动态逃生（精选四篇）
动态逃生 篇1
BIM (Building Information Modeling) 是“建筑信息模型”的简称, 将一个工程建设项目在整个生命周期内的所有集合特性、功能要求和构件性能信息等综合到单一的模型中。利用BIM信息可以获得设施内所有构件包括建筑、电气、消防等的物理位置信息。
笔者利用BIM中现有的构件物理信息, 结合消防设备的实时状态, 建立建筑的三维特征模型, 并研究适用于这类特征模型的最短逃生路径的算法。
目前最短路径常见的算法有很多种, 典型的有Dijkstra算法、SPFA算法、Floyd-Warshall算法等。这些算法有些效率比较低、有些非常复杂, 无法灵活地运用到实际项目中;有些只能寻找单源的最短距离, 而非居建筑一般存在多个安全出口。因此, 笔者基于非居建筑的特点, 借鉴Dijkstra算法作了改进, 创建了最短枝桠发芽算法来寻找最短路径。该算法沿袭了Dijkstra算法的遍历节点的方法, 但是又与Dijkstra算法不同, 无需遍历所有节点, 平均只需遍历一半的节点就能找出最短的路径。
1 非居建筑特征数据模型的建立
1.1建筑数据模型
1.1.1走廊位置
考虑到非居建筑内, 一般走廊不会太宽, 而且弧线形态可以用分段直线替代, 可以将走廊简化成直线段数据。并且为了简化之后模型的计算和逃生路径图的绘制方式, 当走廊转弯、十字交叉、T字交叉等时, 将走廊所代表的直线断开形成新的直线段。如图1所示, 在简化后的平面图中, 原本的3条走廊被8条直线段代替, 原本的走廊在每个端点、拐角、交点都被截断, 形成新的直线段。
走廊直线段的数据可以分成2部分:端点数据和线段数据。为了能更快地计算出逃生路径, 将从BIM中获取的数据重新整理为特殊的特征模型数据存放在数据库中。其中, 端点数据在数据库中的结构如表1所示。
而线段数据在数据库中的结构如表2所示。
1.1.2房间门位置
由于非居建筑中, 尤其是地下建筑中, 窗户基本不能作为逃生使用, 所以房间门几乎是非居建筑中逃离房间的唯一通道。房间门面对走廊, 因此可以在建筑的模型中将房间门简化成直线段上的点, 如图2所示。
房间门的位置数据在数据库中的结构如表3所示。
1.1.3出口位置
出口的位置可能会在走廊尽头, 也可能出现在走廊中间。当出口的位置出现在走廊中间时, 为了简化算法, 将该走廊在出口的位置截断, 形成两条走廊, 这样等同于出口在这两条走廊的尽头, 如图3所示。
从图3可以看出, 出口其实和走廊的交点一样, 是形成线段的端点之一, 只是这个端点比较特殊, 是整个逃生路径的终点。因此, 可以将出口的点位数据和走廊的端点数据融合在一起, 统一进行计算。修改后的端点数据在数据库中的结构, 如表4所示。
这些数据都是从BIM模型中直接获取的三维信息, 因此建立的数据模型也是三维的数据模型, 如图8所示。需要注意的是, 垂直段 (逃生梯) 也被简化成垂直的直线, 将上下层的楼廊连接起来, 当作走廊一部分考虑。
1.1.4消防数据
把消防的烟感、温感等设备的位置信息在模型中也简化成直线上的点, 其在数据库中的结构, 如表5所示。
Alarm参数由接口函数直接由消防主机获得, 当消防主机发出该消防设备报警信号时, Alarm参数就会被置为true, 报警解除时, Alarm参数会被置为false。这个动态的数据参数是动态逃生路径计算的关键。可以直接将Alarm参数理解为走廊上该点是否火灾的标志。
建筑数据和消防数据结合在一起就构成了整个动态逃生路径计算的数据模型。
2 最短枝桠发芽算法
所谓最短枝桠发芽算法, 就是首先创建一个临时表, 该表记录了所有节点到起点的最短距离, 默认都是无穷大 (起点本身为0) 。然后从起点开始, 往临近点进行创建树操作 (发芽) , 记录临近点到起点的距离, 并在临时表中记录该距离。
接着找出最短距离的树枝端点, 并往该端点的临近点进行创建树操作, 记录这些临近点到起点的距离, 并和记录表中的相应的节点距离进行比较, 如果比表中的距离小, 则更新表中的数值, 代表发芽成功, 如果比表中的距离大, 则在树中把该节点标记为死亡, 代表发芽失败。
以此类推, 每次进行发芽操作的都是枝桠顶点最短的那个端点, 每次将发芽失败的枝桠顶点标记为死亡。直到找到出口端点作为枝桠顶点, 并且这个出口顶点成为需要发芽的顶点, 这时起点到该顶点的枝桠路径就是找到的最短路径。如果最终所有发芽后的枝桠顶点全部被标记为死亡, 就说明无法找到出口的路径。
当发芽过程中发现到临近点之间有灾害情况时, 该临近点发芽失败。
3 动态逃生路径算法步骤
某原始路径结构图, 如图4所示。其中起始点为1, 出口为5或8。
初始化节点从1发芽出2、3并且记录与1的距离。最短枝桠为3, 并发芽出4、7, 记录与1的距离, 如图5所示。
再次找出最短枝桠为2, 发芽出7、8, 其中7与1的距离为10, 与表中现有的7的最小距离6相比较大, 所以发芽失败。目前最短枝桠为7, 发芽出2、6、8, 其中2与1的距离为11, 比表中的最小距离大, 所以发芽失败。如图6所示。
以此类推, 直到最短枝桠为4或者8, 而8为出口, 故最短路径为1-3-7-8, 算法结束。如图7所示。
该算法的优点在于每次只对最短路径上的枝桠发芽, 所以最终无需遍历所有节点, 距离较远的节点一直不会得到发芽的机会, 除非一直找不到出口。而且该算法无需考虑环路或者死胡同等情况, 因为死胡同没有临近节点无法发芽, 而环路发芽方向的节点距离肯定比表中原有的数值高, 所以发芽必定失败。
4 案例应用
该动态逃生路径算法已在上海某电力工程项目中得到验证。该项目建筑面积26 353m2, 建筑高度23.95m, 地下一层设置10/0.4kV变配电所、冷冻机房、水泵房等设备用房, 另设有2 250kW应急柴油发电机组。项目BIM模型由业主直接提供, 笔者在此基础上创建建筑数据模型, 如图8所示。
从建筑的数据模型中可以看出, 建筑的走道在一层为工字形, 而地下一层为口字形, 发生多点火灾时, 人员很容易被困在其中。但建筑中垂直梯数量较多, 当人员无法在当前层逃离时, 可以绕行其他楼层。然而楼梯分散在各处, 没有正确的指引很难在第一时间找到距离最短且不经过火灾点的逃生路径。因此, 根据火灾点的情况, 实时计算出一套三维的逃生路径是迫切需要的。
结合消防数据, 本算法在实际运用中被嵌入该项目的运维管理系统中。运用本算法原理, 无论是否有火灾情况, 该运维管理系统都可实时绘制建筑中各个点到最近出口的逃生路径, 如图9所示。
系统的计算时间如表6所示。
由表6可知, 地下一层计算时间比一层略多, 这是因为出口都在一层, 所以走廊的节点相对一层要多一些。
5 结论
基于BIM的三维逃生路径计算方法的研究是为了利用现有的BIM数据资源, 结合非居建筑的实际情况, 更快更好地规划逃生路径。而试验的结果也证明了建筑特征模型结合最短枝桠发芽算法能在1/20s内计算一般建筑一层所有点的逃生路径。可以认为, 该系统可以在1s内算出整栋大楼的全部逃生路径。
该模型算法也有一定的局限性, 一般只能应用在有狭长走道的建筑里, 而且建筑内需要有多个出口, 对于唯一出口的情况, 如果通往此出口的走道发生火灾, 就会产生计算不出逃生路径的情况。但从另一个角度来说, 如果不能计算出逃生路径, 则表明建筑设计中有消防死角的情况, 应在设计的过程中进行方案改进。
参考文献
[1]Goldberg H E.The building information model[J].CADalyst, 2004, 21 (11) :56-58.
[2]杨海潮, 孙冰.基于PERT和最短路理论的人员疏散最优化[J].消防科学与技术, 2011, 30 (2) :103-105.
[3]袁博, 杨杨, 赵建辉.考虑实际路况的应急救援路径优化算法[J].消防科学与技术, 2012, 31 (2) :180-184+196.
[4]王晨.基于动态规划的安全疏散路径选择[J].消防科学与技术, 2012, 31 (8) :802-804.
动态逃生 篇2
1 逃生窗玻璃结构
1.1 逃生窗逃生形式
逃生窗是公共交通工具的基本设施, 目前在各类交通工具中应用的主要有两种形式:一是破碎式, 被广泛应用于公交巴士、火车、动车组上, 其优点是结构设计简单, 安全可靠, 使用方便, 在车辆正常运行时没有风险。另一种是整体抛放式, 如飞机逃生通道窗, 当发生紧急情况需要打开逃生通道时, 扳动锁闭把手即可将整块窗向外推开抛出, 非常快捷方便。整体抛放式结构逃生窗没有在动车组中应用, 主要是考虑乘坐动车的人员多而杂, 如果仅有一道锁闭开关, 则存在车辆运行过程中锁闭开关被乘客有意或无意之间打开, 车窗便有被抛出的危险。如果设置双重锁闭开关, 则其中一重开关必然要统一控制, 不论是由司机控制还是车长控制, 都需要采用远程电气控制方式, 发生紧急情况时则有可能电气控制失灵或控制人员自身受伤而不能打开锁闭开关。因此, 虽然已经有工厂研制出了动车组用的抛放式紧急逃生窗, 目前还没有应用到实际车辆中。
1.2 动车逃生窗玻璃结构
我国现行动车车型繁多, 车窗结构也千差万别, 一等车厢和二等车厢的车窗结构也有所不同。为了追求更好的保温、隔热和降噪音效果, 高速动车组车窗玻璃均为中空玻璃, 组成中空玻璃的内外两块玻璃一般是夹层玻璃或钢化玻璃。动车侧窗分为普通窗和逃生窗两种窗型, 普通窗玻璃的结构形式通常为 (8mm~12mm) 夹层玻璃+ (8mm~16mm) 空气层+ (8mm~12mm) 夹层玻璃/6mm单片钢化玻璃, 玻璃总体厚度超过30mm, 所有单片玻璃均经过钢化增强或化学钢化增强处理, 强度大、坚固、不易破损, 并具有很高的抗冲击能力。所以对于普通窗即便用专用工具也很难在短时间内砸开一个出口。动车逃生窗玻璃同样是中空玻璃, 但与普通窗玻璃有很大的区别, 每块逃生窗玻璃的上方中央部位都有一个红色圆点, 作为逃生锤敲击的部位。一等车厢通常采用钢化双夹层结构, 二等车厢外片为钢化夹层玻璃、内片为钢化玻璃。但因逃生窗的夹层玻璃周边结构做了特殊处理, 一旦组成中空玻璃的两片夹层玻璃或钢化玻璃破碎后, 整块中空玻璃层就很容易被整体推出窗外。为了便于乘客敲碎3层或4层的钢化玻璃, 有些玻璃生产商还在逃生窗的红点标志区做了特殊处理, 红点区域的钢化玻璃没有PVB胶片粘接, 使用逃生锤轻敲红点区域数下就能将所有玻璃敲碎, 随后再用力向外推则整片玻璃就跌落至车窗外。同时配有合格的逃生锤并掌握正确的操作方式, 即便身材不是很强壮的人也能在10多秒的时间砸开玻璃。
2 国内外逃生试验方法标准
关于逃生试验的方法标准, 目前还没有检索到相应的国家标准和国际标准。国外通常是将逃生性能作为法规要求提出, 如德国联邦铁路局颁布的“铁路车辆中关于紧急窗 (NEA) 试验的管理规范”, 规定了逃生窗的试验方法和试验要求。国外动车的制造商, 如庞巴迪、西门子等动车制造企业有其内部企业标准。
德国联邦铁路局规定试验从内部和外部两个方向进行试验[1], 内部试验用于车内人员自救逃生, 由1男2女分别进行试验, 使用车内安全锤击碎玻璃;外部试验由1男性进行, 可以使用安全锤或消防斧等工具进行。试验人员在身高和体重上不超过DIN33402标准中50%分位数人体的身高和体重[2]。四块逃生窗玻璃敲碎并推掉所花费的平均时间要≤45s, 每块逃生窗玻璃的试验时间最多不能超过60s, 超过60s即认为此种结构车窗逃生试验失败。
国内目前还没有颁布统一的逃生试验方法标准, 青岛四方、唐山客车厂、长春客车厂等国内动车生产厂也分别建立了自己的技术规范。2012作者本人所在单位承担了国家标准《高速动车紧急逃生窗逃生试验方法》的制订工作, 2014年将完成标准的报批工作。
3 影响动车逃生试验结果的因素
3.1 逃生锤
我国目前还没有逃生锤的相关标准, 市场上就有各种各样的逃生锤。同时动车制造厂家的供应商不同, 在动车上配备的逃生锤也是有差别的, 差别不仅仅在外观方面, 更在于锤尖头金属部位的质地及锤柄的质量, 这些差别对最终的逃生效果有很大影响。图1给出了国内市场上几个典型的逃生锤照片。不同的逃生锤对试验结果产生的影响:a逃生锤因锤尖硬度和刚度差异较大, 有些锤在全部玻璃没有砸破之前锤尖已经钝化, 很难再砸碎玻璃;b逃生锤锤头长度长短不一, 动车玻璃整体厚度较厚, 锤头太短则很难穿透整个中空玻璃;c部分逃生锤塑料把手强度不够, 砸玻璃过程中锤把断裂。
3.2 试验人员
试验人员差异对试验结果的影响在于:a试验人员体力, 如果逃生锤质量不是很好, 或逃生窗结构设计及生产制造工艺控制不好等情况时, 则体力弱的人很难砸穿整个中空玻璃层, 或者砸碎了所有的玻璃层却没有足够的力量推开整块玻璃, 特别是由体弱的女子来进行试验时会发生推不开的情况;b试验人员应敲击红点区域, 如不掌握此方法而凭蛮力东一点、西一点的乱敲, 不但敲不碎每片玻璃, 还会损坏锤头或锤把, 一但锤把断裂则再无可能砸开逃生窗。
我国国标GB10000-88《中国成年人人体尺寸》中给出的18~60岁男子的50%分位数身高是1678mm、体重59kg, 18~55岁女子的50%分位数身高是1570mm、体重52kg, 不同地区有较大差异[3], 现如今的身高和体重明显高于该标准中的数据。
3.3 逃生窗的结构设计与生产质量控制
正确和合理的结构设计是保证逃生成功的基础, 设计不科学则会大大增加逃生所需时间;生产工艺控制不好, 如钢化时风压或加温温度不够, 碎片颗粒度偏大, 用此钢化玻璃做成夹层中空玻璃后, 即便敲碎了玻璃, 大颗粒碎片在胶片层的粘合下, 彼此仍有较高的咬合力, 造成玻璃已碎但却不能在规定的时间内推开玻璃。
4 逃生试验结果
4.1 逃生步骤
在标准的制订过程中, 项目组进行了大量验证试验, 图2是正确的逃生操作步骤:1) 拿起逃生锤并选择逃生窗红点标识处;2) 集中在红点处快速敲击玻璃至玻璃破碎, 敲击时最好保持锤尖垂直冲击到玻璃上, 每次敲击的位置尽量集中在一个点上;3) 敲碎一层玻璃后继续用同样的方法敲击第二层玻璃直至所有玻璃破碎;4) 用力向外推玻璃至玻璃脱离窗框。表1列出了不同试验人员、不同车型玻璃和不同锤头的试验结果。
*为非专业人员, 第一次接触逃生试验。
4.2 结语
从已进行的试验结果可以得到以下结论, 可作为制订标准的参考:
1) 试验选用的几种不同结构的逃生窗都能在60s内被敲碎, 且每组的平均时间不超过45s。
2) 逃生锤非常重要, 好的逃生锤锤尖部位合金材料质地坚硬, 多次敲击玻璃后其尖端部位没有变化, 质量差的锤尖部在敲击几次后尖端已明显钝化, 很难再次敲碎玻璃, 加大敲击力度后锤把会出现断裂。
3) 如果有好的敲击工具, 即便是第一次接触逃生试验的人, 在简单告知敲击方法后, 也能在60s内敲碎并推开逃生窗。
4) 试验证明, 人力敲击方式的试验比用机械模拟试验更具有代表性。试验人员力量的大小虽不是逃生试验成败的决定因素, 但会影响推开玻璃的速度, 试验应优先选用体力较弱的女子来实施试验, 可按照GB10000-88标准中50%分位数的指标来挑选试验人员。
5) 为车辆配备合格的工具, 并提示乘客掌握准确的使用方法是逃生的关键。
摘要：本文介绍了高速动车车窗的结构形式及国内外逃生试验方法标准情况, 分析了影响动车逃生窗逃生试验结果的因素, 通过试验比较了逃生锤、试验人员等对试验结果的影响, 得出了可作为制订标准的参考依据的结论, 普及了逃生试验的基本常识。
关键词：高速动车,紧急逃生窗,逃生试验,逃生锤
参考文献
[1]德国联邦铁路局颁布的“铁路车辆中关于紧急窗 (NEA) 试验的管理规范”;
[2]DIN33402-2:2005 Ergonomics-Human body dimensions-Part 2:Values
一次逃生演习 篇3
教室里悄无声息,大家整装待发。这时只听见校园里拉起了响亮又悠长的警报,“呜呜——”声把我们引到了火灾现场,我们立刻警醒过来,快速拿起毛巾,有秩序地向操场冲去。
我们班在四楼,下楼时难免会遇到很多同学,这时就有不少同学会焦急地说道:“快一点,大火要蔓延了!”老师则在一旁快速地疏散人群。我四下张望着,楼梯上人满为患,我的心一紧,想:再不快点,我就要成烧烤啦!我仰面看大家,大家脸上都挂着紧张的神情。唉,只有我还在开小差。我羞惭地压低身子,紧捂口鼻,仿佛在我的头上就漂浮着一股股有毒浓烟一样。就这样,我们顺利地走过危险地带——楼梯,到达一楼。
这时候,大家好像看见宝藏似的,忘却了刚才的紧张,使出九牛二虎之力快速地向操场冲刺。同时,其他班也在逃生之路上疯狂地奔跑着。到了操场,我们准确地找到了各班级所在的位置,立马坐下休息。这时,大喇叭里响起了一条令人振奋的消息:“这次的逃生演习圆满成功!”我长长地呼了一口气,提醒自己:万一到了真正的火场之中,自己一定不要紧张,要像今天的演习一样沉着冷静。
每年的1 1月9日,我们学校都会举行一次逃生演习。相信我们在这一次又一次的演习中,定会掌握逃生的方法和技巧!
(指导教师:庄洁)
教师点评
新型逃生避难窗 篇4
随着国民经济的迅速发展, 结构复杂、人员密集的楼房建筑逐渐增多, 一旦发生火灾就给消防工作带来极大的困扰和危机, 也将给人们的生命安全和财产带来巨大损失。
2008年上海商学院宿舍楼发生火灾, 4名女大学生为了逃生, 从阳台一跃而下, 结果无一幸免于难。火灾中人员被防盗窗困在屋内被烟熏呛, 逃不出救不出来的惨景也时有发生。大量群死群伤的火灾案例表明, 安全出口、疏散通道不足或被封堵, 逃生无路是导致人员伤亡的主要原因之一。
目前消防应急救援装备、能力与楼房的发展严重失衡。针对目前的被动状况, 认真分析国内外相关技术的最新发展动向, 填补我国消防应急救援装备技术的漏洞, 迫在眉睫。
1 作品简介及工作流程
新型逃生窗整体上以民用防盗窗为原型, 是对防盗窗的窗网加以改造而成。它主要由窗体、安全锁、控制电路等几部分组成。新型逃生窗平时就是防盗窗, 由两把安全锁锁住。工作时, 首先安全锁自动打开, 然后在电磁铁的推动下, 窗一侧面绕底面一端的固定轴旋转90度, 并由三角架支撑, 形成过度平台;另一侧面则 (或连接顶面) 绕底面另一端的固定轴旋转, 形成垂直的梯子。下一层的逃生窗的结构设计刚好与上一层窗的竖直中心线对称及下层窗形成的过度平台的上面是上层形成的梯子, 下层的梯子则在另一侧与再下层窗的过度平台对应。所有逃生窗按此规律安装, 火灾发生时全部打开, 形成逃生路线 (如图1) 。受困人员就可以通过此逃生路线逃到下一层或远离火灾现场, 躲避灾难。
2 控制部分设计
2.1 烟雾传感器的选择
火灾发生时, 产生大量的烟、少量热量和较少的火焰辐射, 因此, 为了及时感知火灾, 在第一时间发出报警信号, 应选用感烟探测器。烟雾传感器是通过监测烟雾的浓度来实现火灾报警的, 常用的烟雾探测方式有离子感烟探测、光电感烟探测方式。离子式烟雾传感器是一种技术先进, 工作稳定可靠的传感器, 被广泛运用到各种消防报警系统中, 性能远优于气敏电阻类的火灾探测器, 性价比也远优越于光电式探测器。因此, 我们选用了离子感烟探测器作为烟雾传感器, 电子感应部分。
2.2 电路设计
电路整体上以51单片机为载体设计, 首先将烟雾传感器产生的模拟信号经放大后转换成数字信号输入单片机, 再经过单片机的处理, 然后单片机按时序输出三路信号 (高电平) 给电磁继电器, 第一路先将安全锁打开, 第二路使电磁铁工作, 推开窗侧面成平台, 第三路将使电磁铁推开另一侧面形成逃生梯。为适应火灾现场的复杂环境, 在控制电路中设计了自动运行部分和手动控制部分, 当自动运行系统发生故障或反应滞后时, 按下手动按钮 (设在逃生窗所在房间内) 可直接让单片机按时序输出这三路信号。
3 机械部分设计
3.1 窗体
新型逃生避难窗 (如图2) 的窗体是以民用防盗窗为原型, 经改进设计而成, 它主要由如下几部分组成:窗框、逃生梯、过度平台、三角撑等。
逃生梯内部的方管横向布置, 以使其展开后形成梯子, 横档间距110mm~180mm, 而其它部分是将方钢管竖直, 其间隔为90mm~180mm。火灾时能开启的两侧装有两把安全锁, 起到防盗作用。
另外, 通过我们进一步研究, 如果下层窗的上沿到上层窗的下沿之间的距离小于窗的高度, 可将逃生梯一侧的窗框设计成滑轨式, 将逃生梯滑套在滑轨内, 在其上部安装一只安全锁, 可以省略一只顶出电磁铁, 靠其自重下滑, 形成逃3.2安全锁的设计安全锁 (如图3) 是我们为窗体专门设计的, 它主要由如下几部分组成:锁壳、锁舌、电磁铁、滑动垫块、可充电电池 (在图中未安装) 等。
该锁与其他形式锁的不同之处在于该锁的工作过程:
1) 锁闭:它的锁紧方式采用的是扭转式, 转动旋转手柄, 使锁舌旋出, 滑动垫块在电磁铁的弹簧作用下伸出, 垫在锁舌的尾部, 及完成锁闭;2) 开锁:当控制系统发出火灾信号时, 电磁铁得电, 滑动垫块在铁芯的带动下, 向电磁铁内宿进, 是锁舌的尾部脱空, 锁舌在扭簧的作用下回宿进锁壳内, 实现开锁。
该锁的优点在于:无需钥匙, 非紧急状态无法开锁, 有效保证安全;平时状态下, 该锁无需耗电, 只有当电池的电量不足时才对其充电;该锁完全由电信号控制其开闭, 实现了电气的快速灵敏控制;该锁结构紧凑, 安装方便 (与普通锁的安装方式相同) , 使用简单。
4 结论
目前, 市场上的火灾逃生装置都无法很好地解决火灾中的人员逃生问题。我们设计的这款新型逃生窗将会为受困人员提供一套全新的逃生路线, 实现方便快速逃生, 有效地解决这一棘手的问题。再者, 新型逃生避难窗真正做到了防盗和消防两用, 大大减少了制作和研发成本, 节约了社会资源, 将有利于构建节约型社会。这些都是同类产品所难以匹敌的, 推广价值和应用前景将十分广阔。
参考文献
[1]纪名刚, 陈国定, 吴立言[M].机械设计.北京:高等教育出版社, 2001.
[2]廖念钊, 许金钊.互换性与测量技术基础 (修订本) [M].北京:中国计量出版社, 1998.