楼梯结构对烟气蔓延及安全疏散的影响研究

为研究高层建筑火灾中楼梯结构对烟气蔓延的影响，运用PyroSim软件建立不同结构楼梯间的数值模型，使用FDS软件进行火灾烟气蔓延数值模拟，观测记录不同工况下烟气宏观高度随时间的变化，通过SPSS软件对观测值进行拟合分析，再结合烟气蔓延过程中楼梯间的温度、能见度及CO体积分数的变化情况，对人员安全疏散条件进行分析。结果表明：不同楼梯结构对烟气蔓延的阻碍作用差异明显，并且烟气在不同结构楼梯间内蔓延的宏观高度与时间均呈二次函数关系，其中具有中部隔墙结构的楼梯间防烟效果最佳，无梯井结构的楼梯间次之，存在梯井结构的楼梯间防烟效果最差，但综合各因素考虑，无梯井结构的楼梯间更有利于人员安全疏散。     

多层建筑楼梯疏散宽度组合仿真研究

为探究事故发生时楼梯宽度对多层建筑疏散效率的影响,结合多层建筑楼梯疏散特点,建立多层建筑楼梯疏散模型。基于多层建筑疏散过程,以社会力模型为基础,分析多层建筑行人疏散方式,构建楼梯疏散汇流模型;计算各楼层行人汇流时间以及楼梯汇流疏散效率;以某多层教学楼为仿真案例,构建不同楼梯宽度组合疏散场景,仿真多层建筑物疏散过程,获取各楼层汇流时间及楼梯疏散效率。结果表明:楼层平台汇流持续时间与楼层所在位置正相关,楼层所在位置越高,汇流持续时间越长;低楼层楼梯宽度增加有利于优化中间楼层行人汇流作用,提高多层建筑疏散效率,而高楼层楼梯宽度增加则会加剧中间楼层行人汇流对疏散的不利影响,降低多层建筑疏散效率。     

考虑被疏散者汇流的楼梯疏散模型

为探究楼梯汇流过程中被疏散者流的运动规律,提高楼梯疏散时间计算的准确性,首先,以社会力模型为基础,分析汇流过程中人员受力情况,运用动量方程与能量守恒方程,推导计算出汇流过程中被疏散者的动量变化率与动能变化率,进而构建楼梯疏散汇流模型,用以描述楼梯疏散过程;然后,以实际楼梯疏散环境为背景,模拟被疏散者流汇流过程,计算楼梯汇流时间,归纳汇流过程被疏散者流运动状态变化规律。结果表明:随着汇流时间的增加,楼层人流量逐渐增长,并达到稳定状态;被疏散者运动速率先增后减,最终趋于稳定。对比实际疏散时间与模拟疏散时间,各楼层最大疏散时间差异值为4. 4 s,证明楼梯疏散模型有高的有效性。     

基于协助比的特殊人群疏散时间影响研究

为探究救援人员数量对特殊人群疏散的影响，根据疏散时特殊人群行为模式，运用Pathfinder仿真软件，对某特殊人群居住建筑建立基于协助比的疏散仿真模型，模拟不同特殊人群协助比参数，分析不同协助比对于疏散时间的影响；结果显示，楼梯间为影响疏散时间的主要区域，因此，根据原模型中的参数变化情况，建立不同人群疏散速度的楼梯间局部疏散模型，研究不同工况下楼梯间人员疏散速度随协助比的变化情况。研究表明：疏散时间与特殊人群协助比呈“U”型曲线相关，先随协助比升高而降低，在40%(2∶5)时达到最小值，之后随协助比增加而上升；不同协助比时，疏散时间主要受楼梯通过速度影响，低协助比时，楼梯通过速度受楼梯间速度降低系数影响显著，高协助比时，受正常人协助时自身速度下降影响显著。     

不同楼梯布局条件下行人疏散效果仿真研究

为研究不同楼梯类型的行人疏散效果，改进传统社会力模型，模拟4种常见梯形中行人的疏散过程，并通过总疏散时间和平均疏散速度指标以及微观速度密度分布图分析其疏散效果中存在的内在物理机制。研究表明:从安全和高效疏散角度上看，在限定空间中，单跑无平台梯形布局有利于低密度人群下人员的快速疏散；在中、高密度人群中，双分梯形的分流特点更有利于人员安全、快速疏散。从微观密度、速度分布图可看到这4种梯形在人员疏散过程中均易造成人员聚集拥堵，但发生事故风险的位置不同。单跑有、无平台梯形在楼梯上端和下端均易发生拥堵，且此时速度值大，发生事故的风险高；双分与双跑梯形在楼梯与平台的转角处易发生拥堵。     

基于Pathfinder和FDS的火场下人员疏散研究

为了探究高层建筑发生火灾时人员行为对疏散的影响,以上海静安区失火大楼为背景,运用试用版灾难逃生软件Pathfinder,对人员行为进行模拟.实验得到了人员在不同行为模式下逃生时所用的时间和楼梯间内拥挤情况,并探究家庭成员的行为对逃生的影响.利用Pathfinder进行SFPE模式和指导模式模拟以确定哪种模式中的行为属于安全的疏散行为.以《建筑防火规范》规定的允许疏散时间为标准计算出规定时间内的疏散的人数,从而确定处于危险状态下的人员数量和时间.建立了一个简化的高层建筑模型,采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟,得出了烟气蔓延速度、温度、CO浓度以及能见度的变化规律,为高层建筑火灾烟气的有效控制、人员疏散、火灾扑救提供了一定的理论依据.     

基于改进最优迈步模型的楼梯区域疏散模拟

面对火灾等紧急事件,如何从多层和高层建筑内快速有效地疏散人群是火灾安全研究的一个重要课题。针对楼梯间这一重要疏散场景,考虑行人在台阶与转角平台处的迈步特征差别,在转角平台提出并采用圆形连续场域的生成法和运动规则,构建了一种改进的最优迈步模型。利用该模型重现了NIST进行的疏散演习场景,并从实时疏散人数、总疏散时间和基本图等方面进行了分析。结果表明:模型符合真实楼梯间行人疏散特性,可用于楼梯区域行人流的研究和分析。     

高层建筑火灾初期人员疏散策略的优化分析

通过分析高层建筑火灾条件下的人员安全疏散问题,构建了高层建筑火灾初期的垂直疏散模型,并提出2种疏散策略.策略Ⅰ:电梯停靠层以下全部用楼梯疏散,停靠层及以上楼层用电梯疏散;策略Ⅱ:各楼层人员按不同比例通过电梯进行疏散.然后通过调用随机函数,在一个动态运行模式下求解模型,分析停靠层、楼层人数及电梯疏散人数比例对疏散效果的影响,得到2种策略条件下的近似最优解.分析楼梯、电梯的疏散规律,得出楼层人数、电梯停靠层和电梯疏散人数比例对疏散效果的影响并非单一的线性关系:楼层人数较少时,随楼层的增加,电梯疏散更具优势;楼层人数过多时,电梯、楼梯的疏散效果都不明显,此时需要合理确定通过楼梯、电梯疏散的人数比例才能提高疏散效果.比较2种策略发现,策略Ⅱ疏散时间更短,而策略Ⅰ在现实中的运行能力和可操作性更强.     

高层建筑危急情况下的电梯疏散系统

美国的“9·11”事件 ,再次引起了人们对于高层建筑发生危急情况时人员安全疏散问题的关注。笔者首先介绍了在危急情况下 ,高层建筑中利用楼梯逃生的弊端和使用电梯疏散的优越性 ;然后阐述了高层建筑电梯疏散系统的概念和发展 ,最后从原始的电梯紧急疏散系统 (EEES)、人的行为心理与环境因素、风险评估、疏散模型 4个方面介绍了其具体的组成。分析和研讨结果表明 ,电梯疏散系统以其高效、应用面广等特点 ,势必会在危急情况下 ,在高层建筑的人员安全疏散过程中发挥越来越大的作用     

悬挂式轨道列车区间疏散模式安全性研究

为探究悬挂式轨道列车火灾时不同疏散模式对人员安全性的影响,首先基于竖向疏散模式的特性,构造人员下行速度与楼梯高度、坡度的耦合关系式;然后采用Pathfinder软件,分析不同疏散模式下疏散设施参数与人员必需安全疏散时间(t_R)的关系。结果表明：采用竖向设施的疏散方式,t_R与列车距地面的高度呈正相关关系,独立楼梯、充气滑梯均满足安全疏散要求;采用双充气滑梯的疏散方式,t_R比采用单个充气滑梯的t_R减小约35.6%;独立楼梯坡度设计宜为30～35°、宽度不小于1.3 m;横渡板宽度优选1.5 m,疏散平台宽度不小于1.3 m;疏散平台+楼梯组合疏散,楼梯间距为200 m时,列车在区间任意位置的t_R约等于415 s,小于900 s,满足安全疏散要求。从经济性和可持续性角度,推荐采用独立楼梯为主、其他设施为辅的疏散方式。     

Experimental study on an ultra high-rise building evacuation in China

With the development of modern cities, more and more ultra high-rise buildings have been built. Emergency evacuation of such buildings becomes one of the major concerns for building designers, building occupants and governments, especially after the disaster of 9/11. In this study we designed three experiments to investigate the process of ultra high-rise building evacuation. The experiments were performed in Shanghai World Financial Center, which is about 470 m tall. In the first experiment, the evacuation of a single pedestrian from the top floor to the first floor was performed. Movement characteristics such as mean speed and the time needed for evacuation were analyzed. In the second experiment, the mass evacuation process was captured by video cameras and the data were extracted out manually. The evacuees were distributed initially on floors 12–17, and were asked to evacuate through a staircase onto the refuge floor. On the refuge floor, i.e. the 6th floor, the evacuees were required to transit into another staircase to keep moving down to the ground floor. The characteristic space–time curves for each evacuee were extracted and analyzed. Parameters such as the mean speed and the evacuation time, as well as the characteristic of the transit process from one staircase to another were investigated. We at last mimicked and discussed the process of lift evacuation for an ultra high-rise building in the 3rd experiment. Evacuees located on the 41st and 65th floor were asked to move downward by stairs until they came to the refuge floors, where they would evacuate to the ground floor by lifts. The time characteristic of the mixed evacuation strategy was discussed. The basic data obtained from the experiments are useful for building designers and can be used to validate and refine ultra high-rise building evacuation models.     

高层住宅建筑火灾人员疏散仿真研究

基于高层建筑火灾的严重危害,本文在具体分析阐述我国目前高层住宅建筑的户型设计现状后,以长沙市某高层塔式住宅建筑为研究对象,利用人员疏散软件Building EXODUS(V4.06版)和烟气模拟软件CFAST对发生火灾后建筑物的人员疏散和烟气流动情况仿真模拟。研究表明,逃生楼梯的设计位置对高层塔式住宅的人员疏散效率影响较大;在发生紧急情况后,事前是否进行过疏散演习和事中的人工干预引导疏散对保障高层住宅建筑火灾居民的生命安全尤为重要;高层住宅建筑火灾,起火楼层越底,伤亡越大。     

基于数值模拟的某地铁车站人群紧急疏散研究

为了模拟分析地铁疏散影响因素,提出针对性应急疏散策略,达到提高疏散效率的目的。本文以某地下二层岛式车站为例,运用人员紧急疏散仿真软件Pathfinder,建立了车站紧急疏散仿真模型,研究了各区域人数变化情况、各连接处的通行速率以及疏散瓶颈位置。结果表明:现行条件下,该车站的疏散预警阈值为2000人,疏散时间约326s;疏散瓶颈出现在站台层疏散楼梯处,拥堵时间约为120s,且站台层人数越多,拥堵时间越长。因此,当超过2000人时,车站应限制人员进出比例,加强人员引导,提高出站效率,确保站内人员可安全、有序疏散。同时,针对疏散瓶颈位置,站厅层自动检票闸机数量的确定应结合楼梯的通行速率,减低人员疏散时间。     

基于Pathfinder的高校教学楼出口人员疏散仿真研究

针对高校教学楼出口人员疏散问题,基于现场观测数据,运用Pathfinder2015软 件平台设置建筑物和人员运动参数,对某高校教学楼进行人员疏散模拟仿真。通过设计 调整教室排课疏散场景,仿真不同场景下各楼梯出口的疏散时间、累计疏散人数和平均 人流量变化情况,利用Origin9.1数据图形可视化对比分析教室排课调整使用前后教学 楼的人员疏散情况。结果表明:充分利用低楼层教室排课,适当将人数较多班级分散安 排至靠近楼梯出口教室,疏散时间从609.3 s缩短至591.6 s;5楼可疏散人数由410人减 至187人,且部分楼层楼梯出口人群分布均匀;4、5楼楼梯出口平均人流量降低且小于1 人/s。因此高校应该对各班级合理安排课程,适当控制学生人数,调整教学楼的人群分 布,提高低楼层教室使用率,且充分利用各楼梯出口,缩短较高楼层人员疏散时间,提 高疏散效率。     

基于Pathfinder的特殊地铁站点人群紧急疏散模拟

为了保障地铁安全运营,提高突发事件发生后人员疏散的效率,基于实际地铁站的尺寸和载客量,利用Pathfinder软件对北京市某特殊地铁站进行建模;结合站点内不同时间段的人流特征,分析站点内可能存在的不利工况,并对各类工况进行仿真模拟。结果表明:地铁站点内疏散的瓶颈区域为站台和站厅连接处的楼梯口;早高峰时期列车满员时,候车人数超过200需要采取限流措施;晚高峰时期列车人数在1 056左右时,候车人数超过576需增加引导人员限制人员流动。研究成果可为特殊地铁站点的疏散通道设计和日常的人流安全管理提供理论依据。     

Observation study of pedestrian flow on staircases with different dimensions under normal and emergency conditions

Compared with horizontal motion, there were several characteristics in staircase movement. This study focused on the movement characteristics in staircases of typical student crowds and the quantitative relations of flow rate-speed-density in different dimensions of staircases and different circumstances were obtained. Basic data concerning daily movement when classes were over and an evacuation drill for college students was collected through analysis of video observation. From the analysis, the following conclusions can be given: some typical characteristics of pedestrian movement in staircases were found, such as queuing behavior at platform, merging flow at staircase entrance, and subgroup behavior. Movement on stairs was markedly slower than the horizontal motions. In normal condition, the number and initial speed of students entering the staircase affected observably the pedestrians flow, and the impact of staircase attributes (riser, tread, slope, etc.) cannot be neglected. In different conditions, the characteristics of pedestrian movement were quite different, and the influence of the speed on the density was more significant in the emergency condition. The study highlighted the amassment phenomenon at the bottom of the staircase and the potential influence of stair widths to evacuation efficiency in evacuation drill.