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FDS+EVAC紧急条件下的人员疏散模拟研究(8)
2.3 计算机模拟方法的研究
2.3.1 计算机模拟的发展过程
对人员疏散的模拟基本上可以分为两类模型,只考虑人的运动的模型和综合考虑人的运动与行为相互关系的模型,即运动学模型和行为学模型。运动学模型不考虑心理因素的影响,仅考虑建筑物各部分的疏散能力、疏散方向和疏散速度,这些参数仅由物理因素决定,比如人群密度、出口疏散能力等,而忽略了人群中的个体特性,将人群的疏散作为一种整体运动,这种不考虑人行为的模型又被称为“滚珠”(ball-bearing)模型。而行为学模型则考虑心理学因素对疏散的影响(运动+行为),即既考虑影响运动模拟的物理因素的影响,同时也考虑环境对人群个体的影响(温度、烟气、对环境的熟悉程度、反应时间)以及不同个体之间的相互影响。
2.3.2 计算机模拟的优势
计算机因为其计算功能强大、模拟过程逼真、计算准确等特点在疏散模拟方面较其他研究方法存在明显的优势[21]:
(1) 利用计算机模拟软件可以对疏散中各种可能发生的情况分别进行模拟,进行评价,评价结果比传统方法更科学、更可信。
(2) 通过计算机模拟可以对疏散过程中一些特殊现象进行研究,了解疏散过程的运动规律,以及对出口的选择,找出影响疏散效率的关键。
(3) 计算机模拟可以获得人员疏散细节,在大而拥挤的地方,通过模拟所获得的最优化的人流可以提供一个更适宜的环境和更有效的消防安全设计。
(4) 工程上计算的疏散时间是经过简略及概化的过程所得出的,并无法得知人员真正避难安全性有多少,而选择计算机模拟,不仅带给设计者较大的设计空间,同时也让消防安全主管机关与设计者在评估避难安全时,有明确而清楚的沟通界面和衡量工具。
3 FDS+EVAC的应用
3.1 软件中基本条件设置
在FDS+EVAC中,火灾和疏散网格是分离的。一个能作单独地的火灾计算、另一个做疏散计算,也可以两者同时进行。其计算方式为选择是否激活火灾网格。该疏散网格在Z轴方向仅由一个单位组成,即人员疏散的网格是二文的,其具体的划分原理为,从地面起一定高度内(如0.9m-1.1m)的一个有厚度的面来横切网格内的障碍物,而疏散网格Z轴偏移为1m(0.9m-1.1m之内),以此作为人员疏散时不可通过的障碍物。
本文主要采用的是Pyrosim建模模拟,打开Pyrosim软件,首先建立网格,网格的设置对计算机模拟有着举足轻重的作用。疏散模拟使用的网格是与火灾网格分开的三文网格进行计算。首先应先划分火灾网格,建立物理模型,然后再划分疏散网格。如果仅运行火灾模拟,那么关掉疏散网格,FDS 自动忽略所有与疏散有关的命令。如果仅运行疏散模拟,关掉火灾网格即可,FDS 同样会忽略与火灾有关的命令。如果火灾网格和疏散网格同时存在,则自动进入火灾和疏散模拟模式。
疏散网格划分的注意事项[22]:①疏散网格的划分范围可比建筑物Z 方向投影面积稍微大些,如84 m ×19 m 的平面,疏散网格的平面尺寸范围可为86 m ×21 m,高度尺寸范围为14 m-116 m 为宜。一般单层面可划分为一个主疏散网格。②如果有几个出口那就必须定义几个不同的出口网格。这里的出口是指人员一旦通过该出口就被认为已到达安全地点不再需要计算的地点。③网格尺寸应该稍微更大一点,但是要值得注意的是网格划分最好为最大尺寸的约数。另外网格内设置的物体如桌子、室内门、窗的端点坐标位置,最好设置在网格的节点上,如果不设置在节点上,EVAC 可能会自动移动这些物体位置,导致物体放大缩小移位的失真。④主疏散网格和出口疏散网格应该设置同样的计算区域。高度上不需划分网格,因此Z 方向上的网格数为1。⑤门、楼梯、出口及摆放物品的网格敏感性较高,因此要特别注意它们在网格里的坐标位置,观察它们是否发生不正常的变异。疏散计算占用的CPU 时间并不太长,网格可反复试划分,好的网格会产生一个好的“人流”流场,从而得出好的模拟结果。
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