疏散楼梯（精选七篇）
疏散楼梯 篇1
The simulation investigation of evacuation
influenced by distinctive
characteristics of people
LIU Wei1, XING Zhi-xiang1, CHANG Jian-guo2
楼梯口值班制度和疏散制度 篇2
一、有关值班老师于课间操时、上下午最后一节课后、晚自习课后，在任课班级对应楼梯口值班，疏导学生畅通上下楼，处理意外事件，防止拥挤而造成的伤害事故发生，直到学生较少时方可离开，增强法制观念和社会责任感。
二、如果有调换课，由对应值班老师告知换课老师在相应位置值班及要求，否则，造成责任由原值班老师负责。
三、值班老师以及遇到的干部、老师要制止学生在楼道内打闹、拥挤，防止意外伤害事故发生，批评教育违规违纪的学生并且记录班级、姓名报安管办处理。
四、值班老师在课表上标注值班时间，不能忘记值班，必须坚守值班位置，不能擅自离岗、空岗，如果发生意外事故要追究有关值班老师责任。
五、学校以及班主任要经常教育学生上下楼梯相互礼让靠右行，不得打闹、拥挤、推搡、抢上抢下，不狂奔乱跑，养成良好的习惯，人多上下楼梯时不得在楼梯处蹲下捡拾物品，以免发生意外。
六、上课时如遇紧急情况或意外事件发生（如停电、火情、地震等）随堂任课教师要担负起对学生的保护责任，要保持冷静，不慌乱，对学生进行必要的宣传教育和心理安抚，有序疏导学生，稳中要快，以为他人着想的态度和正确方法脱离现场或避险，防止事态扩大。
七、课间操时各班主任要按照有关安排组织学生有序下楼集合，分年级、分班级逐次下楼，适当错开时间，不强调快速、整齐，每年级都要安排教师在楼梯间负责维持秩序，管理学生；下午自习结束时各年级可适当错开放学时间，下午自习任课教师和值班领导，要密切注意走廊、楼梯通道秩序以及照明设施情况，损坏时要及时开启应急照明设备，并立即对学生进行现场疏导。
八、总务人员要检查楼道、楼梯间是否有杂物，确保楼道、楼梯通畅，天黑时楼梯口要开灯照明，定期对各项设施和照明设备进行维护，及时消除安全隐患。
九、若遇有伤害严重情况，学校任何领导、干部和教职工得知情况，一方面有责任组织疏散或救援，积极维护秩序和组织抢救，求助急救 120再通知学校其他有关领导、干部，由学校安排立即向上级和有关部门报告。学生不参与围观而要疏散离开，可以积极协助疏散或救援。报警电话110，急救电话120。
（本制度从修订公开发布之日起生效）
泰兴市横垛初级中学安管办
浅析高层公共建筑疏散楼梯设计 篇3
随着社会的发展, 城镇化建设的加快, 建筑设计水平的不断提高, 施工技术的突飞猛进、建筑材料和内装修材料的多样化、轻质, 公共建筑也向高层化发展, 其带来建筑物的火灾危险性也相应增加。高层建筑平时的主要交通工具是电梯, 很少使用疏散楼梯。疏散楼梯最主要的功能是在发生火灾时起到疏散屋内人员及其财物, 满足消防人员通入进行灭火。其作为建筑安全疏散的重要设施, 是建筑防火的重要内容。因此如何安全、合理设计高层公共建筑的疏散楼梯在整个防火设计中起到至关重要的作用。
2 疏散楼梯的种类及其相应设计要求
仅仅采取防烟防火分隔的楼梯间是不能够满足高层公共建筑的消防安全要求, 因此高层公共建筑的楼梯间如要设计为既防火又防烟的安全疏散楼梯间, 还应设置避难前室。前室不仅能起到竖向和横向疏散的缓冲作用, 还能增强楼梯间防烟和排烟的能力。根据疏散楼的形式将其划分为三种。
2.1 带开敞前室的疏散楼梯间
疏散楼梯设置为开敞式前室即采用阳台、凹廊等作为前室进行排烟。当用阳台作为开敞前室时, 可以直接对着阳台开门, 这样必须通过两道防火门和阳台才能进入楼梯间, 其侵入阳台的烟能迅速被吹走, 且不受风向的影响。如果疏散楼梯结合电梯厅设置, 其前室不仅排烟效果好, 楼梯间和消防电梯既靠近又有分隔地结合布置, 可以形成完善、可靠的安全区域;当用凹廊作为开敞前室, 如果结合电梯厅布置会造成经常用的流线和火灾时的疏散路线结合起来, 在火灾时会出现人员疏散与消防队扑救的流线交叉和相互干扰, 造成疏散的不利, 如若分开布置则相对较好。
2.2 带封闭前室的疏散楼梯间
封闭前室与开敞前室相比, 其主要优点为设置灵活且形式多样既可靠外墙设置, 亦可设在建筑物内部。主要的缺点是排烟问题相对复杂, 位于建筑内部的楼梯间必须设置自然排烟道或使用机械排烟设备来排除侵入前室和楼梯间的烟气, 不但设备复杂、经济性差, 而且效果不好。靠外墙楼梯间虽可利用窗口进行自然排烟, 但可靠性仍难得到保证。
2.3 全开敞的室外疏散楼梯
全开敞的室外疏散楼梯一般布置于建筑物的端部。其优点为:既可以采取结构简易的悬挑方式, 不占据室内的有效建筑面积;同时侵入楼梯间的烟气又能被迅速排走, 不受风向的影响。因此其排烟效果和经济性都很好。但由于它只有一道防火门而无前室, 安全性相对较差, 因此应配合前两种形式共同使用。
3 高层公共建筑疏散楼梯设计存在的普遍问题及其对策
在高层公共建筑设计中, 建筑防火设计是建筑设计中及其重要的一个部分, 它从根本上决定了设计是否可以实现。疏散楼梯的设计作为整个高层公共建筑设计的重中之重, 应该引起设计者的足够重视。其出现的一些问题并不仅仅只存在设计图纸的问题, 因为一旦发生火灾, 极易造成大量人员的伤亡。本人在工作中针对疏散楼梯设计存在的一些误区进行归纳, 共有八个方面的问题。
3.1 疏散楼梯的定性不对
有些设计者对高层建筑楼梯间的形式不清楚, 其造成相应的楼梯防火不符合规范。一般来说, 楼梯的应用和分类按照防火要求, 通常把疏散楼梯分为敞开式楼梯间、封闭式楼梯间、防烟楼梯间和室外楼梯。对于一座民用建筑, 需要采取何种楼梯形式, 要充分考虑建筑物的高度、层数、使用性质、建筑体量。一般来说, 高层民用建筑、大型商 (店) 场等公共场所的室内楼梯需设置为防烟楼梯, 其楼梯需相应按照防烟楼梯的要求进行设计。
3.2 疏散楼梯直通地下室无防火墙, 未通向屋顶
疏散楼梯间应保证地上部分上下通畅, 当向下疏散的通路产生堵塞或被烟火切断时, 疏散人员还能上到屋顶进行暂时避难等待有关部门进行救援。例如巴西"安得拉斯"大楼发生火灾时, 建筑内上部人员因向下通路被阻而逃到屋顶等待当局利用直升飞机进行救援。疏散楼梯还应能通向底层, 直达出口, 但不能直通地下室, 以免发生火灾时人们误入更加危险的地下室。如地上地下疏散通道不便干分开时, 须在地下室入口和对外出口处设置明显标志, 如用灯具、字体、箭头等附属设施进行指引, 提醒疏散者注意, 并采取一定的分隔措施。
3.3 疏散楼梯疏散宽度、疏散距离、个数不对
在GB500452-1995《高层民用建筑设计防火规范》 (2005年版) (以下简称《建规》和《高规》) 均对建筑物疏散楼梯宽度、疏散距离、数量进行了较详细的规定, 对楼梯分布的规定则较为原则。规定疏散楼梯的宽度及前室面积等均应通过计算来确定。楼梯的数量与楼梯的宽度之间应是相互协调、相互配合的, 在设计楼梯宽度时, 要合理地确定楼梯人流股数和允许疏散时间的协调关系。其室内楼梯控制数据如下:梯段和平台的宽度不宜小于1.2m。当与消防电梯合用前室时, 其面积不宜小于10m2。室外楼梯也可作为辅助的防烟楼梯, 其最小净宽不应小于0.90m。当倾斜角度不大于45°, 栏杆扶手的高度不小于1.10m时, 室外楼梯宽度可计入疏散楼梯总宽度内。
3.4 疏散楼梯设计位置不合理
楼梯间在建筑物平面中位置的设置是建筑设计中的要点之一。它不仅要考虑建筑、结构、人员流向等因素, 还要符合"实用、经济、美观"的要求。一般疏散楼梯要设置两个及其以上, 主要是满足两个及以上安全出口规定的要求。防烟楼梯间主要有以下两种布置方式:
尽端式布置, 也就是在建筑物长边的两个尽端布置疏散楼梯, 这是最常用的布置方式。楼梯这样设计, 最容易满足平面内任何一点具备二个安全出口的要求。
居中布置, 即将楼梯设置在建筑物的中间部位。如在内回廊式建筑、塔式高层住宅等中心部位设计防烟楼梯间。这种设计满足功能要求、节约空间, 但需重点考虑满足二各安全出口的要求。
3.5 灯光疏散指示标志不明确
《建规》中明确规定了民用建筑的封闭、防烟楼梯间、前室、走道、面积较大或地下室、半地下室等公共活动房间均应设置火灾事故照明。而灯光疏散指示标志只需在公众聚集场所的疏散走道、疏散路线等地面上设置;《高规》规定了楼梯间、前室、观众厅、居住建筑中超过20 m的内走道应设置火灾事故照明, 而只在除二类居住建筑外的建筑走道和安全出口处设置灯光疏散指示标志。在实际的许多设计中, 无论面积大小、地上地下, 多层民用建筑内的公共活动房间以及高层居住建筑的外走道中都设置了火灾事故照明, 并且在民用建筑的所有封闭、防烟楼梯间梯段上、前室内、安全出口处都设置了灯光疏散指示标志。
3.6 首层防烟前室随意扩大, 首层疏散个数不够
许多公共建筑的首层为了门厅做的气派, 随意地扩大防烟楼梯间的前室。实际上从《建规》和《高规》的很多条文解释中可以发现, 随意扩大防烟前室, 将会导致人员疏散安全性降低, 疏散时间延长, 消防的不利。还有许多高层公共建筑在标准层上虽设计两部疏散楼梯, 但其到首层时, 却只有一个出口, 造成了"殊途同归"的现象, 这严重违反了防火疏散的关于两个安全出口的概念, 是防火设计中必须要注意的重要设计错误。
3.7 机械防烟措施不当
《高规》第8.2.1条规定超过建筑高度50 m的一类高层公共建筑, 无论其防烟楼梯间及其前室、合用前室、消防电梯间前室是否可以自然排烟, 都宜设计为机械加压送风, 其主要是考虑到这些是人员疏散和火灾扑救最重要的通道, 一旦自然排烟受到影响, 将会对建筑的人员疏散和火灾扑救造成很大困难。但有些建筑在设置了机械加压送风的同时, 仍然设有自然排烟的外窗, 这样将会造成机械的不利。本人认为如若在这些场设计外窗采光, 也应采用固定窗扇。
3.8 门窗洞口设置和用材不当
前室和楼梯间的门应为乙级防火门, 并应向疏散方向开启。前室与楼梯之间如开窗, 其水平距离不应小于2m, 如果小于2m应为固定向外开启的窗户, 窗户应采用金属等不燃材料制作, 其玻璃须采用铅丝玻璃或防火玻璃, 以免受破碎伤人并造成烟火的袭入和蔓延。疏散楼梯与走道或过厅之间的耐火隔墙上尽量不要开设洞口, 如若必须设置洞口时, 须填塞玻璃砖并作密封处理。
4 结语
本文只是初步探讨了高层公共建筑安全疏散楼梯设计的几个问题, 实际的建筑消防安全不仅仅是疏散楼梯, 而是涉及到许多方面, 并且是不能相互分割的。希望我们在设计时, 除掌握规范条文内容外, 还应深入了解条文说明, 并结合其它规范、书籍、工程实际情况, 不要对规范生搬硬套, 而是要在理性、客观、全面分析、评估的基础上, 提出科学的解决方法, 做到安全、方便、经济合理的目的。
摘要：本文先阐述了疏散楼梯设计对于高层公共建筑设计的重要性, 其次通过分析目前高层公共建筑疏散楼梯设计的常见错误, 提出自己的建议。
关键词：高层公共建筑,疏散楼梯,设计
参考文献
[1]GB500452-1995 (2005年版) , 高层建筑设计防火规范.
[2]章孝思.高层建筑疏散楼梯间设计.中国学术期刊电子出版社.
[3]杨志博.民用建筑疏散楼梯的防火设计.山东消防.
疏散楼梯 篇4
物业管理案例分析－业主在消防疏散楼梯内堆放杂物，物业管理企业能否进行干涉？
【案例】某商厦五楼是家百货公司，公司职员为了图个方便，将公司废纸箱堆放在消防疏散楼梯内，打算堆积到一定数量时再搬回仓库处理。物业管理公司发现后，提出消防疏散楼
梯适用于消防事故发生时紧急疏散人群的，不能将纸箱堆放在楼梯内，双方就此问题产生了矛盾。
【解答】消防疏散楼梯是物业区域内共用设施，有特殊的用途，百货公司不得将纸箱堆放在楼梯内，物业管理公司应当对此行为进行制止。
《物业管理条例》第50条规定，“物业管理区域内按照规划建设的公共建筑和共用设施，不得改变用途。业主依法需要改变公共建筑和共用设施用途的，应当在依法办理有关手续后告知物业管理企业；物业管理企业确需改变公共建筑和共用设施的，应当提请业主大会讨论决定同意后，由业主依法办理相关手续。”物业管理区域内按照规划建设的公共建筑和共用设施，是满足业主正常的生产、生活需求所必需的，其设计对于物业管理区域内来讲是一体的，因而其用途不得随意改变。如随意改变其用途，不仅不能发挥其规划设计的功能，而且还会该造成事故隐患。例如，共用走廊、楼梯是用于正常通行的，不得堆放杂物，否则会妨碍通行，还可能会引起火灾；客用电梯不得作为专门运输货物的工具使用；停车场是用于停车用的，也不得堆放杂物或者建设违章建筑等等；消防疏散楼梯是用于消防事故发生是紧急疏散人群的，在正常情况下不得作为通行楼梯使用，也不得堆放杂物，造成堵塞等。百货公司将纸箱子堆放在消防疏散楼梯内，存在安全隐患，该行为应予以制止。《物业管理条例》第66条，违反本条例的规定，擅自改变物业管理区域内按照规划建设的公共建筑和共用设施用途的，“由县级以上地方人名政府房地产行政主管部门责令限期改正，给予警告，并按照本条第二款的规定处以罚款；所得收益，用于物业管理区域内物业共用部位、共用设施设备的维修、养护，剩余部分按照业主大会的决定使用。”行为人为个人的，处1000元以上1万元以下的罚款；行为人为单位的，处5万元以上20万以下的罚款。
对物业管理区域内的违规行为进行制止，是物业管理公司的职责范围。《物业管理条例》第46条第1款规定：“对物业管理区域内违反有关治安、环保、物业装饰装修和使用等方面法律、法规规定的行为，物业管理企业应当制止，并及时向有关行政管理部门报告。”第47条规定：“物业管理企业应当协助做好物业管理区域内的安全防范工作。”因此，物业管理公司发现百货公司职工的违规行为后，依法予以制止，行为人应当纠正。
中小学建筑疏散楼梯设计探讨 篇5
关键词：中、小学建筑,防火设计,疏散设计,疏散楼梯
近几年来, 随着城市建设的迅猛发展, 中、小学校新建、改扩建项目也逐年增加。在设计工作中, 作者发现了一些防火设计与安全疏散的问题, 尤其是安全疏散楼梯的设计, 由于设计人员以及相关审批部门对防火规范的不同理解, 造成工程设计与实际使用产生矛盾。
按照《中小学设计规范》第4.3.2条要求, 中学教学用房不超过五层, 小学教学用房不超过四层, 则防火设计应遵循《建筑设计防火规范》。按照《建筑设计防火规范》第5.3.5条要求, 超过2层的商店等人员密集的公共建筑, 应采用室内封闭楼梯 (包括首层扩大封闭楼梯间) 或室外疏散楼梯。而目前较多设计人员、图纸审查人员及地方消防审批部门则把中、小学校的教学楼定性为人员密集的公共建筑, 这样中、小学校教学、实验建筑的室内楼梯间均要设计成封闭楼梯间。然而根据第5.3.5条的条文解释, 对“楼梯间设置做了较严格规定”是针对“商场等空间开敞、人员集中等类似建筑”, 规范及条文解释中均未对“人员密集的公共建筑”具体为哪些类型的建筑做出明确的解释。在实际工程设计过程中, 各设计、审查、审批单位也按照各自的理解进行设计、审查、审批, 造成审核标准不一致, 图纸反复修改。
作者认为产生以上的认知, 是由于把防火与疏散混同为同一件事, 防火与疏散实则是两个设计内容, 防火设计是通过合理划分防火分区, 采用恰当的防火构造措施来避免、减少火灾的发生, 阻挡火势以及燃烧产生的有害烟气的蔓延;而疏散不仅是在火灾的情况下的人员疏散, 更要考虑到日常使用以及其他突发事件中的人员疏散, 例如地震、恐怖袭击等其他安全事故。按照《建筑设计防火规范》第2.0.18条定义, 封闭楼梯间是“用建筑构配件分隔, 能防止烟和热气进入的楼梯间”, 因而封闭楼梯间的作用主要是防止火灾蔓延, 及阻挡火灾时产生的热和有害烟气的进入人员疏散通路, 保障人员安全疏散。这对于装修材料比较多、燃烧时会产生大量烟气的商场、影剧院、展览以及设有歌舞娱乐放映游艺场所的建筑而言, 是非常必要的。而中、小学建筑主要是指教学楼、实验楼以及教师办公楼, 这类建筑大都装修简单, 火灾危险性相对较小, 火灾中产生的有害烟气也较少, 因而, 作者认为中、小学校建筑的防火、疏散设计最重要的在于如何合理设计疏散路线, 更安全、更快捷的“疏导”人流, 封闭楼梯间的作用在这类建筑中的作用并不显著, 甚至会影响学生的安全疏散。
中、小学建筑的疏散有其鲜明的特点:使用时段集中, 人流量大, 使用者大都是天性活泼好动的未成年人。针对以上特点, 中、小学建筑的疏散设计的重点应在于合理的疏散组织方式。考虑到使用者的特殊性, 学校中的学生均为未成年人, 小学低年级的学生更是缺乏自理能力的幼儿, 封闭楼梯间的设置对于这些特殊人群来说是否真的安全、适用。针对这个问题进行了一系列的调查、回访, 发现在实际使用过程中, 这些封闭楼梯间的设置确实未起到增加安全系数的目的, 反而常常阻碍了学生们的安全疏散, 甚至应发一些安全事故。首先, 封闭楼梯间的门按照规范要求是能够自行关闭的, 闭门器的安装解决了自行关闭的问题, 但是厚重的闭门器却造成了低龄孩子难以推开疏散门进行疏散, 造成大量学生在疏散门前拥堵, 极易引发踩踏等极度危险事故的发生;其次, 由于孩子们天性好动, 课间不可避免地游戏打闹, 那么这道“安全门”的启闭就可能会引起碰伤、挤伤学生事故的发生;再有, 《建筑设计防火规范》第7.2.3条又对封闭楼梯间有这样的要求:首层应设置直通室外的安全出口或在首层采用扩大封闭楼梯间。首层设置扩大的封闭楼梯间, 实际是在疏散通道上又增加了一道疏散门, 这样不但减少了疏散通道的实际疏散宽度, 又在原本通畅的疏散通道上设置了一道屏障, 反而容易使疏散人员在慌乱的情况下找不到正确的疏散方向, 从而引发安全事故。
由于现行有效的规范、法规均未对“人员密集的公共建筑”做出明确解释, 造成了设计、审查工作中的混乱。作者也为此查阅了大量资料, 在《建筑设计规范常用条文速查手册 (第三版) 》一书中, 收录了国家标准《建筑设计防火规范》管理组于2007年11月对上海核工程研究设计院的一份复函, 其中对5.3.5条有这样的解释:考虑到办公楼、教学楼等火灾危险性相对较小场所的使用要求, 第5款仍允许该类场所在层数小于等于5层时设置敞开楼梯间, 但该敞开楼梯间可以不视为上下层连通的开口, 其防火分区面积可不按上下层相连通的面积叠加计算。对于规范管理组的这一解释, 应该可以认为中、小学校的教学楼、实验楼及办公楼的室内楼梯间设计成非封闭楼梯间, 是符合规范要求的。
综上所述, 作者认为, 将中、小学的教学建筑简单定性为人员密集的公共建筑是不妥当的, 这类建筑的疏散设计应遵照国家的有关法律法规, 从全局出发, 统筹兼顾, 结合各地标准要求, 考虑到使用者的特殊性进行设计, 做到安全适用、技术先进、经济合理, 防止和减少建筑火灾危害, 保护人身和财产安全, 为孩子们营造更好的学习、成长空间。
参考文献
[1]虞朋虞献南编, 《建筑设计规范常用条文速查手册 (第三版) 》[M], 北京:中国建筑工业出版社, 2010.11
[2]GB50016-2006, 《建筑设计防火规范》
楼梯疏散三维建模的改进社会力模型 篇6
针对人员疏散问题,世界各地的学者已经做了很多研究,流体动力模型、格子气模型、元胞自动机模型、磁场力模型、社会力模型等相继应用到模拟仿真人员疏散上。其中,社会力模型自提出以来便在人员疏散的研究上得到广泛应用和发展。Helbing等人在20世纪90年代中期首先将社会力模型应用到人员疏散,运用精确的数学表达式描述个体间的相互作用力,采用迭代的方式计算群体演进系统各时刻的状态,使模型能够真实地反映现实场景中群体的运动现象;Mehran等学者在此基础上,将社会力模型运用到模拟和监测人群的异常行为上;Parisi等学者通过修改社会力模型,引入自停机制,能够有效防止行人在行走过程中不停拥挤的现象;Johansson等学者结合视频轨迹追踪,通过进化算法进一步优化相应参数,将社会力模型运用到大场景下的人员疏散;宋卫国等学者采用社会力模型对紧急情况下的人员疏散现象进行模拟,通过构建不同模拟场景研究出口宽度、期望速度等特征与疏散时间的关系。社会力模型作为微观行人疏散仿真模型中较为完善的一种,相比于其他模型最能体现人群真实运动的情况,并且对影响个体运动的因素考虑得更为全面,对个体的行为建模更为合理,社会力模型在研究二维平面人员疏散上得到了广泛和深入的应用,但针对三维空间下楼梯疏散的研究较少。
针对楼梯疏散问题,现有建模方法是将原本的三维空间的疏散过程处理到二维平面上,再利用相应模型进行模拟仿真。但由于二维平面自身的局限性,在模拟楼梯这类三维空间场景的人员疏散问题上,不能达到很理想的模拟仿真效果,相应模拟结果较实际也有较大误差。笔者结合实际中楼梯疏散的人员行为特征,将社会力模型改进并扩展到三维空间,并改进传统社会力模型的受力作用、修改建模维度和运动视角、修正模型的主要参数,模拟仿真真实场景下的行人楼梯疏散过程,并与实际场景下行人楼梯疏散的特征进行验证对比。
1 三维空间下的改进社会力模型
1.1 改进社会力
模拟行人下楼的过程,需考虑自身重力对下楼速度和行人间相互作用的影响,重力作用使行人下楼的速度比上楼快很多,也是比平面行走速度慢的原因之一,下楼时重力作用实际效果相当于原社会力模型中驱动力作用的一部分。在原有社会力模型基础上引入重力作用,方向为垂直于地面,与实际重力一致;大小与行人自身重力相关,通过引入参数C来控制和调整。在平面上运动时,重力和地面支撑力平衡,C为零;在楼梯面上运动时,去除楼梯面支撑力作用,重力仍起到一部分作用,C为非零常量。行人在下楼过程中的重力作用如式(1)所示。
式中:mig为行人i的重力;为单位向量。
当行人在平面上运动时重力作用如式(2)所示。
修正过后的社会力模型公式如式(3)所示。
式中:mi为行人i的质量;为行人i当前环境下的喜爱速度;为行人i的驱动力;为行人j对行人i的排斥力;为障碍物对行人i的排斥力。
社会力模型中各种力的效果,如图1所示。
1.2 改进社会力模型参数
传统社会力模型中主要参数:期望速度vi0(t)、相互作用强度A和相互作用范围B。vi0(t)主要影响模型中行人的实时速度和驱动力(t)。传统社会力模型主要的应用场景为平面,为使模型中行人的平均速度与实际相同,设定期望速度为1.35m/s。而行人下楼行走速度与人员密度、人员性别、年龄结构相关,通常密度较低的男性中青年人群的下楼速度较快。根据楼梯面模拟行人的平均速度与拍摄视频中实际数据对比的结果,设定模型中行人在楼梯面的期望速度为0.95m/s。
相互作用强度和相互作用范围的取值直接决定行人之间和行人与障碍物之间的排斥力大小和影响范围,原有社会力模型中两者分别取值2 000N和0.08m。由于楼梯的台阶长度和宽度是固定的,行人下楼的步幅、行人之间的距离是相对固定的,行人下楼过程在受到排斥时可供选择移动的路线较少,需要对应用于楼梯疏散场景的社会力模型中的参数(相互作用强度和相互作用范围)进行调整。采用相对距离误差函数E对A和B进行优化,设定不同的A和B值来模拟一个视频拍摄的场景。
相对误差函数公式如式(4)所示。
式中:N为视频的帧数;xi(t)为仿真结果中第t帧行人i的位置;yi(t)为视频中第t帧行人i的位置。
E越小表明结果与真实越相符。可知当A和B分别取1 500N和0.80m时,相对误差最小。
1.3 修改建模维度和运动视角
将社会力模型的维度由原来的二维平面扩展为三维空间,构建三维空间场景。
实际情况下行人在下楼过程中很少有后退现象,而传统社会力模型模拟行人在平面上运动时,人员密度过大就会出现行人后退远离目标位置的现象。为使模拟效果更加真实,防止出现模型中行人在下楼过程中的后退现象,增加约束z(t+1)-z(t)≤0来改进行人运动视角,即“下一步长”在z轴方向必须为向下或者不变,相当于行人在下楼过程只能保持不动或者选择向下运动。
2 模拟仿真与讨论
2.1 真实场景的数据采集
采用北京市某地铁站为真实场景,用摄像机记录不同密度的行人下楼过程,并提取行人下楼过程中的速度、流量、密度、行人与行人之间的相互作用等运动特征。共拍摄20组不同密度(约为1~4人/m2)行人下楼的视频,来记录真实行人下楼的过程。所拍摄场景楼梯的楼梯面长15.6m,宽3m。通过对所拍摄的视频进行计算分析,提取所拍摄真实场景行人下楼过程的运动特征。
采用人工观测法提取所拍摄视频中行人下楼运动特征,具体如下:对于平均速度,根据视频记录中行人在楼梯上位置的变化和对应时间,求出该行人在该时间间隔的速度和所有行人的平均速度;对于人流量,在某一时间间隔内通过楼梯最后一个台阶的人数计为该时间间隔内的人流量;对于行人密度,某一时刻单位面积内的人数即为该时刻的行人密度;对于疏散时间,所有行人完全离开楼梯所需时间即为疏散时间;观察每一个行人在运动过程中其他行人和障碍物对其运动速度和方向的影响。
2.2 模拟结果分析
2.2.1 行人平均速度
首先针对上文所述的真实场景进行仿真建模,模型构建的三维场景中楼梯面的宽度为3m,长度为15.6m,与真实情景的楼梯特征完全一致;模型中设置场景为开放性边界,模拟行人进入楼梯、在楼梯面上运动、到达平面这一连续过程,每一时刻进入楼梯的人数和所模拟的真实场景保持一致,直至行人全部离开楼梯;依据上文设置基本参数,行人期望速度为0.95m/s,相互作用强度A为1 500N,相互作用范围B取0.80m。
选取真实行人密度约为1、2、3、4人/m2时的四种情况,每种情况分别模拟仿真10次以上,确保能够输出稳定的平均速度。图2为模拟画面。其中,图2(a)是在行人密度为1人/m2场景下的模型运行到t=16s时的显示画面,图中的斜线表示楼梯边界,圆点表示运动的行人,圆点之间的连线表示行人间有较为明显的相互作用。从图2(a)可以看出,t=16s时开始有行人从楼梯到达地面,并在楼梯和地面组成的三维空间继续运动。
分别提取在上述行人密度下真实情景的实际行人平均速度、改进模型的行人平均速度、传统模型的行人平均速度,如图3所示。
由图3可以看出,在行人密度分别为1、2、3、4人/m2的情况下,改进的社会力模型相比传统模型,在模拟行人下楼的平均速度上更加接近实际;在行人密度由1人/m2增加到4人/m2时,平均速度随之降低,说明改进社会力模型的模拟结果能够反映随行人密度增大平均速度降低这一基本规律。图3(a)中模型行人密度为1人/m2,此密度下行人所受排斥力较小,行人以接近期望速度的速度运动,并与实际行人平均速度基本保持一致;图3(b)、图3(c)、图3(d)中模型行人密度分别为2、3、4人/m2,模型中行人的初始平均速度接近期望速度0.95m/s,与实际速度相比有一定的误差,这是因为模拟的最初阶段,模型中进入楼梯的人数相对较少、人员密度较低,人与人之间的排斥力较小,行人以期望速度下楼,所以模型在这个阶段所呈现的平均速度高于实际速度;随下楼人数增多,行人密度逐渐增大至设定目标时,行人之间排斥力增大,平均速度随之降低,直至稳定在与实际平均速度相当的水平。
综上所述,在不同的行人密度下,改进社会力模型在模拟行人下楼平均速度上与实际更加吻合,并能反映行人速度随密度的变化规律。
2.2.2 疏散场景人流量
选取上文所拍摄的真实行人下楼情景之一进行模拟,并计算每个时间段从楼梯走下的人数,即每个时间段的人流量,以及行人全部离开楼梯所需的时间,即疏散所需时间。选取总人数为148的真实场景进行模拟,记录真实场景和模型当中每10s从楼梯到达地面的人数,对比结果如图4所示。
在模拟过程的前10s,尚未有行人到达地面,人流量为0;在11~20s开始有行人到达地面,行人的密度逐渐增大,人流量也逐渐增大;到41~70s时,人流量保持在最大值附近,说明此密度下人流量最大,疏散的效率保持在较高水平;在80~100s时,由于行人密度的逐渐降低,人流量也逐渐减少;模拟中的最后一个行人在112s时离开楼梯面到达地面,即疏散所需时间为112s。从图4可以看出,各个时间段模型中的人流量与实际很接近,模拟结果在人流量上与真实场景展现的规律基本相符,疏散所需时间也基本一致。根据模型中反映的现象,人流量和行人密度的关系,可以给公共场所管理者提供建议,保证合适的行人密度,以求最大的人流量或疏散效率。
2.3 行人下楼过程的典型现象
2.3.1 转弯处的拥挤现象
实际情况下,行人在楼梯与地面交界处转弯的地方由于行走速度和行走方向发生变化,容易造成拥堵现象。利用改进社会力模型构建一个包含楼梯面和转弯的场景,以设置的楼梯台阶行人密度为3人/m2为例,就实际情况下的这种现象进行模拟,模拟画面如图5所示。可以看出,在转弯处明显形成行人的聚集情况,模拟画面中由圆点代表的行人在转弯处的颜色加深表示行人平均速度降低,改进社会力模型能够很准确地模拟行人在下楼转弯处的拥堵现象;同时,计算得出转弯处的行人密度约为4人/m2,相对台阶上的3人/m2密度明显增大。
2.3.2 行人在楼梯和平面上的速度变化
在人员密度相对较低的情况下,在楼梯上运动的平均速度约为0.95 m/s,而在平面上行走速度约为1.35m/s,行人从楼梯到平面上速度会发生突变。为能合理模拟这一现象,将行人在楼梯上运动的期望速度设为0.95m/s,在平面上运动的期望速度保持原模型的1.35m/s。设定模型场景为行人从楼梯步入地面,行人下楼过程模拟的速度随时间变化曲线,如图6所示。可以看出,0s时行人初始速度为设定的期望速度;在0~15s时在楼梯上运动,由于受到楼梯边界和行人间的排斥力,平均速度约为0.9m/s;16s时从楼梯步入地面,行人的平均速度突变为1.35m/s;在16~20s时行人在地面上运动,平均速度约为1.30m/s。改进社会力模型能够合理地模拟真实行人在楼梯上、平面上运动转换这一三维现象,同时也能模拟行人在楼梯和平面上的速度突变现象。
3 总结
结合实际行人楼梯疏散运动特征,改进传统社会力模型并进行三维空间楼梯疏散建模。通过在模型中引入重力作用,使行人在楼梯上的运动更加符合实际;修正模型期望速度、相互作用强度、相互作用范围等参数,使模型中行人的平均速度与实际情况保持一致,使运动过程中行人间的距离保持在合理范围;改变运动视角,防止模型出现行人在下楼过程中的后退现象。改进社会力模型的模拟结果在宏观和微观上都与实际情况较为吻合,模型中反映的基本现象能够给公共场所疏散行人密度控制和楼梯布局提出合理建议。
摘要：通过改进传统社会力模型的受力作用、修改建模维度和运动视角、修正模型的主要参数,使之适用于三维空间楼梯疏散的仿真建模。通过与实际场景下行人楼梯疏散特征的比较,验证了改进后的模拟结果在行人下楼的平均速度、人流量、疏散时间等方面的准确性。说明该模型如何模拟人群下楼过程中的典型现象。
疏散楼梯 篇7
关键词：高层建筑,楼梯入口,数值模拟,人员疏散,汇流行为
0引言
近些年,建筑火灾造成的人员伤亡事件屡有发生,人员密集、火灾荷载大的场所更是与日俱增,一旦发生火灾极易造成重大人员伤亡和财产损失甚至造成很大的社会影响[1]。
楼梯作为高层建筑中的垂直通行设施,在火灾发生后往往成为人员的主要疏散通道,《高层民用建筑设计防火规范》( GB50045—95) 与《建筑设计防火规范》( GB50016—2006) 中也将楼梯作为发生紧急情况时推荐使用的逃生工具[2]。目前,大部分的疏散研究考虑的场景为建筑中的平面区域,而对于楼梯这一特殊建筑结构的疏散研究较少[3]。紧急疏散情况下楼梯中人流的运动与水平人流运动相比具有特征性,Yang[4]等人根据观测数据指出楼梯运动具有显著的汇流行为。楼梯疏散过程中,将要进入楼梯间的人流和楼梯上已经存在的人流在平台发生汇流行为,汇流行为是楼梯疏散过程中的重要影响因素,顺利的汇流行为可以有效地保障人员安全疏散。汇流行为过程中的人员相互作用以及人与环境作用复杂,影响因素众多。Galea[5]等人研究指出建筑类型、平台结构、人员密度等因素均对汇流行为存在影响; Hukugo[6]等人指出在具有相同优先权的条件下,处于楼层上的人员更容易进入楼梯。汇流行为是楼梯中人流运动的重要特征,合理的设计可以促进汇流行为的顺利进行[7]。文章基于数值模拟分析,探讨了高层建筑楼梯间入口设置形式对汇流行为的影响,给高层建筑的人员安全设计提供一定的参考。
1模型构建
1. 1疏散软件
Pathfinder是由美国Thunderhead engineering公司开发的一款基于agent的疏散仿真软件,它可以提供2D、3D和导航视图。Pathfinder采用Hart的A* 运算法则[8]和三角形导航网格生成人员运动路径。Pathfinder提供Steering模式和SFPE模式,由于Steering模式更加符合人员运动的实际情况,本次模拟研究采用Steering模式。Steering模式通过结合路径规划、指导机制和碰撞理论来控制人员运动,人员之间的距离和最近路径点超过某一阈值,算法就会生成新的路径,改变人员的运动路径[9]。
软件中每位人员具有最大速度( vmax) ,软件基于每位人员的最大速度和人员密度计算人员当前速度。
当人员密度小于0. 55pers/m2时,人员速度:
当人员密度 大于等于0. 55pers/m2时,人员速度:
式中: v( D) 为人员速度,m/s; k为速度系数,人员位于水平面时取1. 4,人员位于楼梯时取; D为人员密度,pers/m2。
1. 2人员属性
不同的建筑中人员组成均不一样,各种具有不同特性的人员个体在疏散过程中会表现出差异性。 模型中人员的不同年龄段分布以及不同性别比例设置对疏散结果具有较大的影响,模型综合考虑了性别比例和人员年龄问题。模型中不同属性人员的最大速度和肩宽采用均匀分布,人员速度参考德国Helbing的研究结果[10],人员的具 体属性设 置见表1。
人员的初始位置采用随机分布形式,5种疏散场景以及模型中各层的人员初始位置一致,模型中各层的初始人员数量为50人,密度为0. 5pers/m2, 人员的疏散预动作时间设置为0s。
1. 3模拟场景设置
模型中建筑层高为3m,建筑总共10层,模型考虑了5种不同楼梯间入口设置形式的疏散场景,这5种场景覆盖了常规的楼梯间入口设置形式,如图1和图2所示。
各层的楼层平台连接的相邻上下梯段分别称为上段楼梯和下段楼梯,具体场景设置如下:
1场景1: 楼梯间入口位于临近上段楼梯的楼层平台侧面;
2场景2: 楼梯间入口位于临近下段楼梯的楼层平台侧面;
3场景3: 楼梯间入口位于楼层平台正面正对上段楼梯的位置;
4场景4: 楼梯间入口位于楼层平台正面正中间的位置;
5场景5: 楼梯间入口位于楼层平台正面正对下段楼梯的位置。
各层人员的初始位置位于一个10m × 10m的房间,房间通过一个宽度为1. 2m、厚度0. 2m的门与楼梯平台连接,楼梯平台尺寸为1. 6m × 2. 6m。楼梯宽度为1. 2m,楼梯踏步 高度15cm,踏步宽度25cm。
2结果与分析
通过对5种楼梯间入口设置形式的疏散场景进行模拟,模拟的时间结果见表2。可以看出,场景1中第一位人员到达出口的时间最短,其次是场景4, 而场景2、场景3和场景5中第一位人员到达出口的用时最长。疏散距离会增加疏散时间,分析可以知道场景1的疏散距离最短,场景3的疏散距离大于场景4、场景5和场景2,这与第一位人员到达出口的用时并不完全一致。
疏散时间结果表明,场景3的疏散时间最短,场景4和场景5次之,而场景1和场景2的疏散时间较长。从疏散时间可以看出,楼梯间入口位置位于楼梯对面比位于楼梯两侧更有利于人员疏散。
各楼层人员进入楼梯间的疏散时间如图3所示。从图中可以看出,随着楼层的增加,疏散时间呈现上升趋势,但是第十层的疏散时间与第九层相比有所减少。图4是场景1下顶部楼层的人员疏散进程图,当疏散时间t = 7. 0s时,第十层人员未进入到第九层楼梯平台,第九层房间和第十层房间的人员疏散进程表现出一致性。当疏散时间t = 40. 0s时, 第十层的人员下行与第九层的人员在楼梯平台发生汇流行为,汇流行为过程中人员相互作用,导致第九层人员进入楼梯平台的时间较长,第九层房间人员的疏散进程表现出显著滞后。对前九层的疏散时间数据进行线性拟合,相关系数R2达到0. 991,结果表明各楼层的疏散时间与楼层数表现出高度的线性关系。各楼层的疏散时间显示场景3和场景4的楼梯间入口设置方式更有利于各楼层人员离开当前楼层进行疏散。
图5为各楼层楼梯间入口的平均流量系数。随着楼层增加,楼梯间入口的流量系数不断减少,并且相邻两层的流量系数差值也逐渐降低。各场景下的前五层楼梯间入口流量系数存在显著差异,其中场景2和场景4的前五层疏散情况较好,而后五层各场景之间无明显差异。
图5可以看出,各楼层的平均人员流量之间存在较大差异,楼层数越大则平均人员流量越小。第十层楼梯间不存在汇流行为,但平均人员流量依然较低,由此可知汇流行为并不是决定各楼层人员进入楼梯间时间的主要因素。
根据图3可知,各楼层人员疏散时间与楼层数符合线性关系,第一层的疏散时间直接影响二层及以上楼层的疏散情况。研究重点分析第一层和第九层的人员疏散过程,如图6和图7所示。疏散开始的10s内,5种场景的第一层疏散过程没有表现出明显差异,随着疏散的进行,场景1的第一层疏散过程开始出现显著的滞后,总疏散时间达到85s。从第一层人员疏散过程可以看出,场景2和场景4下的楼梯间入口设置方式较有利于第一层的人员疏散。
第九层疏散过程如图7所示。疏散开始的30s内,八层及以下各层楼梯间均未发生人员堵塞,5种场景下的人员疏散较为顺利,而后疏散出现较为严重的停滞,疏散进展缓慢。疏散时间达到30s时,八层及以下各层楼梯间发生人员堵塞,与此同时第十层人员下行到第九层楼梯平台,汇流行为的发生严重妨碍了第九层人员进入楼梯间,使第九层人员积聚在楼梯入口处。当疏散进行到275s,第八层楼梯间人员堵塞消失,第十层人员离开第九层,此时第九层人员可以顺利进入楼梯间进行疏散。因此下层楼梯间入口汇流造成的堵塞是影响相邻上层人员疏散的主要因素。第九层疏散过程与疏散时间结果表现出一致性,场景3和场景4较有利于高层建筑中人员的安全疏散。
楼梯间入口位于楼梯对面比位于楼梯两侧更有利于疏散,其中位于上段楼梯对面最有利于疏散。 人员进入楼梯平台后开始发生转弯行为,转弯行为降低了人员的移动速度,楼梯间入口位于上段楼梯对面时,楼梯上人员和楼层人员的相互作用较弱,有效地促进了汇流行为的顺利进行。
3结论
通过采用数值模拟的方法,分析了高层建筑楼梯疏散的过程,研究考虑了5种不同楼梯间入口设置形式对人员疏散过程中汇流行为的影响。研究发现:
1) 高层建筑的各楼层人员疏散时间与楼层具有线性关系,但顶层人员的疏散时间比其前一楼层较短。
2) 楼梯间入口位于楼梯对面比位于楼梯两侧有利于人员疏散,当楼梯间入口位于楼梯对面时,楼梯间入口越临近上段楼梯越有利于楼梯间的人员汇流行为,可以有效地减少建筑中人员疏散时间。
3) 下层的人流堵塞是影响当前楼层人员进入楼梯疏散的主要因素,汇流行为是影响当前楼层人员进入楼梯疏散的重要因素。
