基本信息
- 项目名称：
- 重大突发公共事件下的人员疏散机理研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品是在分析我国突发公共事件理论并调研国内外大量的有关建筑火灾烟气迁移与人员疏散机理研究的文献资料的基础上，开展小尺寸火灾烟气实验，组织高校学生疏散实验，运用火灾动力学软件FDS和人员疏散Pathfinder模型对建筑火灾烟气迁移特性规律和突发公共事件下的人员疏散机理进行分析研究。
- 详细介绍：
- 近年来，全球频发的自然灾害给人类社会造成了巨大的生命和财产损失，自然灾害成为各国面临的共同挑战。我国政府坚持以人为本，始终把保护公众的生命财产安全放在第一位，把减灾纳入经济和社会发展规划，作为实现可持续发展的重要保障。本文正是在这样的背景下，阐述了重大突发公共事件的基本理论，着重从建筑火灾与地震等突发公共事件下的人员疏散方面展开研究，详细介绍了小尺寸火灾烟气迁移实验研究，教室火灾学生疏散实验，建立了大学宿舍楼火灾烟气模型并结合FDS与Pathfinder、FDS+EVAC等进行了对比模拟分析。研究发现，危害性气体CO在水平方向上的浓度演变非常相近，气体浓度变化的规律基本一致，数值上差距也比较小，这说明在水平方向上危害性气体受到火源的影响非常大，表明火源处产生的危害性气体成分能够沿着水平方向传播到远距离处而自身浓度的变化很小。在火灾发生时，对处于走廊中向安全出口疏散逃生的人员来说，他正在逃往的方向可能是更为危险。因为那里可能存在的危害性气体的浓度，比他现在所处位置的浓度更高，而且烟气层高度已经更早地下降到对人有影响的范围。由此，建筑防火结构设计需要针对这个问题考虑改进，比如：为防止烟气在走廊端头的迂回并使人能匍匐逃生，可要求在建筑物走廊端头设有窗户等排烟口安装风速可调的排烟装置，而排烟口上沿高度则应与走廊高度相当。同时在简要介绍了汶川地震中小学教学楼破坏情况并分析了国内外人员疏散研究背景与研究现状的基础上，根据某中学教学楼模型建立的人员疏散数值分析模型。研究发现人员对出口的选择以及人员拥挤程度对人员疏散效率影响很大。研究分析还表明人员疏散过程中个体因素很难控制，尤其是人员心理因素对其疏散效率的影响有待进一步深入研究。本文的分析研究为以后的突发公共事件下的应急疏散演练提供重要理论参考，具有一定的社会价值。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 通过系统设计的烟气实验装置，进行小尺寸烟气迁移实验，得出烟气在水平方向及狭长走廊上的分布规律，应用于大型高层建筑火灾模拟分析中，得出建筑防火安全设计的改进措施，如在走廊处设置风速可调的排烟风机；同时在此基础上进行了人员疏散实验，建立了地震条件下的中学教学楼疏散模型。以上分析研究的目的是为重大突发公共事件下的人员紧急疏散预案提供理论指导。
科学性、先进性及独特之处
- 根据小尺寸建筑火灾烟气实验台，基于相似性分析方法，建立研究模型，运用火灾模拟分析软件FDS，综合分析评价火灾条件下烟气迁移特性规律，同时针对高校宿舍楼建立火灾烟气和人员疏散模型，组织开展疏散实验与问卷调查，建立人员疏散应急预案，具有创新精神与实践意义。
应用价值和现实意义
- 作品的研究成果火灾烟气迁移实验装置已申请国家实用新型专利（200920142611.4），实验研究成果已发表在国内外权威学术期刊上。同时暑期将开展大型公共场所（商场超市等）的疏散演习与问卷调查，进行防灾抗震科学知识的宣传，组织三下乡防灾减灾宣传活动。另外，将与消防部门合作进行公交车等交通工具火灾研究，与地震局组织中小学学生疏散演练，制定应急预案。
学术论文摘要
- 近年来，全球频发的自然灾害给人类社会造成了巨大的生命和财产损失，自然灾害成为各国面临的共同挑战。本文详细介绍了小尺寸火灾烟气迁移实验研究，教室火灾学生疏散实验，建立了大学宿舍楼火灾烟气模型并结合FDS与Pathfinder、EVAC等进行了对比模拟分析。研究发现，危害性气体CO在水平方向上的浓度演变非常相近，这说明在水平方向上危害性气体受到火源的影响非常大。在火灾发生时，对处于走廊中向安全出口疏散逃生的人员来说，他正在逃往的方向可能是更为危险。因为那里可能存在更高的危害性气体的浓度，而且烟气层高度已经更早地下降到对人有影响的范围。由此，建筑防火结构设计需要针对这个问题考虑改进，在建筑物走廊端头设有窗户等排烟口安装风速可调的排烟装置，而排烟口上沿高度则应与走廊高度相当。同时在简要介绍了汶川地震中小学教学楼破坏情况并分析了国内外人员疏散研究背景与研究现状的基础上，根据某中学教学楼模型建立的人员疏散数值分析模型。研究发现人员对出口的选择以及人员拥挤程度对人员疏散效率影响很大。本文的分析研究为以后的突发公共事件下的应急疏散演练提供重要理论参考，具有一定的社会价值。
获奖情况
- [1]The Ratio of Fuel and Air Under Natural Ventilation Obtained Through the Same Opening. 2009 International Conference on Energy and Environment Technology. （EI收录） [2]Experimental research and numerical simluation of the smoke transportation in hallway-side building fire. Journal of Applied Fire Science ,2008, 16(3): 269-289.（EI收录） [3]高层建筑火灾烟气迁移特性研究. ****大学学报(自然科学版),Vol.16 No.5 Oct.2008,p58-64. [4]火灾模拟有限元软件综述.中国公共安全,NO.1,2009年3月. [5]我国政府应对突发公共事件的高效应急管理机制.中国公共安全；2008，13：77-82.
鉴定结果
- 作品的研究成果火灾烟气迁移实验装置已申请国家实用新型专利（200920142611.4），研究成果已发表在国外权威学术期刊 Journal of Applied Fire Science 上。
参考文献
- [1]方廷勇.自然通风状况下的烟气在典型建筑结构中的迁移及危害性评价研究.合肥：中国科学技术大学，2006. [2]冯文兴.典型建筑结构中火灾危害性气体向远处的传播特点和分布规律.合肥：中国科学技术大学，2006. [3]Archibald Tewarson. Nonthermal fire damage. J. Fire Science, 10:188~241,1992. [4]Jukka Hietaniemi, Raija Kallonen, Esko Mikkola. Burning characteristics of selected substances: production of heat, smoke and chemical species. Fire and Materials, 23(4):171~185 ,1999. [5]杨立中，冯文兴等.腔室火灾产生的烟气在毗邻走廊中的传播迁移热.科学与技术第5卷第3期,2006年9月 [6]杨立中,方廷勇等.远离火源位置点烟气浓度变化规律的实验研究.工程热物理学报.第25卷第4期,2004 年7月. [7]李引擎.建筑防火工程.化学工业出版社,北京, 2004.
同类课题研究水平概述
- 近年来，全球频发的自然灾害给人类社会造成了巨大的生命和财产损失，自然灾害成为各国面临的共同挑战。Fardell等人建立全尺寸的房间-走廊模型研究;Heskestad开始研究在火源附近的烟气的温度场、烟气层厚度等;Nelson提出临近火源房间的通道中缺少氧气是导致高浓度CO传播的根本原因；美国NIST火灾实验室进行一系列的火灾烟气实验;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室建筑火灾研究室主任杨立中教授等以受限空间建筑火灾为中心，探索火灾的发生、发展规律；烟气的输运规律；紧急条件下建筑物（群）内人员的疏散规律等，为建筑火灾性能化设计方法提供科学依据。但是对于烟气是如何迁移，在迁移过程中的发展变化，以及不同高度上的危害性气体浓度的研究的相对较少。尤其是重大突发公共事件下的人员疏散机理研究非常少，为此本作品阐述了重大突发公共事件的基本理论，着重从建筑火灾与地震等突发公共事件下的人员疏散方面展开研究，详细介绍了小尺寸火灾烟气迁移实验研究，教室火灾学生疏散实验，建立了大学宿舍楼火灾烟气模型并结合FDS与Pathfinder、FDS+EVAC等进行了对比模拟分析。同时在简要介绍了汶川地震中小学教学楼破坏情况并分析了国内外人员疏散研究背景与研究现状的基础上，根据某中学教学楼模型建立的人员疏散数值分析模型。研究发现人员对出口的选择以及人员拥挤程度对人员疏散效率影响很大。本文的分析研究为以后的突发公共事件下的应急疏散演练提供重要理论参考，具有一定的社会价值。
