人员疏散分析是建筑性能化防火设计评估的重要组成部分

2.人员的行走速度

人员自身的条件、人员密度和建筑的情况均对人员行走速度有一定的影响。

（1）人员自身条件的影响。下表5-4-5列出了若干人行走速度的参考值，这是根据大量统计资料得到的。但应当指出，对于某些特殊人群，其行走速度可能会慢很多，如老年人、病人等。如果某建筑中火灾烟气的刺激性较大，或建筑物内缺乏足够的应急照明，人的行走速度也会受到较大影响。

表5-4-5 不同人员不同状态下的行走速度举例（m/s）

行走状态 男人 女人 儿童或老年人

紧急状态，水平行走 1.35 0.98 0.65

紧急状态，由上向下 1.06 0.77 0.4

正常状态，水平行走 1.04 0.75 0.5

正常状态，由上向下 0.4 0.3 0.2

人员行走速度在疏散模型中的设置需要了解不同模型的默认值，如Simulex疏散模型中默认的人员行进速度分男人、女人、儿童和长者四种，其步行速度及类型比例如表5-4-6。

表5-4-6 Simulex疏散模型中人员步行速度及类型比例

人员种类 正常速度（m/s） 速度分布（m/s）

男人 1.35 正态分布±0.2

女人 1.15 正态分布±0.2

儿童 0.9 正态分布±0.1

中老年人 0.8 正态分布±0.1

（2）建筑情况的影响。不同的建筑中由于功能、构造、布置不同，对人员行走速度的影响不同，人员在不同建筑中步行速度的典型数值与建筑物使用功能的关系可参考表5-4-7。

表5-4-7 不同使用功能建筑中人员的步行速度

建筑物或房间的用途 建筑物的各部分分类 疏散

方向 步行速度（m/s）

剧场及其他具有类似用途的建筑 楼梯 上 0.45

下 0.6

坐席部分 — 0.5

楼梯及坐席以外的部分 — 1.0

百货商店，展览馆及其他具有类似用途的建筑或公共住宅楼，宾馆及具有类似用途的其他建筑（医院，诊所及儿童福利设施室等除外） 楼梯 上 0.45

下 0.6

楼梯以外的其他部分 — 1.0

学校，办公楼及具有类似用途的其他建筑 楼梯 上 0.58

下 0.78

楼梯以外的其他部分 — 1.3

（3）人员密度的影响。人员在自由行走时受到自身条件及建筑情况等因素的影响而速度各有差异，当为疏散人群时，其步行速度将受到人员密度的影响。人员的行走速度将在很大程度上取决于人员密度。

通常情况下，人员的疏散速度随人员密度的增加而减小，人流密度越大，人与人之间的距离越小，人员移动越缓慢；反之密度越小，人员移动越快。国外研究资料表明：－般人员密度小于0.54人/㎡时，人群在水平地面上的行进速度可达70m/min并且不会发生拥挤，下楼梯的速度可达48～63m/min。相反，当人员密度超过3.8人/㎡时，人群将非常拥挤基本上无法移动。一般认为，在0.5～3.5人/㎡的范围内可以将人员密度和移动速度的关系描述成直线关系。

Fruin 、Pauls 、Predtechenskii、Milinskii等人根据观测结果，整理出了一组分别在出口、水平通道、楼梯间内人员密度与人员行走速度的关系，并被美国《SFPE防火工程手册》采用，如下图5-4-13所示。

图5-4-13 建筑内各疏散路径人员行走速度与人员密度的关系

（引自美国《SFPE防火工程手册》）

同时，根据研究结果得到了人员行走速度与人员密度之间的关系式，不同密度下人员在平面的步行速度可根据下式计算得出：

（式5-4-45）

其中：V —人员步行速度，m•s-1；

D —人员密度，人•m-2。

不同密度下人员在楼梯行走速度的计算参见以下公式，其中系数K参见下表5-4-46。

（式5-4-46）

表5-4-8 人员在楼梯中的行走速度（引自美国《SFPE防火工程手册》）

踏步高度/m 踏步宽度/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.出口处人流的比流量

建筑物的出口在人员疏散中占有至关重要的地位，对出口宽度的合理设计能避免疏散时发生堵塞，有利于疏散顺利进行。我国目前的建筑规范中主要是通过控制建筑物的出口、楼梯、门等宽度来进行疏散设计，同时，性能化防火设计中对建筑物安全性的评估同样需要考虑出口宽度的问题，以衡量火灾时能否保证人员通过这些出口顺利逃生。无论是规范的规定还是性能化设计的方式，一般都是根据总人数按单位宽度的人流通行能力及建筑物容许的疏散时间来控制建筑物的出口总宽度。因此，人员疏散参数确定中必须考虑出口处人流的比流量。

比流量是指建筑物出口在单位时间内通过单位宽度的人流数量（单位：人/（m•s）），比流量反映了单位宽度的通行能力。根据对多种建筑的观测结果，比流量在水平出口、通道处和在楼梯处不同，而不同的人员密度也将影响比流量。

图5-4-14显示了不同的疏散走道上流出系数（比流量）与人员密度的关系，由图可以看出，首先，随着人员密度的增大，单位面积内的人员数目增大，从而单位时间内通过单位宽度疏散走道的人员数目也增大，当人员密度增大到一定程度，疏散走道内的人员过分拥挤，限制了人员行走速度，从而导致流出系数的减少。

图5-4-14 不同疏散走道比流量与人员密度的关系

（引自美国《SFPE防火工程手册》）

4.通道的有效宽度

大量的火灾演练实验表明人群的流动依赖于通道的有效宽度而不是通道实际宽度，也就是说在人群和侧墙之间存在一个“边界层”。对于一条通道来说，每侧的边界层大约是0.15m，如果墙壁表面是粗糙的，那么这个距离可能会再大一些。而如果在通道的侧面有数排座位，例如在剧院或体育馆，这个边界层是可以忽略的。在工程计算中应从实际通道宽度中减去边界层的厚度，采用得到的有效宽度进行计算。表5-4-9给出了典型通道的边界层厚度。

表5-4-9 典型通道的边界层厚度（引自美国《SFPE防火工程手册》）

类 型 减少的宽度指标/cm

楼梯间的墙 15

扶手栏杆 9

剧院座椅 0

走廊的墙 20

其他的障碍物 10

宽通道处的墙 46

门 15

疏散走道或出口的净宽度应按下列要求计算：

①对于走廊或过道，为从一侧墙到另一侧墙之间的距离；

②对于楼梯间，为踏步两扶手间的宽度；

③对于门扇，为门在其开启状态时的实际通道宽度；

④对于布置固定座位的通道，为沿走道布置的座位之间的距离或两排座位中间最狭窄处之间的距离。

四、人员疏散分析模型

（一）国际常用人员疏散分析模型概述

英国、美国、德国、日本等国围绕人员安全疏散行为和模型进行了一系列的研究。对于人员在火灾中的疏散行为进行了大量的观察和测量，得到了许多量化的数据，如前苏联Predtechenski和Milinski，日本的Togawa以及美国Furin等人对密集人群的疏散行为、移动速度等进行了大量的观测，后期加拿大的Pauls等人通过大量的演习试验也取得了许多参考数据，并总结了一些经验公式，提出了各自的人员疏散计算方法，如早期的经验方法，后来的网络优化法，近年来兴起的计算机模拟分析方法。经验方法主要是考虑建筑物内到达安全出口的疏散距离和出口容量计算疏散行动时间，或根据建筑物的使用人数确定出口数量和宽度；网络优化法将建筑物各个单元网络化，通过对复杂建筑网络的优化找出人员可能疏散的路径，并计算疏散行动时间；而随着计算机技术的进步，人们开始直接利用计算机模拟技术模拟人员在建筑物内的移动，通过计算机记录不同时刻不同人员的几何位置变化，从而得到建筑物内人员疏散行动时间，并通过对人员疏散移动图案来分析可能发生拥挤的部位，提出改进措施或组织疏散预案。因此，采用基于计算机的疏散模型将会有助于建筑设计的科学性。

人员安全疏散模型的研究和分析主要包含两个方面，一是人员疏散模型结构的研究；二是火灾中的人员行为及其量化研究。在这方面工作比较出色的有英国格林威治大学的Galea、爱丁堡大学的Thompson、美国的Fahy和澳大利亚的Shestopal等人，采用不同的模化方法已经建立了10多种不同类型的疏散模型，如EGRESS（EG）、EXODUS（EXO）、E-SCAPE（EP）、EVACNET+（EV），、EXIT89（E89）、EXITT（E）、PATHFINDER（PF），SIMULEX（S），STEPS（SS），VEGAS（V）等。

人员疏散模型可以有多种分类方法，其中基于疏散模型对建筑空间的表示方法，可以把模型分为离散化模型和连续性模型两类。

1.离散化模型

离散化模型把需要进行疏散计算的建筑平面空间离散为许多相邻的小区域，并把疏散过程中的时间离散化以适应空间离散化。离散化模型又可以细分为粗网络模型和精细网格模型

（1）粗网络模型。在粗网格模型中（如E89，E），按照实际建筑的划分来确定其几何形状。因此，每个网络节点都可以表示一个房间或走廊，但与实际大小无关。按照它们在建筑中的实际情况，用弧线将这些网络节点连接起来。在这类模型中，根据各建筑单元的出口容量和人员的移动速度确定疏散人员只会是从一个房间运动到另一个房间的时间，没有表明疏散人员的位置，不能反应人员个体的基本行为和准确位置。

（2）精细网格模型。在精细网格模型中（如EXO，SS，S，V），整个建筑区域的平面通常是用覆盖大量棋盘状的网格或网点来表示。每个模型中节点的网格大小和形状都有所不相同，例如EXODUS采用0.5m×0.5m的正方形网格节点，SIMULEX采用0.2m×0.2m的正方形网格节点，而EGRESS采用六边形网格节点。用这种方法可以准确地表示封闭空间的几何形状及内部障碍物的位置，并在疏散的任意时刻都能将每个人置于准确的位置。因此，精细网格模型可以在每个网格内记录单个人员的移动轨迹，能够反映每个人的具体行为反应。但是，由于现代建筑的建筑单元众多，结构复杂，因而精细网格模型要求计算处理信息量较大。