甄誠（哈爾濱市公安消防支隊，黑龍江 哈爾濱 150040）

消防安全疏散時間計算原理

甄誠
（哈爾濱市公安消防支隊，黑龍江 哈爾濱 150040）

簡述建筑設(shè)計中關(guān)于消防安全疏散時間計算的原理，探討消防安全疏散設(shè)計的主導(dǎo)思路和方法，以及消防設(shè)計中疏散距離、疏散寬度、火災(zāi)報警、自動滅火、防煙排煙等要素之間的關(guān)系，介紹了消防安全疏散性能化設(shè)計的應(yīng)用和發(fā)展。

消防；疏散時間；性能化

在建筑消防設(shè)計中，確保人員安全疏散是消防設(shè)計的首要前提，而消防安全疏散里面最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是時間。我國在各類消防技術(shù)規(guī)范中對疏散寬度、疏散距離、各類消防設(shè)施等要素的設(shè)置分別做出了詳盡的規(guī)定，這些都是消防設(shè)計和審核的硬性標(biāo)準(zhǔn)，但實際上這些要求并不是相互孤立、憑空產(chǎn)生的，它們都是為確保人員安全疏散這一核心目標(biāo)來服務(wù)的，規(guī)范中的設(shè)置要求大都來源于對消防安全疏散時間的計算，所以了解消防安全疏散時間計算原理是真正掌握建筑消防設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。

所謂的安全疏散就是指人員在火災(zāi)發(fā)展到威脅人員安全的情況前疏散到達(dá)安全區(qū)域，也就是使人員安全疏散時間小于危險來臨時間，這是疏散設(shè)計的最終目標(biāo)，而其他所有設(shè)計要素都要為這個目標(biāo)服務(wù)。

1 計算危險來臨時間

在火災(zāi)中，能夠?qū)θ嗽斐晌ｋU的主要因素有高溫、有毒煙氣、建筑結(jié)構(gòu)倒塌等幾種。高溫主要由于熱對流、熱輻射產(chǎn)生，當(dāng)空氣溫度達(dá)到100℃時，一般人只能忍受十幾分鐘，當(dāng)溫度超過200℃時，人會在5min內(nèi)死亡，我們把高溫下人的極限忍受時間設(shè)為t1。煙氣中的有害氣體主要包括一氧化碳、二氧化碳、甲醛、乙醛、氰化氫等，其中最為常見的一氧化碳只要在空氣中含量達(dá)到1%，人就會在呼吸數(shù)次后失去知覺，最終就會導(dǎo)致死亡，而目前大量應(yīng)用的各種聚乙烯、聚苯乙烯等建筑材料，大多數(shù)會在燃燒后產(chǎn)生有毒煙氣，我們把有毒煙氣下人的極限忍受時間設(shè)為t2。煙氣不僅會引發(fā)中毒，由于煙的減光作用，人在濃煙場合下的能見度會有所下降，當(dāng)能見度低于0.5m時，人的移動速度就相當(dāng)于失去視覺時的行走速度，我們把能見度降低到影響疏散速度的來臨時間設(shè)為t3。通常建筑結(jié)構(gòu)的耐火極限要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙氣蔓延流動的時間，但是如果在疏散通道中使用易燃可燃裝修材料，也可能迅速產(chǎn)生燃燒，我們把這種危險情況來臨時間設(shè)為t4。

則危險來臨時間T=min｛t1，t2，t3，t4｝

我們在疏散時間計算中要確保安全疏散時間小于T，所以，我們需要在建筑中設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，防排煙系統(tǒng)，防火分隔和防煙分隔設(shè)施，有效的阻止火勢蔓延和煙氣流動，從而延緩危險來臨，使T的數(shù)值變大。

2 計算安全疏散時間

安全疏散時間包括察覺火災(zāi)時間、行為反應(yīng)時間、疏散運動時間。察覺火災(zāi)時間主要包括從火災(zāi)發(fā)生到人在外部信號刺激下，察覺火災(zāi)危險的過程，察覺火災(zāi)可能是通過嗅覺聞到煙味，通過視覺看到火光，通過自動報警系統(tǒng)或者他人傳來信息確認(rèn)火災(zāi)，我們設(shè)這段時間為t1’，在實際案例中，很多沒有安裝自動報警系統(tǒng)的建筑發(fā)生火災(zāi)時，t1’的數(shù)值非常大。行為反應(yīng)時間主要包括人從確認(rèn)火災(zāi)到開始疏散的過程，這段時間內(nèi)人可能會進(jìn)一步對火災(zāi)情況進(jìn)行了解，試圖撲救火災(zāi)，搶救財物，甚至是忽視危險的存在，我們設(shè)這段時間為t2’，這一階段中每個人所用時間都不盡相同，受過相關(guān)培訓(xùn)的人員此數(shù)值要明顯小于沒有受過培訓(xùn)的人員。疏散運動時間主要包括人從開始疏散到抵達(dá)安全區(qū)域的過程，這段時間的長短主要取決于疏散寬度、疏散距離、人員密度、指示標(biāo)志等因素，我們設(shè)這段時間為t3’

則疏散時間T’=t1’+t2’+t3’

在消防設(shè)計中，疏散寬度、疏散距離就取決于t3’，所以安裝自動報警系統(tǒng)、加強(qiáng)相關(guān)人員培訓(xùn)以及各項增加危險來臨時間的措施可以有效地增加疏散運動時間的上限，從而放寬疏散寬度、疏散距離的要求。

3 安全疏散允許時間

在我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，通常把t3’作為一個固定值考慮，稱為安全疏散允許時間，根據(jù)規(guī)定：①如果建筑物為防煙樓梯，則樓梯上的疏散時間不予計算。②高層建筑，可按5～7min考慮。③一般民用建筑，一、二級耐火等級應(yīng)為6min，三、四級耐火等級可為2～4min。④人員密集的公共建筑，一、二級耐火等級應(yīng)為5min，三級耐火等級的建筑物不應(yīng)超過3min，其中疏散出觀眾廳的時間，一、二級耐火等級的建筑物不應(yīng)超過2min，三級耐火等級不應(yīng)超過1.5min。⑤對于站臺層，事故疏散時間應(yīng)按不大于6min計算。⑥地下商場安全疏散允許的時間為3min。

我們也可以根據(jù)建筑實際情況計算疏散允許時間，通?？紤]建筑物內(nèi)最不利點到最終疏散至室外所用的時間，那么這段時間可以分為行動時間tv，和等待時間tp，則疏散允許時間= tv+tp

式中，tv指人員密度小，能夠自由移動的時間；tp指人員密度大，在疏散出口、防煙樓梯間等疏散節(jié)點處等待疏散的時間。

tv=L/v

式中，L為最遠(yuǎn)一點的疏散距離，v為人在通常情況下的移動速度，在較為開敞空間可取1.2m/s，在較為擁擠空間可取1.0m/s。

Tp=M/（W·R）

式中，M為建筑物當(dāng)前安全出口需要疏散人數(shù)；W為當(dāng)前安全出口能夠同時疏散人流股數(shù)；R為單位時間內(nèi)每股疏散人流人數(shù)。實際設(shè)計中可以采用這種計算方法對安全疏散設(shè)計進(jìn)行校核。

4 疏散運動時間精確計算

通過上述計算方式可以簡單地描述人在建筑物內(nèi)疏散的過程，但是實際上人在疏散中運動時間和等待時間并沒有明顯的區(qū)分，整個疏散時間是一個關(guān)于速度的函數(shù)，而速度又會受到人員密度的影響，如果人與人之間距離較大，那么就能以正常的步伐快速前進(jìn)，如果間隔變小，行走的速度就會減慢，直到最終無法移動，研究表明：當(dāng)人均占地面積大于1.2m2時，速度只會受到輕微影響，當(dāng)人均占地面積小于0.7m2時，速度就會受到嚴(yán)重的限制，當(dāng)人均占地面積小于0.3m2時，人流就會無法移動，當(dāng)密度達(dá)到8人/m2時，人與人之間幾乎不會留有空隙，這時可以看到震波在人群中運動，將會使每個人不自主的發(fā)生往復(fù)移動，最多可達(dá)3m，這時人將無法抗拒這種力量，將導(dǎo)致發(fā)生窒息、擠壓、踩踏，這是疏散過程中必須要避免的情況。

表達(dá)疏散速度和人員密度之間的模型如下：

V=1.4（1-0.226D）

式中，V為人員步行速度（m/s）；D指人員密度（人/m2）。

在樓梯的速度需要乘以系數(shù)K，K的取值如下表：

表1　K的取值范圍

可以看出，隨著人的疏散流動，周邊的其他人將漸漸聚集在安全出口，疏散樓梯等疏散節(jié)點，這一過程中周邊的人員密度將不斷變化，疏散速度會也相應(yīng)發(fā)生改變，我們建立疏散時間的模型：

Q=VDB

式中，Q為通過某一疏散通道的人流量；V為人員的行走速度；D是人流密度；B是疏散通道的寬度；人員運行一段距離所用的時間t=L/ V，其中疏散距離L；疏散寬度B；疏散人數(shù)Q為已知的條件下，根據(jù)V和D的函數(shù)關(guān)系就可以利用計算機(jī)軟件確定出每一秒鐘每個人所在的位置以及某一時刻疏散通道上的人流情況。

這個公式比較簡單，是默認(rèn)一般人群在無障礙情況下的疏散速度，僅考慮了人的密度對疏散速度的影響，而在實際情況下，是否受到煙氣影響，通過安全門時的速度，疏散路徑的查找，疏散指示標(biāo)志的設(shè)置，人的心理狀態(tài)等因素都需要在計算中進(jìn)行修正。所以各國研究人員提出了很多關(guān)于疏散速度和人員密度的計算方法。在性能化設(shè)計中就是利用這些模型計算疏散運動時間，再結(jié)合察覺火災(zāi)時間、行為反應(yīng)時間、危險來臨時間建立數(shù)學(xué)模型，從確定消防設(shè)施、疏散寬度、疏散距離、建筑面積、容許人數(shù)等設(shè)計要素。

5 結(jié)語

綜上所述，疏散時間計算可以有效反應(yīng)出各設(shè)計要素之間的關(guān)系，得出數(shù)據(jù)更加科學(xué)可靠，是未來消防設(shè)計發(fā)展的必然趨勢。目前，這種方法雖然不如按防火分區(qū)面積、疏散距離等指標(biāo)設(shè)計簡便，在我國還沒有得到廣泛應(yīng)用，但實際上從規(guī)范的編制到大型建筑的專家論證，這種性能化設(shè)計已經(jīng)成為一種有效的設(shè)計手段。

［1］李引擎.建筑防火性能化設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］陳曦.人員疏散速度模型綜述［J］.安防科技，2010（3）：46-48.

X928.7

B

1673-0402（2015）10-0020-03

2015-07-06

甄誠（1976-），男，工程師，本科，主要從事建筑防火和建筑工程管理工作。