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基于细网格模型的建筑疏散时间计算 近年来，随着性能化和防火化工程的发展，以计算机模拟为主要手段的性能化扩散工程在计算机模拟中得到了广泛应用。目前已开发的多种疏散模型具有不同的理论基础、假设条件、输入输出参数, 每个疏散模型也分别从不同角度模拟人员在建筑物内的疏散行为, 其性能、效果及适用范围各不相同。因此, 对疏散模型软件进行对比研究有其重大意义。 在当前对疏散软件的对比研究主要为:细网格模型之间的对比研究, Simulex与EXIT89的对比研究, 网络模型与真实试验的对比研究, 如:EVACNET4软件与真实试验的对比研究。但在众多对比研究中对各种疏散软件的全面对比较少。因此, 各种疏散软件、方法的对比研究成为当务之急。笔者分别使用了日本经验公式、网络模型EVACNET4和细网格模型软件Building EXODUS, 对同一建筑进行人员疏散研究。 1 三个稀疏模型的总结 1.1 日本经验公式法 1.1.1 疏散时间的计算 日本的疏散时间计算分为两部分:着火房间的疏散时间计算、着火层的疏散时间计算。在每一部分中将疏散分为三个阶段, 相对应三个阶段的时间分别为疏散准备时间、到达出口的时间和排队通过出口的时间。 (1) 创造出口聚集人数,发生速度tq 疏散准备时间ts, r: ts,r=√A30(1) 式中:A为房间面积,m2。 疏散步行时间tt,r: tt,r=lmax,roomv(2) 式中:lmax,room为房间距门口最远距离,m; v为步行速度,m/s。 排队通过出口时间tq,r: tq,r=ΡrΝ×B(3) 式中:Pr为出口聚集的人数, 人;N为流动系数, 人/ (m·s) ;B为门的宽度,m。 (2) 女性运动路线 疏散准备时间ts,f: ts,f=2×√Af+α(4) 式中:Af为楼层面积,m2;α为参数, 住宅建筑、宾馆α=300s, 其他用途建筑则设定α=180s。 疏散步行时间tt,f: tt,f=lmax,floorv(5) 式中:lmax,floor为从楼层最远处到楼梯间距离,m。 排队通过出口时间tq,f: tq,f=ΡrΝ×B(6) 式中:Pr为聚集在出口的人数, 人;N为流动系数, 人/ (m·s) ;B为门的宽度,m。 在办公室等建筑为空间中, 一般有办公桌等家具, 疏散人员难于直接到达出口, 需要经过家具之间的通道才能到达出口, 人员运动路线呈L型。所以, 房间至出口的最大距离lmax,room按L型路线计算, 如图1所示。 1.1.2 楼梯间至室外的疏散时间计算 日本经验公式只是计算了人员从房间至楼梯间的疏散时间, 缺少由楼梯间至室外的疏散计算。这一点与性能化疏散设计存在差异, 所以在经验公式中增加楼梯间至室外的疏散时间计算。具体方法如式 (7) 、式 (8) 所示。 疏散步行时间tt,s: tt,s=lmax,stairv(7) 式中:lmax,stair为从楼梯间至一楼大厅距离,m。 排队通过时间tq,s: tq,s=ΡrΝ×B(8) 式中:Pr为出口聚集人数, 人;N为流动系数, 人/ (m·s) ;B为门的宽度,m。 1.2 存储的安全地点 EVACNET4是一个水力疏散模型, 模拟人员在建筑物内行走并最终疏散到安全地点的全过程。软件由佛罗里达大学开发, 是目前世界上被广泛采用的疏散模型之一。 1.2.1 建筑网络模型 EVACNET4 对建筑物的结构布局以网络的形式描述, 模拟人员在这一网络内的流动, 直至所有人员最终到达规定的安全地点为止。因此, 模拟之前首先要建立建筑的网络模型。建筑网络模型由一系列的节点和连接各个节点的弧组成。节点代表建筑物内大厅、房间、走廊、楼梯间、安全出口以及其他空间建筑。模型将室外或建筑内的安全出口定义为目标节点, 以人员到达目标节点作为疏散结束。空间上相连的节点通过虚拟的弧来连接, 这些弧并不真实存在, 只是通过它来反映各个节点之间的连接关系, 以反映人员在网络内的流动。 1.2.2 节点容量的计算。根据下计算 根据经验公式来确定人员疏散的行走速度, 在EVACNET4使用指南中, 根据对排队服务水平和走道服务水平拥挤程度的定性描述, 确定不同服务水平。 对于每个节点需要定义两个参数:一是确定模拟开始时节点内的人数;二是确定节点所能够容纳的最多人数。计算节点面积UA, 根据服务等级确定人均占有面积APAO, 根据公式ΝC=UAAΡAΟ, 得到节点容量。 对于每个弧也要定义两个参数: (1) 确定人员通过弧所用的时间。 计算两节点之间中点的距离。人员通过弧所用的时间以式 (9) 计算。 Τ=lv(9) 式中:T为通过弧所需时间,s;l为所连接两节点中点之间的距离,m;v为人员通过该弧的行走速度,m/s。 (2) 单位时间内通过该弧的人数。 根据人员行