CN110516331B - 一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法，综合考虑了火灾情况下探测器探测时间、人员在接受到火灾信号后的反应时间、火场中的疏散时间以及疏散行进总时间，对于船舶设计、应急情景设置、疏散预案的制定乃至推动航运业安全性的提升都具有重大的理论价值和社会意义。

Description

一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法

技术领域

本发明属于船舶人员撤离能力评估领域，具体涉及一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法。

背景技术

随着造船技术的不断发展，船舶设计与建造呈现大型化、复杂化、智能化发展趋势，船舶载重量、载客量不断增大，一旦发生倾覆、火灾等灾难时，往往造成更为巨大的生命财产损失。因此，如何实现大量人员在复杂、狭小的船体空间内有序、迅速地撤离成为船舶设计中的重点问题，即在设计早期对船舶人员的撤离能力进行评估，对于船舶设计、应急情景设置、疏散预案的制定乃至推动航运业安全性的提升都具有重大的理论价值和社会意义。

对于船舶人员疏散模型的研究相对较少，在现有对于船舶疏散模型研究中，沈继红等通过改进蚁群算法对船舶人员疏散问题进行了研究；刘红等在模型中引入当量长度，选用最短路径法来实现疏散路径的最优化；陈淼等将Agent理论引入船舶疏散模型中，同时对物理空间进行了建模，并在元胞自动机理论基础上结合舱室布局特点建立了CAEE模型。

现有研究针对与海上建筑的研究，部分依靠国际海事组织规定下几种基本情景下的人员指标，并且并未针对火灾情况下进行详细分析；部分研究依据陆上建筑物中火灾情况下人员应急逃生进行分析，依据国标消防指导相关文件展开分析。综合来说，对于火灾情况下的海上建筑人员应急逃生研究具有片面性，尚未将海事组织相关导则性要求和国标消防指导文件进行有效的结合与分析研究。

发明内容

本发明的目的在于提供综合考虑火灾情况下探测器探测时间、人员在接受到火灾信号后的反应时间、火场中的疏散时间以及疏散行进总时间的一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：获取火灾发生位置和人员所在位置，规划应急逃生路径并计算出在该条路径上人员疏散时间T；

步骤2：根据房间面积属性，计算火灾发生时房间内人员疏散时间t_start,rm；

步骤3：根据火灾发生位置中典型可燃材料，计算火灾探测报警时间T_A；

步骤4：计算火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间RSET；

RSET＝T_A+T_R+t_start,rm+T

其中T_R为人员反应时间，人员在接收到火灾报警信号后反应时间在1分钟内。

本发明还可以包括：

所述的步骤1中规划应急逃生路径并计算出在该条路径上人员疏散时间T的方法具体为：

步骤1.1：获取从起点到集合点的所有撤离路线；

步骤1.2：获取每条撤离路线上的每分枝路径上的人数N；

步骤1.3：根据分枝路径属性，计算撤离路线上人员的速度V和具体流量F_S；所述的具体流量F_S为每单位时间内每个单位面积内撤离路线中人员的数量；

步骤1.4：分别计算每条撤离路线的撤离时间T；

其中，L_j为路径方案，i为疏散人流，该条撤离路线中共含有j条分支路径；L_y为该条撤离路线中第y条分支路径的长度；v_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的人员速度；N_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的总人数；F_sy为该条撤离路线中第y条分支路径中的具体流量；W_cy为该条撤离路线中第y条分支路径中的静宽度；γ为修正因子，取值为2；

步骤1.5：选取撤离时间最短的路径为海上人员应急逃生的最优路径。

所述的步骤1.3中人员速度V的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。

所述的步骤1.3中人员具体流量F_S的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。

所述的步骤2中火灾发生时房间内人员疏散时间t_start,rm的计算方法为：

其中A_area为需要疏散的房间面积之和。

所述的步骤3中火灾探测报警时间T_A的计算方法为：

其中Q为火灾的释热率；α为火灾的增长系数。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法，综合考虑了火灾情况下探测器探测时间、人员在接受到火灾信号后的反应时间、火场中的疏散时间以及疏散行进总时间，对于船舶设计、应急情景设置、疏散预案的制定乃至推动航运业安全性的提升都具有重大的理论价值和社会意义。

附图说明

图1为火灾情况下人员疏散撤离时间节点图。

图2为火灾情况下房间内人员疏散时间说明图。

图3为某海上建筑局部疏散示意图。

图4为本发明的总体流程图。

图5为典型可燃材料与火灾的增长系数α对应关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一场火灾经过发展可以分为火灾发展初期、火灾稳定期以及火灾的衰减期。对于海上建筑中的人员应急逃生，同样要有发现火灾、疏散准备、人员行动、疏散完成等阶段。如图1所示为火灾情况下人员疏散撤离时间节点图。

ASET＞RSET＝T_A+T_R+T_M......................................(1)

T_A：火灾探测报警时间，指起火到建筑物内人员觉察到起火的时间；

T_R：人员反应时间，指人员疏散准备所用的时间；

T_M：人员疏散运动时间，指疏散到达安全区域的时间。

人员安全疏散可用时间为ASET，疏散所需时间REST是决定人员能否安全从火场疏散的关键。其中ASET是由达到火灾场特性指标各个危险临界值的时间来决定。

本发明结合国家标准消防规范，火灾报警器探测报警时间：

Q＝αt²

Q为火灾的释热率；α为火灾的增长系数，t为火灾的发展时间。

火灾的增长系数α由火灾发生位置中典型可燃材料决定，如图5所示。

工程上使用的感烟探测器在探测到100K_W的火灾时会被激活并发出警报。

在火灾发生后，房间内人员的疏散所需时间按照相关资料整合所得：疏散所需时间t_start,rm：

式中：t_start,rm为火灾发生后，房间内人员疏散所需时间,单位为秒(s)；A_area为需要疏散的房间面积之和，单位为平方米(m²)。

需要疏散的房间面积之和A_area指着火房间以及必须通过着火房间才能疏散的房间的面积之和。如图2所示，如着火房间为A₁，则A_area＝A₁+A₂+A₃；如着火房间为A₂，则A_area＝A₂。

人员疏散运动时间中通道内的疏散时间T：

规划应急逃生路径并计算出在该条路径上人员疏散时间T的方法具体为：

步骤1.1：获取从起点到集合点的所有撤离路线；

步骤1.2：获取每条撤离路线上的每分枝路径上的人数N；

步骤1.3：根据分枝路径属性，计算撤离路线上人员的速度V和具体流量F_S；所述的具体流量F_S为每单位时间内每个单位面积内撤离路线中撤离路线的数量；

步骤1.4：分别计算每条撤离路线的撤离时间T；

火灾情况下人群疏散时间的经验公式：

本发明根据火灾情况下人员撤离速度与人群密度之间的关系，并根据参考文献给出人群疏散时间的经验公式，提出了火灾情况下人员撤离速度下的应急逃生数学模型。

群集步速V、群集密度D和群集流动系数K之间的关系为：

V＝V₀·D^-0.8

式中，V₀为自然状态下的群集步速(经验数据)。

在火灾环境中，由于个体急于逃离火灾现场，行走速度一般会比正常情况下要快，其中正常情况下的水平方向内的群集步速为：

V＝112D⁴-380D³+434D²-217D+57..........................(4)

根据对火灾群集流动模型研究，推导出人群疏散时间的经验公式：

简化计算公式：

其中：

T为疏散时间；f人群流动系数；B通道宽度；N_a疏散总人数；k_S第一个人移动到结点的距离；v人群的移动速度。

基本情况下，人员疏散时间精准数学模型：

T＝γt₁

其中，L_j为路径方案，i为疏散人流，该条撤离路线中共含有j条分支路径；L_y为该条撤离路线中第y条分支路径的长度；v_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的人员速度；N_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的总人数；F_sy为该条撤离路线中第y条分支路径中的具体流量；W_cy为该条撤离路线中第y条分支路径中的静宽度；γ为修正因子，取值为2；

静宽度(W_c)：从走廊和楼梯的扶手上测量的宽度，以及门处于开启状态的通道宽度。

路径长度(L)：人员应急逃生时，通过走廊、梯道以及其他设施的距离长度(m)。

初始密度(D)：撤离路线上人员数(p)除以可用撤离路线面积(p/㎡)。

人员速度(V)：撤离路线上人员的速度(m/s)取决于人员的具体流量和撤离系统设施的类型。

具体流量(F_s)：具体流量(p/m/s)是指每单位时间内每个单位面积内撤离路线中人员的数量。

计算的人员流量(F_c，p/s)是指每单位时间通过单位面积的预期人员数。它可由下式算得：

F_c＝F_s·W_c

流动时间(t_F，s)是指N个人通过撤离系统单位面积时的总时间，它由下式算得：

t_F＝N/F_c

步骤1.5：选取撤离时间最短的路径为海上人员应急逃生的最优路径。

火灾环境下人员撤离时间：

人员撤离最大时间RSET＝T_A+T_R+T_M，其中T_M即为公式(4)中T与公式(3)t_start,rm的和，即整合(1)、(2)、(3)、(5)公式所得：

T_R为人员反应时间，综合文献中人员在接收到火灾报警信号后，人员的反应时间在1分钟内。假设人员在接收到火警信号后反应迅速，T_R为20s。

实施例1：

如图3所示为某海上建筑局部疏散示意图。

火灾探测报警时间T_A：火灾的增长系数，取0.1878(k W·s^-2)。则可计算得探测器的的报警时间为：

根据(GB4717-93)中相关规定：火灾报警控制器执行查询、判断和数据处理等操作时，火灾报警的信号接收延迟应在10s内；则T_A≤40s。

火灾房间内的疏散时间t_start,rm：

方案一：房间内发生火灾，则仅需分析N₁中人员疏散时间，即A_area为N₁房间的面积S₁：

方案二：火灾位置位于N₁、N₂、N₃、N₄房间的中点，则需要分析四个房间内人员的撤离时间，即A_area为N₁、N₂、N₃、N₄房间的面积和，A_area＝S₁+S₂+S₃+S₄：

通道内的疏散时间T：

T＝γt₁

火灾环境下人员撤离时间：

RSET＝T_A+T_R+T_M＝T_A+T_R+t_start,rm+T

根据国际海事组织约定，假设人员在接收到火警信号后反应迅速，T_R为20s。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (3)

1.一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取火灾发生位置和人员所在位置，规划应急逃生路径并计算出在该条路径上人员疏散时间T；

步骤1.1：获取从起点到集合点的所有撤离路线；

步骤1.2：获取每条撤离路线上的每分枝路径上的人数N_y；

步骤1.3：根据分枝路径属性，计算撤离路线上人员的速度V和具体流量F_S；所述的具体流量F_S为每单位时间内每个单位面积内撤离路线中人员的数量；

所述的人员速度V的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度；

所述的人员具体流量F_S的计算方法为：

步骤1.4：分别计算每条撤离路线的撤离时间T；

其中，L_j为路径方案，i为疏散人流，该条撤离路线中共含有j条分支路径；L_y为该条撤离路线中第y条分支路径的长度；v_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的人员速度；N_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的总人数；F_sy为该条撤离路线中第y条分支路径中的具体流量；W_cy为该条撤离路线中第y条分支路径中的静宽度；γ为修正因子，取值为2；

步骤1.5：选取撤离时间最短的路径为海上人员应急逃生的最优路径；

步骤2：根据房间面积属性，计算火灾发生时房间内人员疏散时间t_start,rm；

步骤3：根据火灾发生位置中典型可燃材料，计算火灾探测报警时间T_A；

步骤4：计算火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间RSET；

RSET＝T_A+T_R+t_start,rm+T

其中T_R为人员反应时间，人员在接收到火灾报警信号后反应时间在1分钟内。

2.根据权利要求1所述的一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法，其特征在于：所述的步骤2中火灾发生时房间内人员疏散时间t_start,rm的计算方法为：

其中A_area为需要疏散的房间面积之和。

3.根据权利要求1或2所述的一种火灾情况下海上人员应急逃生撤离时间计算方法，其特征在于：所述的步骤3中火灾探测报警时间T_A的计算方法为：

其中Q为火灾的释热率；α为火灾的增长系数。

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