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按下列要求計算：

①對于走廊或過道，為從一側墻到另一側墻之間的距離；

②對于樓梯間，為踏步兩扶手間的寬度；

③對于門扇，為門在其開啟狀態時的實際通道寬度；

④對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行了一系列的研究。對于人員在火災中的疏散行為進行了大量的觀察和測量，得到了許多量化的數據，如前蘇聯Predtechenski和Milinski，日本的Togawa以及美國Furin等人對密集人群的疏散行為、移動速度等進行了大量的觀測，后期加拿大的Pauls等人通過大量的演習試驗也取得了許多參考數據，并總結了一些經驗公式，提出了各自的人員疏散計算方法，如早期的經驗方法，后來的網絡優化法，近年來興起的計算機模擬分析方法。經驗方法主要是考慮建筑物內到達安全出口的疏散距離和出口容量計算疏散行動時間，或根據建筑物的使用人數確定出口數量和寬度；網絡優化法將建筑物各個單元網絡化，通過對復雜建筑網絡的優化找出人員可能疏散的路徑，并計算疏散行動時間；而隨著計算機技術的進步，人們開始直接利用計算機模擬技術模擬人員在建筑物內的移動，通過計算機記錄不同時刻不同人員的幾何位置變化，從而得到建筑物內人員疏散行動時間，并通過對人員疏散移動圖案來分析可能發生擁擠的部位，提出改進措施或組織疏散預案。因此，采用基于計算機的疏散模型將會有助于建筑設計的科學性。

人員安全疏散模型的研究和分析主要包含兩個方面，一是人員疏散模型結構的研究；二是火災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的Galea、愛丁堡大學的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建筑空間的表示方法，可以把模型分為離散化模型和連續性模型兩類。

1.離散化模型

離散化模型把需要進行疏散計算的建筑平面空間離散為許多相鄰的小區域，并把疏散過程中的時間離散化以適應空間離散化。離散化模型又可以細分為粗網絡模型和精細網格模型

（1）粗網絡模型。在粗網格模型中（如E89，E），按照實際建筑的劃分來確定其幾何形狀。因此，每個網絡節點都可以表示一個房間或走廊，但與實際大小無關。按照它們在建筑中的實際情況，用弧線將這些網絡節點連接起來。在這類模型中，根據各建筑單元的出口容量和人員的移動速度確定疏散人員只會是從一個房間運動到另一個房間的時間，沒有表明疏散人員的位置，不能反應人員個體的基本行為和準確位置。

（2）精細網格模型。在精細網格模型中（如EXO，SS，S，V），整個建筑區域的平面通常是用覆蓋大量棋盤狀的網格或網點來表示。每個模型中節點的網格大小和形狀都有所不相同，例如EXODUS采用0.5m×0.5m的正方形網格節點，SIMULEX采用0.2m×0.2m的正方形網格節點，而EGRESS采用六邊形網格節點。用這種方法可以準確地表示封閉空間的幾何形狀及內部障礙物的位置，并在疏散的任意時刻都能將每個人置于準確的位置。因此，精細網格模型可以在每個網格內記錄單個人員的移動軌跡，能夠反映每個人的具體行為反應。但是，由于現代建筑的建筑單元眾多，結構復雜，因而精細網格模型要求計算處理信息量較大。