CN110402841A - 一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法及模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法及模拟装置，研究方法包括步骤：(1)选取实验对象；(2)选取烟源；(3)选取实验区；(4)获取实验数据(5)重复步骤(4)，对比得到的数据，(6)获取动物的疏散运动规律。模拟装置包括试验区，所述试验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间、用于逃离的疏散通道、用于排烟的回收装置以及逃生过后的安全区，所述实验房间设有进烟口、逃生门；所述烟雾发生器出口连接有烟道，所述烟道另一端分别连接在进烟口、回收装置上。本发明提供一种系统科学的评价方法和手段，进行相关实验的开展，为后续研究提供科学依据；并且本发明结构简单，可重复利用度高。
Description
技术领域
本发明涉及消防技术领域，具体是一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法及模拟装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，城市综合体、体育场馆、影剧院、会展中心等大型人员密集建筑不断出现。近年来世界各地频发的人员密集场所安全事故提醒我们，做好此类建筑的安全防范至关重要。发生灾害或事故时,大规模的人群如何更快更安全地从建筑中疏散出来成为了当前急需研究的课题。
目前，研究人员安全疏散的方法主要有以下几种：(1)事故后问卷调查，(2)可控的人群实验，(3)数值模拟。然而，这些方法均不同程度存在一些难以解决的问题，如数值模拟疏散模型的校准和验证问题，考虑人员心理和情绪的安全疏散实验难以开展的问题以及事故后调查数据记录不完整、偏主观性等问题。近年来，随着技术手段的发展，一些研究者提出了一种新的研究方法：动物实验。利用实验动物来模拟人开展实验研究在医学及其他生命科学领域已有较长历史，但是，用于安全科学领域特别是人员疏散领域尚处于起步阶段。
目前用于疏散模拟的实验动物主要有小鼠、大鼠、蚂蚁、羊等，通过研究动物的疏散运动规律，探索与人群疏散的相似性和差异性。一方面可以揭示动物和人类的基本运动特征，探索生物界可能普遍存在的行为规律：另一方面，能够使人们对紧急环境中的疏散有进一步的认识，提高疏散的效率和安全性。然而，从遗传相似度及实验成本和可控性等方面考虑，选用啮齿类动物大鼠、小鼠作为安全疏散模拟研究的模型动物较为合理。目前这方面的研究缺乏一种系统科学的评价方法和手段，严重制约相关实验的开展。
本发明以啮齿类动物为研究对象来模拟人员安全疏散的行为，提供一种新的研究方法和装置，以期为后续研究提供科学依据。
发明内容
本发明目的是提供一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法及模拟装置，为后续研究提供科学依据。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法，包括以下步骤：
(1)：选取实验对象；所述实验对象之间的体重差异不大于20％，选取的实验对象数量中，雌雄数量比为1:1；
(2)选取烟源；所述烟源选取用于制造大量烟雾的烟饼；
(3)选取实验区；所述实验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间、用于逃离的疏散通道、用于排烟的回收装置以及逃生过后的安全区，所述实验房间设有进烟口、逃生门；所述烟雾发生器出口连接有烟道，所述烟道连接在进烟口上；
所述疏散通道一侧通过逃生门与所述实验房间联通，另一侧联通安全区，所述疏散通道上还设有排烟口，所述回收装置通过排烟口与疏散通道联通；
所述实验房间中实验对象即小鼠密度不高于200只/㎡，大鼠不高于100只/㎡；
(4)将所述实验动物放入到若干实验房间内，使用所述烟源向实验房间内均匀通入烟雾，当实验房间内烟雾浓度达到25mg/m3时，打开逃生门，观察所述实验对象的逃生疏散状况，以得到所述实验对象的运动行为，获取所述实验对象的运动距离、进出区域的次数、第一次进入某个区域之前的时间，停留时间，多只实验对象相互交往活动，同时得到实时变化的动物运动轨迹及其热区图等相关数据；
(5)重复步骤(4)，得到数据后进行比对；
(6)获取动物的疏散运动规律。
进一步的，所述步骤(4)中所述数据的获取采用动物运动轨迹跟踪系统。
一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究的模拟装置，包括试验区，所述试验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间、用于逃离的疏散通道、用于排烟的回收装置以及逃生过后的安全区，所述实验房间设有进烟口、逃生门；所述烟雾发生器出口连接有烟道，所述烟道另一端分别连接在进烟口、回收装置上；
所述疏散通道一侧通过逃生门与所述实验房间联通，另一侧联通安全区，所述疏散通道上还设有排烟口，所述回收装置通过排烟口与疏散通道联通；以完成实验动物放入到实验房间后，所述烟雾发生器产生烟雾，实验动物经疏散通道进入安全区，并将烟雾经所述回收装置回收的过程。
进一步的，所述烟雾发生器与烟道之间设有第一阀门，所述烟道与回收装置之间还设有第三阀门，且所述第一阀门、第二阀门位于实验房间的两侧。
进一步的，所述烟道与实验房间之间还设有进风风扇，所述进风风扇与排烟口同轴设置。
进一步的，所述实验房间与疏散通道之间设有逃生门，所述疏散通道与回收装置之间设有第二阀门，所述疏散通道与回收装置之间设有第二阀门，所述回收装置上固定连接有排烟口，所述疏散通道与安全区之间还设有若干逃生通道，所述逃生通道上设有电击装置，所述安全区上固定连接有通风孔。
进一步的，所述烟道、实验房间、疏散通道、安全区、回收装置顶面均可拆卸连接有顶盖。
进一步的，所述试验区材质为黑色磨砂有机玻璃，厚度为10mm，所述逃生通道为墙壁30-50mm，所述电击装置材质为不锈钢。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
第一：本发明通过研究动物的疏散运动规律，探索与人群疏散的相似性和差异性。一方面可以揭示动物和人类的基本运动特征，探索生物界可能普遍存在的行为规律：另一方面，能够使人们对紧急环境中的疏散有进一步的认识，提高疏散的效率和安全性，并选用从遗传相似度及实验成本和可控性等方面均为最优的啮齿类动物大鼠、小鼠作为安全疏散模拟研究的模型动物，从而提供一种系统科学的评价方法和手段，进行相关实验的开展，为后续研究提供科学依据。
第二：本发明结构简单，可重复利用度高，可以提供不同状况下，使用烟饼模拟制造烟雾以发现实验动物逃生疏散的本能，使用电击装置模拟危险区以发现实验动物的相关记忆并躲避危险区的实验研究，采用回收装置，可以减少对环境的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的左视图；
图中：1、烟雾发生器；2、实验房间；21、逃生门；22、进烟口；3、疏散通道；31、逃生通道；311、电击装置；4、安全区；41、通风孔；5、回收装置；51、第二阀门；52、排烟口；6、烟道；61、进风风扇；62、第一阀门；63、第三阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1、图2和图3所示，一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法及模拟装置，所述基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法包括以下步骤：
实施例1：本实施例的基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法，步骤为：
(1)选取实验对象；选取体重20g左右的小鼠，所述实验小鼠之间的体重差异不大于20％，选取的实验小鼠数量中，雌雄数量比为1:1；
(2)选取烟源；所述烟源选取用于制造大量烟雾的烟饼；
(3)选取实验区；所述实验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间2、用于逃离的疏散通道3、用于排烟的回收装置5以及逃生过后的安全区4，所述实验房间2设有进烟口22、逃生门21；所述烟雾发生器出口连接有烟道6，所述烟道6连接在进烟口22上；
所述疏散通道3一侧通过逃生门21与所述实验房间2联通，另一侧联通安全区4，所述疏散通道3上还设有排烟口52，所述回收装置5通过排烟口52与疏散通道3联通；
所述实验房间2中实验对象即小鼠密度不高于200只/㎡，大鼠不高于100只/㎡；
作为优选的，试验区内部尺寸为1000mm×1000mm，高度为200mm，实验房间24间，且面积不同；疏散通道3上设置两个逃生通道31，其中一个逃生通道31连接电击装置311；
(4)将所述实验动物放入到若干实验房间2内，使用所述烟源向实验房间2内均匀通入烟雾，当实验房间2内烟雾浓度达到25mg/m3时，打开逃生门21，观察所述实验对象的逃生疏散状况，以得到所述实验对象的运动行为，获取所述实验对象的运动距离、进出区域的次数、第一次进入某个区域之前的时间，停留时间，多只实验对象相互交往活动，同时得到实时变化的动物运动轨迹及其热区图等相关数据；
(5)重复步骤(4)，得到数据后进行比对；
(6)获取动物的疏散运动规律。
作为优选的，所述步骤(4)中所述数据的获取采用动物运动轨迹跟踪系统。
实施例2：本实施例的基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法，步骤为：
(1)选取实验对象；选取体重180g左右的小鼠，所述实验小鼠之间的体重差异不大于20％，选取的实验小鼠数量中，雌雄数量比为1:1；
(2)选取烟源；所述烟源选取用于制造大量烟雾的烟饼；
(3)选取实验区；所述实验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间2、用于逃离的疏散通道3、用于排烟的回收装置5以及逃生过后的安全区4，所述实验房间2设有进烟口22、逃生门21；所述烟雾发生器出口连接有烟道6，所述烟道6连接在进烟口22上；
所述疏散通道3一侧通过逃生门21与所述实验房间2联通，另一侧联通安全区4，所述疏散通道3上还设有排烟口52，所述回收装置5通过排烟口52与疏散通道3联通；
所述实验房间2实验对象密度不高于100只/㎡；
作为优选的，试验区内部尺寸为1000mm×1000mm，高度为200mm，实验房间24间，且面积不同；疏散通道3上设置两个逃生通道31，其中一个逃生通道31连接电击装置311；
(4)将所述实验动物放入到若干实验房间2内，使用所述烟源向实验房间2内均匀通入烟雾，当实验房间2内烟雾浓度达到25mg/m3时，打开逃生门21，观察所述实验对象的逃生疏散状况，以得到所述实验对象的运动行为，获取所述实验对象的运动距离、进出区域的次数、第一次进入某个区域之前的时间，停留时间，多只实验对象相互交往活动，同时得到实时变化的动物运动轨迹及其热区图等相关数据；
(5)重复步骤(4)，得到数据后进行比对；
(6)获取动物的疏散运动规律。
作为优选的，所述步骤(4)中所述数据的获取采用动物运动轨迹跟踪系统。
在上述实施例1和2中，基于实验动物的逃生疏散行为学研究的模拟装置，包括试验区，所述试验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器1、用于通入烟雾的实验房间2、用于逃离的疏散通道3、用于排烟的回收装置5以及逃生过后的安全区4，所述实验房间2设有进烟口22、逃生门21；所述烟雾发生器1出口连接有烟道6，所述烟道6另一端分别连接在进烟口22、回收装置5上；
所述疏散通道3一侧通过逃生门21与所述实验房间2联通，另一侧联通安全区4，所述疏散通道3上还设有排烟口52，所述回收装置5通过排烟口52与疏散通道3联通；将实验动物放入到实验房间2后，所述烟雾发生器产生烟雾，实验动物在烟雾中经疏散通道3进入安全区4，并将烟雾经所述回收装置5回收。
实施例中，所述烟雾发生器1与烟道6之间设有第一阀门62，所述烟道6与回收装置5之间还设有第三阀门63，且所述第一阀门62、第二阀门51位于实验房间2的两侧。
实施例中，所述烟道6与实验房间2之间还设有进风风扇61，所述进风风扇61与排烟口52同轴设置。
实施例中，所述实验房间2与疏散通道3之间设有逃生门21，所述疏散通道3与回收装置5之间设有第二阀门51，所述疏散通道3与回收装置5之间设有第二阀门51，所述回收装置5上固定连接有排烟口52，所述疏散通道3与安全区4之间还设有若干逃生通道31，所述逃生通道31上设有电击装置311，所述安全区4上固定连接有通风孔41。
实施例中，所述烟道6、实验房间2、疏散通道3、安全区4、回收装置5顶面均可拆卸连接有顶盖。
实施例中，所述试验区材质为黑色磨砂有机玻璃，厚度为10mm，所述逃生通道31墙壁为30-50mm，所述电击装置311材质为不锈钢。
在本发明中，以火灾场景代表其他紧急疏散场景，选取体重20g左右的小鼠或体重180g的成年健康大鼠进行试验研究，动物之间的体重差异不超过20％。将标准化的实验动物雌雄各半放入每个房间，大鼠数量密度不高于100只/㎡，小鼠数量密度不高于200只/㎡，选用市售发烟饼作为烟源，启动烟雾发生器，烟气通过进烟口，在进烟风扇的作用下均匀进入每个房间，当房间内烟气浓度达到25mg/m3时，打开逃生门，观察动物的疏散情况。
在本发明中，考虑到楼宇的实际情况，设置了两个个疏散出口及逃生通道，在疏散出口和房门之间设置了疏散通道，进一步观察动物疏散出房间后在相对安全空间内的行为特性。同时，其中一个逃生通道还设置了电击装置用于训练，当动物通过该通道时会遭遇电击，迫使其改变疏散路劲，经过一段时间训练形成条件反射后，再在不通电的情况下进行疏散行为研究。
在本发明中，整个实验装置相对密封，仅设计了必要的通风排烟孔洞，在疏散缓冲区域的一端设置烟气回收装置，及时排出该区域内的烟气，保证安全区域不进烟。
整个实验过程中，通过一套动物运动轨迹跟踪系统来分析动物的运动行为，可获得在实验区域的移动距离，速度，花费时间，转动角度，动物在各个区域内的运动距离，进出区域次数，第一次进入某个区域之前的时间，停留时间，多只动物相互交往活动，同时得到实时变化的动物运动轨迹及其热区图。
本发明通过研究动物的疏散运动规律，探索与人群疏散的相似性和差异性。一方面可以揭示动物和人类的基本运动特征，探索生物界可能普遍存在的行为规律：另一方面，能够使人们对紧急环境中的疏散有进一步的认识，提高疏散的效率和安全性，并选用从遗传相似度及实验成本和可控性等方面均为最优的啮齿类动物大鼠、小鼠作为安全疏散模拟研究的模型动物，从而提供一种系统科学的评价方法和手段，进行相关实验的开展，为后续研究提供科学依据；并且本发明结构简单，可重复利用度高，可以提供不同状况下，使用烟饼模拟制造烟雾以发现实验动物逃生疏散的本能，使用电击装置模拟危险区以发现实验动物的相关记忆并躲避危险区的实验研究，采用回收装置，可以减少对环境的影响。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)选取实验对象；所述实验对象之间的体重差异不大于20％，选取的实验对象数量中，雌雄数量比为1:1；
(2)选取烟源；所述烟源选取用于制造大量烟雾的烟饼；
(3)选取实验区；所述实验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间、用于逃离的疏散通道、用于排烟的回收装置以及逃生过后的安全区，所述实验房间沿底部设有进烟口、逃生门；所述烟雾发生器出口连接有烟道，所述烟道连接在进烟口上；
所述疏散通道一侧通过逃生门与所述实验房间联通，另一侧联通安全区，所述疏散通道上还设有排烟口，所述回收装置通过排烟口与疏散通道联通；
所述实验房间中实验对象即小鼠密度不高于200只/㎡，大鼠不高于100只/㎡；
(4)将所述实验动物放入到若干实验房间内，使用所述烟源向实验房间内均匀通入烟雾，当实验房间内烟雾达到一定刺激浓度时(烟尘浓度实时测量不易实现)，打开逃生门，观察所述实验对象的逃生疏散状况，以得到所述实验对象的运动行为，获取所述实验对象的运动距离、进出区域的次数、第一次进入某个区域之前的时间，停留时间，多只实验对象相互交往活动，同时得到实时变化的动物运动轨迹及其热区图等相关数据；
(5)重复步骤(4)，得到数据后进行比对；
(6)获取动物的疏散运动规律。
2.根据权利要求1所述基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述数据的获取采用动物运动轨迹跟踪系统。
3.一种如权利要求1或2所述基于实验动物的逃生疏散行为学研究方法的模拟装置，包括试验区，其特征在于：所述试验区包括用于产生烟雾的烟雾发生器、用于通入烟雾的实验房间、用于逃离的疏散通道、用于排烟的回收装置以及逃生过后的安全区，所述实验房间沿底部设有进烟口、逃生门；所述烟雾发生器出口连接有烟道，所述烟道另一端分别连接在进烟口、回收装置上；
所述疏散通道一侧通过逃生门与所述实验房间联通，另一侧联通安全区，所述疏散通道上还设有排烟口，所述回收装置通过排烟口与疏散通道联通；将实验动物放入到实验房间后，所述烟雾发生器产生烟雾，实验动物在烟雾中经疏散通道进入安全区，并将烟雾经所述回收装置回收。
4.根据权利要求3所述模拟装置；其特征在于：所述烟雾发生器与烟道之间设有第一阀门，所述烟道与回收装置之间还设有第三阀门，且所述第一阀门、第二阀门位于实验房间的两侧。
5.根据权利要求3所述模拟装置；其特征在于：所述烟道与实验房间之间还设有进风风扇，所述进风风扇与排烟口同轴设置，每个进风风扇单独控制，当房间内烟雾浓度足以对动物产生刺激时，关闭该房间的进风风扇。
6.根据权利要求3所述基于实验动物的逃生疏散行为学研究的模拟装置；其特征在于：所述实验房间与疏散通道之间设有逃生门，所述疏散通道与回收装置之间设有第二阀门，所述回收装置上固定连接有排烟口，所述疏散通道与安全区之间还设有若干逃生通道，所述逃生通道上设有电击装置，所述安全区上固定连接有通风孔。
7.根据权利要求3所述模拟装置；其特征在于：所述烟道、实验房间、疏散通道、安全区、回收装置顶面均可拆卸连接有顶盖。
8.根据权利要求3所述模拟装置；其特征在于：所述试验区材质为黑色磨砂有机玻璃，厚度为10mm，所述逃生通道墙壁厚度为30-50mm，所述电击装置材质为不锈钢。
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