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大型体育场馆紧急情况下的人员疏散研究










近年来,随着北京奥运会等重大体育赛事的举行,我国的体育事业得 到了长足的发展。各地都雨后春笋般新建了大量的体育场馆,并在全国 范围内掀起了全民健身的高潮,大大增加了体育场馆的使用频率。而体 育场馆作为大型公共建筑,属于人员高度密集的场所。一旦发生事故, 很容易造成大量的人员伤亡

。而体育场馆事故中,人群拥挤踩踏事故是 发生频率最高也是最容易引发群死群伤的事故类型。因此,人群拥 挤踩 踏事故越来越受到国内外专家学者和科研院所的关注。 应用事故致因理论、事件树和风险理论对体育场馆人群拥挤踩踏事 故的发生发展过程进行定性定量分析,研究事故发生的机理,确定事故 发生的风险,从而寻求阻止事故发生的方法。人群拥挤踩踏事故主要是 由于人群密度过大引发的,而人群密度与人群的移动速度、人群通过率 三者之间有着紧密的关系。分析三者之间的关系,了解造成人群密度过 大的原因。确定安全疏散总时间的数学模型,得出体育馆疏散时间计算 的数学模型,从而能够算出体育场安全疏散的总时间。为体育场馆的建 设、人员疏散研究、安全疏散设计、疏散应急预案建立提供有效的依据 对于体育场馆安全疏散的研究意义重大。 关键词:大型体育场馆;踩踏事故;风险理论;安全疏散

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Abstract

Abstract
In recent years, with the Beijing Olympic Games and other major sporting events heldin China's sports undertaking has been considerable development. Have mushroomed in allparts of a large number of new stadiums, and set off a nationwide fitness high tide, greatlyincreasing the frequency of use of the sports venues. The sports stadium as a large-scalepublic buildings, are considered personnel place a high concentration. The event of anaccident, it is likely to cause a large number of casualties. The sports venues incident, acrowd stampede occurred most frequently is the most likely cause of the accident of highhazardous and casualties. Therefore, more and more experts and research institutes pay attention to a crowd stampede. Application of accident causation theory, event trees and risk theory to the crowded stadium stampede accident occurrence and development of qualitative and quantitative analysis to study the mechanism of the accident .Then we can determine the risk of accident and find a way to prevent the accident. A crowd stampede accidents are mainly caused by that population density is too large. While it has a close relationship among the population density , the move speed of population and pass rate. After analyzed the relationship of the three,we can understand the reasons causing the crowd density too large. Determine safe evacuation of the total time mathematical model to arrive at stadium evacuation time calculation mathematical model, which can calculate the total time to evacuate the stadium security. For the construction of stadiums, evacuation research, design safe evacuation, evacuation emergency plan established to provide an effective basis. It also has a great significance to the safe evacuation in stadium. Key Words: Large stadium; Stampede accident; Risk theory; Safe evacuation

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第一章 绪论 .................................................................................................- 1 1.1 研究背景 .......................................................................................- 1 1.1.1 我国体育馆建筑的发展现状 .............................................- 1 1.1.2 现代体育馆建筑的发展趋势 .............................................- 1 1.1.3 现代体育馆建筑的分类 .....................................................- 3 1.1.4 现代体育场馆的事故危害性 .............................................- 3 1.1.5 国内外拥挤人群疏散研究现状 .........................................- 5 1.2 本文研究内容 ...............................................................................- 8 第二章 现代大型体育场馆疏散特性研究 ...............................................- 9 2.1 现代大型体育场馆类建筑的疏散特性 .......................................- 9 2.1.1 体育场馆建筑空间结构特殊性 .........................................- 9 2.1.2 大型体育场馆火灾特殊性 .................................................- 9 2.1.3 大型体育馆台阶疏散的特殊性 .......................................- 10 2.2 本章小结 ..................................................................................... - 11 第三章 体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析.....................................- 12 3.1 体育馆人群拥挤踩踏事故风险概述 .........................................- 12 3.2 体育场馆易发事故类型及其特点分析 .....................................- 12 3.2.1 易发事故类型分析 ...........................................................- 12 3.2.2 易发事故特点分析 ...........................................................- 12 3.3 基于事故致因理论的人群拥挤踩踏事故分析 .........................- 16 3.3.1 事故致因理论简介 ...........................................................- 16 3.3.2 人群拥挤踩踏事故的事故致因理论分析 .......................- 18 3.4 体育馆人群拥挤踩踏事故发生的风险分析 .............................- 25 3.4.1 体育场馆人群拥挤区域分析 ...........................................- 25 3.4.2 体育场馆人群拥挤踩踏事故风险形成阶段风险 ...........- 25 第四章 体育馆疏散相关参数研究 .........................................................- 28 4.1 人员安全疏散基础参数 .............................................................- 28 4.1.1 人员荷载的确定 ...............................................................- 28 4.1.2 人流速度、人流密度 .......................................................- 28 4.1.3 人流密度与速度的关系 ...................................................- 29 3.1.4 通道有效宽度 ...................................................................- 31 4.1.5 人流流量、单股宽度 .......................................................- 32 4.1.6 人流密度与人员流量的关系 ...........................................- 33 4.1.7 疏散口宽度、数量 ...........................................................- 34 4.1.8 疏散口和坐席布置 ...........................................................- 35 i





4.2 安全疏散时间 .............................................................................- 35 4.2.1 体育馆人员疏散的过程 ...................................................- 35 4.2.2 安全疏散标准 ...................................................................- 35 4.2.3 体育馆疏散时间的计算 ...................................................- 36 4.2.4 两种算法的适用范围及局限性 .......................................- 37 4.3 本章小结 .....................................................................................- 38 第五章 体育场馆的安全设计 ...................................................................- 39 5.1 内部空间的安全疏散设计 .........................................................- 39 5.1.1 疏散总宽度的确定 ...........................................................- 39 5.1.2 安全出口的布置及要求 ...................................................- 40 5.1.3 疏散走道的设计 ...............................................................- 41 5.1.4 诱导疏散设计 ...................................................................- 42 5.1.5 安全疏散的组织与引导 ...................................................- 43 5.2 外部空间的安全疏散设计 .........................................................- 43 第六章 体育场馆安全疏散管理及时间计算的数学模型.......................- 44 6.1 体育场馆人员疏散的数学模型 .................................................- 44 6.1.1 体育场馆人员疏散时间的计算的数学模型 ...................- 44 6.1.2 疏散时间的计算 ...............................................................- 44 6.1.3 算例 ...................................................................................- 45 6.2 处理紧急情况的人流疏散管理 .................................................- 46 6.2.1 紧急情况的分类疏散 .......................................................- 46 6.2.2 体育场馆的安全疏散标志 ...............................................- 47 6.2.3 体育场馆安全防范技术系统 ...........................................- 47 第七章 总结与展望 ...................................................................................- 48 7.1 结论 .............................................................................................- 48 7.2 展望 .............................................................................................- 48 参考文献 .....................................................................................................- 50 致 谢 ............................................................................. 错误!未定义书签。

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第一章

绪论

第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 我国体育馆建筑的发展现状 近几年,随着我国经济的不断发展,大型超大型建筑不断增多,在建的和新建的 体育场馆建筑比比皆是,众所周知的就数首都北京的国家体育场(“鸟巢”)以及国家游 泳中心(“水立方”)这两个奥运标志性建筑物了。上海近几年在体育场馆建筑的建设 上也进行的如火如荼, 比较有名的就是成功举办 2010 年上海世界博览会的世博场馆、 国际体操中心羽毛球馆等一大批符合国际赛事标准的大型体育场馆设施。 上海在某些 项目上已经跻身于国际一流体育设施城市行列。为了办好第 16 届亚运会,广州也开 工建设了一系列大型场馆。其中包括广州亚运综合体育馆、奥林匹克体育中心、游泳 跳水馆、 武术舞蹈馆、 等大型体育建筑。 代表了中国体育体育场馆类建筑的最高水平。 存在的隐忧:全国各地一味的盲目兴建大型体育馆项目,好大喜功,修建面子工 程,政绩工程。如果不能保证体育馆的利用率而盲目建设,体育场馆的运营不得不依 靠财政补贴。如果长此下去,体育场馆将成为一个城市的 "无底洞 "。比如为了迎接 2013 年将于辽宁省举行的第十二届全国运动会,辽宁上下掀起了一股建设大型体育 馆的热潮。2009 年 11 月 2 日,随着“一场三馆”中的沈阳奥体中心综合体育馆的顺 利竣工,辽宁各项目的承办城市也掀起了一场修建奥体中心的“竞赛”,鞍山、丹东、 营口等城市都投资数亿元,陆续开启了规模浩大的场馆兴建工程,而一些中小城市的 体育场馆建设甚至比沈阳奥体中心还要宏伟、气派。此外,在沈阳高校争相修建新校 舍的时候,也都建设了一批高水准的体育场馆。但是高昂的维护成本令一些高校体育 场馆至今没有投入使用,甚至成了“半吊子”工程。 1.1.2 现代体育馆建筑的发展趋势 随着广大人民对于体育建设健身热情的不断高涨以及现代建筑技术的不断发展, 现代的体育场馆建筑的特点和以前大有不同,主要有两个方面的变化,一是规模上的 变化,二是功能上的变化。 (1)规模日趋庞大。近些年,随着北京奥运、上海世博、广州亚运的顺利承办和
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举办。我国掀起了一股建设大型体育场馆的热潮。新建了一大批具有国际一流水准的 大型体育馆。建筑的规模与从前也不可同日而语。部分大城市体育馆规模见表 1-1。
表 1-1 名称 黑龙江速滑馆 上海体育馆 台湾小巨蛋体育馆 国家游泳中心 五棵松体育馆 国家体育馆 北京奥体中心 山东济南奥体 中心体育馆 深圳大运中心体育馆 7.4 18000 2009 中国部分大城市体育馆规模统计 总座位数(个) 9000 10000 15000 17000 18000 18000 7000 10000 开工时间(年) 1994 1999 2000 2003 2005 2005 2006 2006

建筑面积(万 m3) 2.5 3.1 2.0 7.95 6.30 8.90 4.74 5.90

(2)功能多样化。以前的体育馆只是单独承办一些重要赛事,其余时间都是闲的, 为了减少维护成本,平时大都不对公众开放。现在随着经济的发展,体育馆也已经开 始承办一些商业性的活动来维持日常运营开支。体育馆最主要的设计意图,比赛功能 已经弱化,据统计, “体育比赛占的比例只有 1/4-1/3 之间 ,文艺演出等活动却占到 2/3-3/4,文艺和商业性的活动占到了主体,此外体育馆有 80%-90%的时间是空闲的, 用于向广大民众开放,于是群众的体育锻炼成了体育馆使用的主体”[1]。这也就要求 现代的体育馆的已经不再仅仅简单的为了体育赛事服务。已经向融合购物、休闲、餐 饮等功能为一体的综合性建筑类型发展。现代体育场馆的变化发展,是经济时代发展 的必然趋势,使得体育馆自身的生存能力更强。更加注重功能性和效益的提升。现代 体育馆建筑的发展越来越接近于一个多功能综合性的建筑。
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1.1.3 现代体育馆建筑的分类 体育馆建筑的类型较多,一般来讲,按照室内和室外有无看台以及举办的运动项 目等来进行分类。在《体育建筑设计手册》[2]中有如下表 1-2 到 1-4 的分类:
表 1-2 体育馆按是否覆盖、有无固定看台的分类表 分类 是否覆盖、有无固定看台

露天体育建筑 有无固定看台

游泳池或游泳场、足球场、田径场、排球场、篮球场等 体育场、灯光球场等

室内体育建筑

室内篮球场、室内游泳池、室内田径场等

表 1-3 分类 竞赛型场馆建筑 训练型场馆建筑 健身娱乐型场馆建筑 体育医疗建筑 表 1-4 分类 只有单项运动的场馆建筑 综合性运动场馆建筑

体育馆按主要使用功能的分类表 主要实用功能的分类 体育馆、体育场、游泳馆等 保龄球室、健身房、室内游泳池、乒乓球室等 保龄球室、健身房、室内游泳池、乒乓球室、台球室等 体疗室、气功疗室、骨科、保健按摩等 体育馆按主要运动项目的分类表 馆内存在项目的分类 篮球馆、排球馆、兵乓球馆以及游泳池等 多功能使用的体育馆、体育健身俱乐部等

1.1.4 现代体育场馆的事故危害性 现代体育馆作为一种日常生活中主要的公众聚集场所,建筑不断朝着多样性、 商业性、综合性的建筑类型前进,体育馆的综合利用率也越来越高,除了一些重要的 体育赛事在体育场馆内举行之外, 一些较大型的政治集会以及文艺演出等也经常选在
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体育馆馆内举行。 这就要求体育馆建筑的具备商业能力、 具有综合性。 具备多种功能。 如可以开展演唱会、签售、晚会等活动。要求体育馆能够灵活变化,通过空间组合、 增减可移动设施等方法来实现功能。建筑趋向于综合性利用。比如国家游泳馆(水立 方)为了适应赛后的综合性利用,1.7 万个座位被拆除了 1.1 万个,用于减少维护成 本。但仍然满足国际泳联的要求举办大型游泳赛事至少 6000 个座位的强制要求。 现代体育馆建筑为了达到商业性、综合性的目标的过程中,必不可少的会带来很 多火灾隐患。比如在 2010 年 12 月 31 日,浙江杭州的黄龙体育馆在承接演唱会的过 程中,因用电超负荷,空调过热引燃电器导致火灾。现代体育场馆作为一种性质重要 的大型公共建筑, 馆内经常会有大量人员聚集于某一特定的时间段内的人员密集的大 型场所。从近几年的事故案例我们可以看出,体育场馆中发生频率高、危害大、有重 大影响的事故主要有两种。人群发生骚乱踩踏事故以及发生火灾。 当体育馆发生火灾以及其他的一些紧急事故时, 经常会出现严重的人员伤亡和重 大的经济损失,其对社会所造成的影响也是极其恶劣的。比如在 2008 年 7 月 27 日, 山东省济南的一座作为第十一届全运会球类举办地的奥体中心体育馆发生火灾, 火灾 着火部位于体育馆西南侧楼顶,事故原因是工作人员违章作业,电焊操作引燃穹顶处 理层防水材料所致,过火面积约占楼顶的四分之一。由于奥体中心体育馆处于施工过 程中,附属的消防设施不完善。无法在初期控制住火灾。而且其周边的道路也在同时 进行施工,消防车道被占用导致来救援的消防车迟迟难以进入体育馆外围进行灭火, 水枪作用面有限。同时消防用水的供应也出现了困难,当时体育馆的施工现场十分混 乱,体育馆很多地方灭火队员都难以进入,这也进一步加剧了现场灭火的难度。由于 体育馆高五六十米, 使高压水龙头难以迅速将顶部的火势压住。 幸好一场及时雨降临, 给现场灭火工作增添助力。消防队员奋战 5 个小时之后才将火势扑灭。祸不单行,11 月 11 日,济南奥体中心球类场馆再次发生火灾。烧了 3 个半小时。仍然是穹顶处理 层的防水材料因违章作业起火,顶部过火面积达数千平米。火势比较猛烈,且在屋面 板下阴燃,并向两侧蔓延。量浓烟,几公里之外都可以看到。两次火灾同一个部位同 一个原因。造成的社会影响非常恶劣。2011 年 09 月 28 日,位于丹麦首都哥本哈根 市中心的 KB Hallen 体育馆突发大火,警方表示消防员已无法进入体育馆内部,大 火燃烧 7 个多少小时,整栋建筑可能全部焚毁。所有看台均被烧毁,造成 3 人丧生, 数十人受伤。2007,巴西东北部一座体育馆 11 月 25 日发生看台坍塌事故,当地警方 称,目前已经造成 8 人死亡。据悉,这座名叫“新起源”的体育馆位于萨尔瓦多市。在
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当天的足球比赛结束时,球迷开始欢呼雀跃,未曾想到体育馆的高层看台被踩出一个 大洞,球迷们纷纷摔落,从而酿成悲剧。比如场馆内大量人群聚集引发的一些人为的 灾害(烟头引发火灾等) ,造成人员惊吓、恐慌、从众等意识的影响。人群混乱无序, 向最熟悉的通道疏散(一般为来时的通道) 。大量人群拥挤踩踏导致出口堵塞,进而 继发骚乱、挤踏等事故。最终引发群死群伤性的严重后果。例如,在 2011 年 2 月 21 日,马里首都巴马科的一座可以容纳 25000 人的体育馆内进行布道活动结束之后,人 们争先恐后的去涌向布道者,以求获得祝福。因为前面有栏杆阻拦,前排的民众无法 过去,后面的民众仍然蜂拥而上,且整个活动缺少管理人员维持秩序,结果导致人群 发生骚乱,继而发生踩踏事故。事故造成至少 30 人死亡。给人们留下了惨痛的教训。 总而言之,体育场馆作为一种有大量人群聚集的重要公共建筑,其疏散研的意义十分 重大,如何做好体育场馆的疏散设计是急需我们思考与研究的一个重要课题。 1.1.5 国内外拥挤人群疏散研究现状 早在上个世纪 40 年代,国外就开始了对人在火灾中行为进行描述和报道,而真 正意义上的关于人在火灾中行为的研究是从上个世纪 70 年代初期正式开始的。于是 就有了 1974 年和 1978 年的“人在火灾中行为”第一、第二次国际讨论会,一直到 1977 年 NBS 出版了《建筑中紧急疏散评估的技术手册》为止,这段时间被公认为是 人员疏散问题研究的初级阶段。在进入 80 年代之后,随着计算机数值模拟技术的发 展,计算模拟的方法被广泛应用到研究火灾后人员的疏散问题中。Belfast 于 1998 年 在爱尔兰召开第一届国际火灾中人员疏散问题研讨会之后, 关于人员疏散问题的研究 得到了进一步加深。进入本世纪之后,虚拟现实技术得到了实质性的发展,于是在模 拟火灾中人员的疏散问题上也开始不断的应用虚拟现实技术。 我国针对紧急状态下人员疏散问题的研究起步较晚, 开始于上个世纪 90 年代末。 经近年来,国内对于人员疏散方面的研究工作更注重工程应用方面,主要包括各种疏 散模型的建立、安全疏散设计的性能化方法以及人员疏散设计的安全评估等。鉴于我 国的人员疏散方面的研究还处于起步阶段, 且研究的侧重点主要是火灾事故分析与处 理、具体研究对象的建筑防火设计合理性评估、疏散设计以及研究对象的建筑火灾模 型。因此在一些科研院所、高校的相关专家学者的不懈努力下,取得了一定的成效。 在此基础上提出了几种人员安全疏散的模型。 主要有:中国科技大学袁理明等提出的一种计算疏散时间的数学模型[3]。东北大
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学温丽敏等提出的一种火灾时群集疏散的模型[4]。刘文利等提出的地下商业街建筑人 员疏散模型[5]。香港城市大学的 Losm 等提出的 SGEM 疏散模型[6]。王志刚开发的地 下大型商场火灾时期人员疏散计算机模型 FEgress[7]等。然后,这些模型各有侧重点, 各有优势,国内现在还没有比较通用的安全疏散分析软件。 拥挤人群的疏散问题是人员疏散的一个重要组成部分,特别是对于人员密集场 所的人员疏散问题一般都归结为拥挤人群的疏散问题。 拥挤人群疏散问题作为一项重 大公共安全问题越来越受到人们的关注,随着经济和社会的发展,人员高度密集的机 会越来越多,各种拥挤人群事故在疏散过程中时有发生,并且每次都有群死群伤后果 现,造成了群众生命财产的损失和不好的社会影响。比如,2005 年 10 月 25 日晚上 8 点,四川省巴中市通江县广纳小学的晚自习像往常一样按时结束了。铃响过后,孩子 们蜂拥而出, 顺着楼梯下楼, 楼梯上都是人。突然听到一个男同学大声喊“见到鬼了!” 向下走的人群突然间乱了,有学生被挤倒了,可后面的人还在不断地往前拥,后面的 人踩在摔倒人的身上也被绊倒了,顺着楼梯往下滚,一楼二楼间转角的地方很快堆成 了人堆,灾难发生了。在这次拥挤踩踏事故中,8 名学生死亡、17 名学生受伤。2006 年 1 月发生一起伤亡惨重的拥挤踩踏事故,这起事故最终造成超过 345 人死亡,289 人受伤的惨重后果, 这次事故的发生是由于沙特阿拉伯伊斯兰教圣地麦加的朝勤者骚 乱导致的拥挤踩踏事件。2009 年 H 月 3 日,湖南常宁市西江小学的学生准备做课间 操,在下楼时发生严重的拥挤踩踏事故,6 名学生受伤。因此拥挤人群的疏散问题越 来越受到人们的关注, 国际国内的许多科研院所和大专院校都在寻求解决这一问题的 方法。国外拥挤人群疏散研究国外对于拥挤人群的研究较早,己有不少学者已经有比 较完整的理论,下面介绍几种国外学者的研究情况。 (1)日本的 KardiTeknomo[8]其博士论文中对“社会力”模型进行了研究,其主要的 研究对象是拥挤人群个体之间的“排斥力” ,并在 D.Helbing 的研究基础上建立了相 关的微观模拟模型,广泛应用于“社会力”模型研究。 (2)加拿大的 C.M.Henein 和 T.white 等人主要对拥挤人群疏散过程中的人员的群 集行为进行了研究, 其研究基础是 Kirchner 的元胞自动机模型, 应用多智能体技术的 计算机模拟来改进对拥挤人群疏散过程中人群行为的分析[9]。 (3)德国的 D.Helbin, 等人对引发人群拥挤踩踏的主要原因人群恐慌进行了详细分 析,并在此基础上提出了“社会力”模型[10]。之后又对恐慌状态下的人群行为进行了 研究,重点模拟研究了人群的各种自组织现象。他们通过设置不同场景的方法来模拟
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各种情况下的人群运动,并且最终得出结论: “恐慌引起的人群惊跑是人群聚集最危 险的一种形式,在此种形势下,由于个体之间的碰撞和踩踏往往会造成重大伤亡” (4)法国的 LHeigeas 等人通过对人群聚集现象的研究,将人群聚集现象分为两种 类型:一种类型表示的是人与人之间的相互关系(在规模比较小的情况下,群体之间会 进行讨论和协商);而另一种类型表示的是大规模的人群聚集现象,包括人群的流动 和干扰。大规模人群聚集的情况下,聚集人群会产生一些非协商性的紧急状况,这是 他们研究的主要对象,并且认为这种现象为典型的人群自组织行为[11]。除此之外,他 们还通过运用物理作用力原理建立了粒子模拟系统, 并运用该系统模拟分析紧急状况 下的人群聚集行为。 (5)澳大利亚的 R.s.c.Lee 和 R.L.Hughesl[12]等人则是重点研究了人群拥挤踩踏事 故,他们通过对一些已经公开的事故统计数据进行分析,为了能够实现对人群拥挤踩 踏进行定量分析,引入人流连续性模型对实例进行分析,最终实现预测人群行为规律 的目的。 国内在拥挤人群疏散方面的研究起步较晚,但是通过专家学者们的不懈努力,也 在以写方面取得了一定的成果,下面介绍几个国内有代表性的研究成果。 (1)沈阳建筑大学的陈宝智、张培红等人研究的理论基础是离散系统分析动力学, 他们的主要研究对象是建筑火灾时的人员疏散, 应用离散系统分析动力学来分析疏散 群集流动中疏散个体的动力学特征。 在此基础上通过建立运动状态方程来分析群集流 动。并在之后的研究中分析了群集流动在不同空间特征疏散通道上的变化规律。与此 同时,他们还运用计算机仿真技术来预测应急疏散时人员群集流动的性状。通过一系 列的研究他们认为:群集流动的性能主要手疏散出口、通道的空间几何特征影响[13]不 会随着疏散个体心理状态和行为特征的变化而变化。 (2)武汉大学的陆君安等人研究的理论基础是曲线拟合方法,该方法的基础是大 量都经济贸易大学硕士学位论文《体育场馆安全疏散定量分析方法研究》的现场观测 和录像记录,并最终得到人流密度一移动速度的关系曲线 (国外学者认为人员的移动 速度与人员的拥挤密度之间呈对数关系)。之后他们对紧急状况下人员在建筑物内的 疏散, 主要对此过程中前后及左右拥挤分别能对人员的启动加速度产生怎样的影响进 行了研究, 并通过建立了人员疏散动力学方程来推导人员在拥挤环境下的移动速度公 式。研究结果进一步验证了人员的移动速度与人员拥挤密度之间是一种对数关系[14]。
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(3)中国科技大学的宋卫国等人在 Helbing 的分子模型的基础上主要研究了出口 条件对疏散时间的影响。他们重点对建筑结构(出口宽度、出口厚度等)特征、疏散期 望速度等人群特征与疏散时间之间的关系进行研究, 其研究过主要通过应用 “社会力” 模型(多粒子自驱动模型)对紧急情况下(如火灾发生时)的人员疏散过程进行模拟来实 现,并且实现了对实际疏散过程中出现的典型现象的重现。通过一系列的研究他们认 为:随着人群期望速度的变化,疏散时间存在一个最佳值[15];建筑结构特征对疏散时间 的影响存在一个渐近关系。 (4)上海交通大学的卢春霞等人应用波动理论模拟了紧急疏散时速度与密度的关 系。其研究的理论基础为流体力学中的激波理论,在此基础上将拥挤人群看作是一种 连续介质,研究拥挤人群的人群流动、人流密度、速度与激波的关系。通过一系列的 研究他们认为: 在没有个体差异的情况下, 如果在拥挤人群中产生任何形式的扰动(直 接表现为密度的变化),根据波动理论,这种扰动都会以波的形式在人群中传播;然而 人群中的个体间往往存在着差异,正是由于这种差异(杂质),将会引起波发生非线性 畸变,并且最后很有可能产生激波,即拥挤事故。因此,我们希望通过采取一些措施 来避免拥挤事故的出现,比如改变边界条件、控制初始密度、设置畸点等[16]。

1.2 本文研究内容
本文通过对体育场馆事故发生类型以及发生发展规律的分析知道, 体育场馆疏散 过程中最易引发大量人员伤亡的事故类型为发生在看台出口前疏散等待区域的人拥 挤踩踏事故。应用事件树分析、事故致因理论和风险理论对人群拥挤踩踏事故进行了 风险分析, 发现引发人群拥挤踩踏事故的主要原因是人们恐慌状态下引起的人群密度 过大。然后对人流速度,人流密度等相关参数进行具体分析,得出避免人群拥挤踩踏 事故发生的疏散口宽度,数量。得出体育馆疏散时间计算的数学模型,从而能够算出 体育场安全疏散的总时间。为体育场馆的建设、人员疏散研究、安全疏散设计、疏散 应急预案建立提供有效的依据。 尽可能的减小了由于意外事故造成的人员伤亡和财产 损失。

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第二章

现代大型体育场馆疏散特性研究

第二章

现代大型体育场馆疏散特性研究

2.1 现代大型体育场馆类建筑的疏散特性
现代大型体育场馆类建筑与一般建筑相比,其特殊性主要体现在三个方面:场馆 空间结构宏伟,疏散路线长。场馆建筑疏散的方式不同,人员疏散特性也随之不同。 场馆内有大量坐席和台阶,人员行动极度受限。大型体育场馆建筑的这些特性使得对 其疏散的研究与其他建筑有明显的不同。 2.1.1 体育场馆建筑空间结构特殊性 大型体育场馆建筑高,空间大,跨度长。体育场馆由于要举办体育赛事,场内必 须要有大面积的场地以及大量的固定式坐席与活动式坐席。 这一特性导致现代的体育 场馆如果依照现有条文式规范难以准确划分防火分区。 对于一般建筑的防火分区划分 只需设置一定的防火防烟分隔物(如防火门、防火卷帘等) ,可体育场馆的视线不可 以出现阻隔,无法按照常规方法设置防火分区。若不设置防火分区的话,一旦发生火 灾,火势和烟气将会迅速蔓延开来,对人员的疏散造成极大的困难。体育场馆的跨度 大对体育场馆的建筑材料就有了更加严格的要求。经过实践证明,用于体育馆屋顶结 构的材料最为适合就是钢析架。.钢结构具有强度高、自重轻、材质均匀、塑性韧性 好、拆迁方便、密闭性好等优点。但也有其耐腐蚀性差、耐火性差、低温易脆性断裂 等固有缺陷。其中对于体育馆建筑疏散研究最为重要的就是耐火性差。无防火保护的 钢材在温度超过 200℃ 后,不仅强度逐渐降低,还会发生兰脆和徐变现象。钢材温度 超过 600℃ ,钢材支撑性能将会骤降。无法继续承受屋顶的重量。可能会出现坍塌。 若此时人员仍未疏散至安全区域,就可能会发生重大事故。 2.1.2 大型体育场馆火灾特殊性 体育场馆室内建筑高,空间大,跨度长,内部电器设备多,人员高度集中,一旦 发生火灾,如果在 5~10 分钟内不能控制火势,就有可能达到发展阶段,以至形成大 的灾害。它的火灾特点是: (1)体育馆的诱发火灾因素多。大型体育场馆功能完善,结构复杂,内部设置的 照明、通风空调、声光等电器设备,易引发火灾;而且场所内聚集着大量人员,给管
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第二章

现代大型体育场馆疏散特性研究

理者带来不便,吸烟、丢弃烟头等现象十分普遍。除此之外,使用可燃材料装台,电 器路老化也是诱发火灾的重要原因。 (2)体育馆人员密集,易造成人员伤亡。体育馆在使用中绝大多数观众对场地疏 散路线不熟悉,更不了解建筑布局及周围环境。在火灾情况下,人员容易惊慌,拥堵 疏散通道及出口极易出现踩踏挤压等伤亡事故。如果在消防设计和管理方面出现问 题,必然会造成大量人员伤亡。另外,因出入口堵塞,火场中浓烟、高温以及建筑物 倒塌等情况的发生,都可能造成大量人员伤亡。 (3)体育馆内部火灾易蔓延快,建筑物易倒塌。多数体育场馆内部的舞台、观众 厅、设备等处都是通过过道等相互连通的,发生火灾后,火势凭借良好的通风条件, 会造成一处着火、 多处燃烧的情况。 而且体育场馆属于大跨度建筑, 一般采用钢结构, 火灾中,带有闷顶的钢屋架,木质屋面房盖和吊顶被烧穿后 30 分钟即可能塌落。体 育馆一旦失火,在空气对流的作用下,不仅燃烧猛烈,蔓延迅速,且不易扑救。设备 线路相连或者毗邻,繁杂是造成火灾蔓延扩大的途径。 2.1.3 大型体育馆台阶疏散的特殊性 体育场馆内部的台阶主要包括看台入口处的台阶和看台走道上的台阶。 台阶的宽 度数量是按股数计算得到的, 必须保证台阶的宽度不能小于前面的疏散出口的通行能 力。看台走道上的台阶是体育场馆等观演建筑特有的,它的高度以及宽度会对疏散产 生较大影响,主要表现在以下两方面: (1)看台坡度的越陡,台阶的阶高越高,阶高越高则疏散越危险。在坡度较陡的 台上行走人员会产生恐惧心理,若发生紧急情况,恐惧心理加剧,疏散就变得更为危 险。一般,体育场馆上层看台会存在看台坡度较陡、台阶阶高较高的问题,顶层人员 疏散的时候,非紧急情况下都要非常小心的行走,一旦发生紧急情况,极容易摔倒。 (2)纵向通道每级台阶宽度不一定一致,影响人员行走速度,不利于人员疏散。 一般建筑内的楼梯各级踏步的踏面宽必须相等,否则不符合规范,但对于观演建筑如 体育场馆等则未必能做到,如上海复旦体育馆的台阶就是这种情况。该馆每排坐席间 距为 820mm,前后高差为 450mm(必须设 3 级台阶),为使台阶与坐席持平(座位深为 500mm 左右),方便行走,则台阶宽度宜设为 250mm,250mm,320mm,那么,台阶 便无法做到每级宽度都一致。人员行走在宽度发生变化的台阶上,会感觉很不习惯,
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第二章

现代大型体育场馆疏散特性研究

而自觉的降低速度,若行走较快时则容易跌倒,有一定的潜在疏散危险。

2.2 本章小结
本章针对大型体育馆这种建筑类型的特殊性,对体育场火灾的特殊性进行了介 绍。且了解了体育场台阶疏散的特殊性,在下面几章中讲具体介绍相关设计。现代大 型体育馆的建筑设计不断追求美观以及个性化。 导致了不同类型的体育馆建筑的疏散 特性差异很大,已经越来越难以用统一的标准和规范来约束和限制。对于体育馆的疏 散分析也要随着体育馆建筑特征的变化而变化,具体建筑具体分析。

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第三章

体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

第三章

体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

3.1 体育馆人群拥挤踩踏事故风险概述
随着经济社会的发展,日常生活中的大型体育比赛、文艺演出、展览展销会等活 动迅速增加,往往这些大型活动都需要借助体育场馆作为活动场所举行,这就很大程 度上加大了体育场馆的使用强度和人员聚集的频率。 因此,关注体育场馆在使用过程中的易发事故类型及其特征、发生原理及其风险 变得至关重要。 尤其是作为人员密集场所, 在活动进行过程中一旦发生各种突发事件, 极易引起人员的恐慌和骚乱,进而引起疏散过程中出现人员的滞留和拥挤,最终导致 拥挤踩踏事故发生,造成群死群伤的惨重后果。

3.2 体育场馆易发事故类型及其特点分析
3.2.1 易发事故类型分析 通过对已报道的体育场馆事故发生的时间、灾害原因和特点进行分析可知,体育 场馆事故一般可以分为以下三类: (1)自然灾害引发的事故,即由于高温热浪、暴雨洪涝、雷电冰雹、地震、暴雪 等然因素情况下引起的体育场馆建筑屋面掀起、顶棚或者墙体坍塌、结构坍塌及人群 慌乱拥挤踩踏等二次事故,造成人员伤亡和财产损失。 (2)人为事故,由于各种人为因素引起是社会治安问题,如火灾、恐怖袭击、骚 乱、踩踏和爆炸等突发事件发生而引起的人员身体意外伤害、财产损失以及随之引发 的社会恐慌。 (3)事故灾害引起的事故,由于体育场馆的过度商业化、火灾、毒气渗漏、突发 公共卫生事件或者是比赛设施质量问题引发参赛人员意外伤害等管理事故, 以及供电 问题、计算机系统事故、无线电网络故障、体育事故及其他导致比赛不能正常进行的 运行事故。 3.2.2 易发事故特点分析 通过对体育馆事故资料统计分析可知,自 1900 年到 2005 年的 105 年期间,世界
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体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

上其他国家有记载的造成重大人员伤亡的事故一共 34 起[17],详细如下表 3-1 所示:
表 3-1 1900~2005 年世界体育场馆重大事故统计表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 年份 1902 1946 1964 1964 1967 1968 1971 1971 地点 Ibro Boston Lima Maryland Kayser Beones Aire Ibro Salvado 阿根廷 英国 巴西 国家 英国 英国 秘鲁 美国 事故原因 结构失效 结构失效 惊慌拥挤 拥挤 惊慌 惊慌拥挤 惊慌 惊慌,结构 失效 9 10 11 12 13 14 15 16 1974 1979 1981 1981 1982 1982 1985 1985 Hillsboroug Athens Cali Moseow Bradfor Heysel Cairo 埃及 尼日尼亚 英国 埃及 哥伦比亚 前苏联 英国 比利时 惊慌踩踏 惊慌踩踏 拥挤 惊慌踩踏 惊慌踩踏 拥挤 火灾 结构失效 100+ 437 250 27 38 24 24 340 56 39 49 24 受伤人数 512 500 500 60 600 200 144 1500 死亡人数 26 33 318 1 40 74 66 4

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17 18 19 20 21

1985 1987 1989 1991 1992

Mexieo Kathmand Sheffiel Orkne Maraca

墨西哥 尼泊尔 英国 南非 巴西

拥挤 惊慌拥挤 拥挤 惊慌拥挤 结构失效 拥挤

30 700 400 20 50

10 93 96 12

22 23 24 25

1991 1996 2000 2000

Bastia Guatemalaeit Sao Januar Nationals Port

法国 危地马拉 巴西 南非

拥挤 惊慌 惊慌拥挤 惊慌拥挤 180 200 20

10 83

12

26 27 28 29 30

2001 2001 2001 2001 2005

Acera Akash Mottaqi Akashi Antana narivo

加纳 日本 伊朗 日本 马达加斯加

惊慌拥挤 拥挤 砸伤 拥挤 踩踏

277 120 250 120 47

126 10 15 10 2

31 32 33

2005 2005 2005

Ouagadou Tehrall Mogadish

南非 伊朗 索马里

踩踏 踩踏 爆炸

15 40 8

2 6 27

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34

2005

Ouagadougo

南非

拥挤踩踏

15

2

从上表中的统计资料我们可以看出, 在 105 年期间发生的造成重大伤亡的体育场 馆事故中,有 38%的事故时由于结构失效(包括出口堵塞、看台倒塌及照明故障)等诱 因引起的, 总共包括 13 起; 有 50%的事故时由于人群混乱(包括警察和裁判不当行为、 赛场管理及球迷骚乱)等诱因引起的, 总共包括 17 起;有 6%的事故时由于恐怖袭击(主 要是爆炸)等诱因引起,总共有 2 起;而有 3%的事故时由于自然灾害和火灾等诱因引 起,即各有 1 起发生。如图 3-1 所示:

图 3-1 事故诱因比例分图

同时,由上面的统计分析情况也可以看出,人群混乱引起的事故数占总的事故 统计数的 50%。我们知道人群混乱是引发人群拥挤踩踏事故发生的最主要原因之一, 其他原发事故可能直接造成大量人员伤亡的几率非常小,比如:建筑结构失效、火灾 爆炸等, 大部分是基于这些原发事故发生前提下继发的人群混乱, 在人群疏散过程中, 因为看台出口或者疏散通道堵塞等原因伴生人群拥挤踩踏事故而最终导致人员的群 死群伤事件发生。 此外,在即使没有这些原发事故的发生的前提下,在体育赛事、文艺演出、展销 展览会大型活动结束的时候,大量的人员需要退场疏散,此时,场馆观众或者活动参 与人员同时涌向看台出口和疏散通道,造成出口处的大量人员聚集,形成密集人群, 在此过程中一旦人员密度过大造成或者是发生弱势人员跌倒, 就很容易引发人群的拥
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体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

挤踩踏事故(具体发生机理下节讨论)。因此,我们在研究体育场馆事故发生机理的时 候,重点应该放在人群拥挤踩踏事故发生的机理上面,才能抓住体育场馆事故的症结 所在。

3.3 基于事故致因理论的人群拥挤踩踏事故分析
任何事故的发生都是违背人的意志而发生的意外事件。从上面的体育场馆易发 事故类型和特点分析可以看出,引发体育场馆事故的原因可以是多种多样的,然后真 正的能够导致大量的人员伤亡(群死群伤)后果的,往往是各种原发事故(如自然灾害、 火灾、恐怖袭击、建筑结构失效等)引起的伴生事故人群拥挤踩踏。人群拥挤踩踏事 故具有突发性、偶然性、破坏性和复杂性等特征,在发生原发事故或者正常退场的人 群疏散过程中,一旦发生拥挤踩踏事故,必定会影响人群的安全疏散,甚至造成大量 的人员伤亡,在原发事故等情况的共同作用下,进一步对人们的生命财产造成巨大的 威胁。因此,研究人群拥挤踩踏事故发生发展规律,防止人的不安全行为和物的不安 全状态出现或者演变为事故。从而掌握此类事故的发生机理,就可以事先采取各种技 术和管理措施,防止人的不安全行为和物的不安全状态出现,或者在事故发生发展过 程中及时采取措施,阻止事故的继续发展。 3.3.1 事故致因理论简介 事故致因理论是探索事故发生及预防规律,阐明事故发生机理,防止事故发生的 理论。它是用来阐明事故的成因、始末和事故后果,以便对事故现象的发生、发展进 行明确的分析。事故致因理论的主要目是分析事故的发生发展规律,它是建立在对大 量典型事故本质原因的分析基础上,提炼出的事故机理和事故模型。通过对事故原因 进行定性、定量分析,这样我们就可以形成一套科学、完整的理论,用以预测预防事 故,改进安全管理工作。 有以下几种有代表性的事故致因理论: (1)事故因果连锁理论: 事故因果连锁理论的代表是海因里希因果连锁理论, 该理论的主要内容是阐明引 发伤亡事故的各种因素之间的相互关系,以及这些因素与伤害之间的关系。海因里希 因果连锁理论的核心思想是:伤亡事故的发生是一列原因时间相继发生的结果,并非
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体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

仅仅是一个孤立的事件,而且伤害与各原因相互之间具有连锁关系。它包括遗传及社 会环境(M)、 人的缺点(P)、 人的不安全行为或物的不安全状态(H)、 事故(D)和伤害(A)5 个部分,这 5 个部分之间的关系可以用 5 块多米诺骨牌来形象的描述。而博德事故因 果连锁理论、 亚当斯事故因果连锁理论和北川彻三事故因果连锁理论都是在海因里希 因果理论基础上发展改进而来的[18]。 (2)能量意外转移理论 能量意外转移理论认为事故的发生是一种能量的意外或者异常释放, 而人受伤害 的原因只能是某种能量向人体的转移。 它具备两个其他事故致因理论不具备的两个优 点:一是认为所有伤亡事故的直接原因都是各种能量对人体的伤害,因此,我们可以 通过对能量源及能量传送装置加以控制,以达到防止或减少伤害发生目的;二是我们 可以应用该理论建立对伤亡事故的统计分类, 这种统计分类方法能够全面概括的阐明 伤亡事故的类型和性质。 此外, 我们也可以在预防伤亡事故方面引用能量意外释放论。 (3)基于人体信息处理的人一事一物事故模型 基于人体信息处理的人一事一物事故模型的基本观点是:人对外界刺激(信息)的 反应失误是导致人失误主要原因,而人的失误可能直接导致事故的发生。其典型的应 用有威格里斯沃思模型、瑟利模型、劳伦斯模型等几种模型。 (4)动态变化理论 众所周知,我们存在的世界一直处在一个不断运动、变化的过程中,而工业生产 过程也在不断的变化当中,这就是我们所说的动态变化理论。依据该理论,我们的安 全工作也必须随着客观世界的变化而变化,以适应变化了的情况。如果客观条件发生 了变化,而管理者不能或没有及时地适应变化,那么管理工作就会因为管理者的不变 导致失误;操作者不能或没有及时地适应变化,则将发生操作失误。往往事故的发生 是由于外界条件发生变化的情况下导致的机械、设备等故障引起的。其代表理论有扰 动起源事故理论和变化一失误理论。 (5)轨迹交叉论 这里所说的轨迹交叉论指的是:许多相互联系的事件顺序发展的结果是引发伤害 事故。而这些事件主要包括人和物(包括环境)两大发展系列。伤害事故的发生往往是 由于人的不安全行为和物的不安全状态在各自发展过程中(轨迹),在一定时间、空间
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发生了接触(交叉),能量转移于人体引发的。而人的不安全行为和物的不安全状态的 产生和发展,又是受多种因素作用的结果。 3.3.2 人群拥挤踩踏事故的事故致因理论分析 3.3.2.1 人群拥挤踩踏事故类型分析: 在上面章节 3.2 中,已经对体育场馆事故的类型和特点进行了简单的分析,并初 步得出结论:绝大部分的重大人员伤亡事故都直接或者间接 (有原发事故或者无原发 事故)是由人群的拥挤踩踏引起的。因此,分析人群拥挤踩踏事故的类型是分析体育 场馆事故类型的主要部分。 根据对体育场馆事发现场人群的心理状态和行为特征等可以将拥挤踩踏事故分 为两类: (1)逃避型,在有原发事故发生的情况下,比如说,自然灾害、火灾爆炸、恐怖 袭击等,现场人员为了尽快的逃离事故现场,就会造成拥挤人群局部密度过大或者是 有弱势人员跌倒、下蹲等,进而导致拥挤踩踏事故发生。 (2)结构破坏型,在此类人群拥挤事故中,主要原因是由于体育场馆本身建筑物 设计不合理或者是破坏,从而造成拥挤人群密度过大或者人群内有人跌倒、下蹲等, 进而引发拥挤踩踏事故。 从上面的人群拥挤踩踏事故类型划分中可以看出, 拥挤踩踏事故的发生主要是由 于人群的密度过大造成的拥挤事故和人流中有人跌倒或者下蹲造成踩踏事故。 本文只 讨论疏散过程中的人群拥挤踩踏事故。 3.3.2.2 人群拥挤踩踏事故的轨迹交叉论分析: (1)人群拥挤踩踏事故发生发展过程分析 要分析疏散过程中人群拥挤踩踏事故成因,首先要分析其发生、发展过程,下面 通过事件树分析[19]无原发事故发生和有原发事故发生的疏散过程中人群拥挤踩踏事 故发生的过程。见下图 3-2,3-3。

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对人群进行分流

安 安 全 全

人群平均向出口流动 无相应 场所人数 超过场所 容量 措施 无争抢

安 全 安 全 安 全
管理人员及时制止 有争抢 管理人 员未及 时制止 压力时间短 压力时间长

安 全

事 故

平静

安 全
无结构失效

安 全

某出口人员密集 激动慌张 结构失效

事 故 安 全

大量人群继续涌入

压力小,时间短

压力小,时间长

事 故
图 3-2 无原发事故人群拥挤踩踏事故事件树

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出口,通道处人流通过率大于到达率 有序的运动 人数少,时间短

安 全 安 全

火灾,爆炸突 发事件后人员 疏散

出口,通道 处人流通过 率小于到达 率

人数 多,时 间长 恐慌

平静,无恐慌

安 全 安 全 安 全 事 故

及时制止和控制



压力小,时间长 未发现 未控制 有人摔 倒或窒 息

压力小,时间短

事 故 安 全 安 全 安 全 安 全

快速 无序

出口,通道处人流通过率大于到达率

人数少,时间短

平静,无恐慌 出口,通道处 人流通过率 小于到达率 人数多, 时间长 恐慌, 有推挤 未发 现, 未 控制 有人摔 倒窒息 压力大, 时间长

及时制止和控制



安 全 事 故

压力小, 时间短

事 故

图 3-3 有原发事故人群拥挤踩踏事故事件树

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体育场馆的人员疏散过程是经历自由移动、滞留、拥挤、疏散四个过程的,从 上面的图 3-2 和图 3-3 的人群拥挤踩踏事故事件树可以看出,事故的发生主要是因为 看台出口或者疏散通道口处人群密度过大造成拥挤窒息以及有人摔倒引发的踩踏。 然 而,又是什么原因导致了这些情况的出现呢?因此,需要对聚集人群在正常状态下和 恐’慌状态下的行为规律以及体育场馆看台出口、疏散通道口条件进行分析。 (2)聚集人群的行为规律 所谓聚集人群就是基于同一个目的而聚集到一起并达到一定规模的人的集合, 虽 然他们的聚集是基于同一个目的 ( 尽快的通过看台出口和疏散通道到达体育场馆外 部),但是由于个体的差异(包括个体和个体之间,以及个体与群体之间),相互之间存 在着诸多潜在的矛盾,这就会造成整个群体的行为难以预测。与此同时,当有原发事 故发生的情况下,一旦事故发生,人群疏散必须马上进行,然而此时的聚集人群属于 高密度人群,如果在人群内部发生扰动,那么这种扰动就很有可能会波及整个聚集人 群,必然会在很大程度上扩大事故的原有影响,最终导致事故危害范围和程度升级, 形成难以控制的局面。 ① 正常状态下聚集人群的行为规律 首先,聚集人群在选择疏散路径的时候往往倾向于选择到达目的地最快的路径, 并非一定是最短的路径,其行走路径类似于“L”形。其次,聚集人群往往不会出现 争抢,而是都以自己期望的速度行走,研究表明人群的期望速度呈高斯分布,其近似 平均值为 1.34m/s,标准偏差为 0.26m/s,除此之外,它还受到性别、年龄、目的、环 境等因素的影响最后,一般情况下,聚集人群都希望自己与墙和障碍物等建筑物边界 保持一定的距离[20]。 ② 恐慌状态下聚集人群的行为规律 恐慌是经常发生在聚集人群中的一种群体行为, 指的是由于人群中的个人情绪处 于恐慌状态,进而做出一些在一般情况下不应该做出的行为。恐慌形成的原因多种多 样,并且它在人群的中的蔓延十分迅速,很有可能在极短的时间内,就能从个人的惊 慌发展为整个人群的惊慌,一旦整个人群都处于惊慌状态下时,个人行为往往会出现 如下的一些特征: a. 在恐慌的状态下,人的神经变得异常亢奋,情绪变得十分紧张,从而做出一些不

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理性的盲目行为。比如不进行自己的判断盲目的跟随人群; b. 在恐慌状态下,人往往不会理会法规和道德的束缚,而呈现出一种近似疯

狂的行为; c. d. 在惊慌状态下,人群中的每个人都试图以自己最快的速度行进; 在恐慌状态下,拥挤人群中个体之间的物理作用和身体接触将会大大增

加,出现个体之间的相互推挤; e. 在恐慌状态下,拥挤人群之间的相互作用力有可能高达 4450N/m,在这个压力作

用可以使钢条弯曲,把砖墙推翻; f. 在恐慌状态下,疏散过程中如果有人跌倒或者受伤,会在通道上形成障碍,进而

使疏散速度变得十分缓慢; g. 在恐慌状态下,疏散人群在通过“瓶颈处”时,往往处于一种十分混乱的状态;

h. 在恐慌状态下,疏散人群的拥挤程度会在出口处加剧,再加上人与人接触时相互 之间的摩擦力和挤压力,会使人员的速度降低,产生“因快致慢”的现象,并且在出口 前出现拱形堵塞分布的现象;恐慌状态下,虽然有两以上的出口可供疏散选择,但是 疏散人群通常会聚集在一个出口处,而忽略别的实际上很少被人使用的出口;正是由 于上面这些恐慌状态下的行为特征,使得恐慌状态下的高密度人拥挤群在 “ 瓶颈 处”(主要是看台出口和疏散通道口等)容易出现以下几种现象,阻碍人群的正常疏散。 (3)体育场馆疏散设计 体育场馆在使用时往往会形成高密度人群,其人流具有陆续到达、集中离开的特 点。本文主要关注的就是集中离开的人流,它属于一种牵制性的人群疏散,不管是在 正常疏散情况下还是在紧急疏散时,其中都隐藏着诸多的安全问题。尤其是在紧急疏 散的时候,人群的心理处于恐慌状态,每个人希望能够尽快的逃离事故现场,通过出 入口和疏散通道疏散到安全区域。一旦疏散过程中有人摔倒,又或者是人流在由宽阔 过道进入通道和狭窄出口处出现人流停滞、 堵塞, 必将促使人们的心情更趋焦急紧张、 不知所措,并且个体甚至有可能盲目的向前拥挤或被推挤,如果发生这种情况,就会 大大降低疏散效率,同时也容易引发安全事故。因此,体育场馆的建筑疏散的设计必 须满足以下要求:

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体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

① 及时:人群能够在危险降临之前就疏散到安全区域。 ② 安全:在发生紧急疏散时,必须保证不出现拥挤、堵塞、踩踏现象,也就是 说,必须保证即使时在紧急状态下,人群依然能够安全、顺畅地到达安全区域。 ③ 便捷:疏散设计要符合人的日常心理行为习惯要求。并且疏散过程中,保证 疏散路径、疏散口、疏散标识等明显且易于辨识,疏散路线短捷流畅,尽量减少疏散 层次,避免迂回绕弯。 ④ 效益:在进行建筑设计时,在满足前述疏散安全要求的前提下,应尽量使疏 散通道和疏散出口占用的面积经济、实用、合理。 ⑤ 舒适:疏散过程中,还应该考虑人员能够方便、舒适的出入坐席、休息厅。 以上这些也可以说是我们在对体育场馆进行疏散设计时应当遵循的基本原则。 而 上面提到的这五点原则只是从宏观层概括的对疏散设计进行了描述。 如果要真正满足 这些原则的要求,我们还必须从工程设计规范的角度出发,具体分析体育场馆建筑疏 散设计的细节问题。 (4)轨迹交叉论分析 前面己经介绍了轨迹交叉论的基本思想,总的一句话来说就是:人的不安全行为 和物的不安去那状态在各自的发展过程中(轨迹),在一定时间、空间发生接触(交叉), 使能量转移于人体,伤害事故就发生了。如图 3-4 所示。

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不安全状态 社会因素 管理缺陷

起因物

致害物



事故 不安全行为 受害人 触

肇事人

图 3-4 轨迹交叉论事故模型图

起因与致害物可能是不同的物体,也可能是同一个物体。同样,肇事人和受害者 可能是不同的人,也可能是同一个人。之前己经通过事件树分析对有原发事故和无原 发事故两种情况下的人群拥挤踩踏事故过程进行了分析, 也对聚集人群正常状态下和 恐慌状态下的疏散行为规律性进行了分析, 还对体育场馆建筑本身的疏散设计进行了 分析, 即对人群拥挤踩踏事故中人的不安全行为和体育场馆建筑本身的物的不安全状 态进行了分析。 下面通过轨迹交叉论来进一步验证事件树分析的事故发生的原因和发 生、发展过程。下表 3-2 是对上面总结的人群拥挤踩踏事故发生原因进行深层次的分 析推导过程。 上面对人群拥挤踩踏事故发生基础原因、间接原因和直接原因进行了分析,根据 轨迹交叉论, 事故的发生最终是由于表中直接原因项中的人的不安全状态和物的不安 全状态相互作用引起的,与前面事件树分析结论是一致的。
表 3-2 人群拥挤踩踏事故分析 基础原因(社会原因) 人的身体素质、文化素 质、知识水平、道德法律水 平、心理素质差异 间接原因(管理缺陷) 人在正常和恐慌状态下的行 为规律差异,是否争抢,是否服 从指挥调度,是否能在突发事件 发生后保持冷静并做出正确的行 为表现 直接原因 在“瓶颈处”人群密度 过大,疏散过程中的有意 无意推挤,行走过程中有 人跌倒,拥挤持续时间过 长(人的不安全状态)

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体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

体育场馆的设计、建造 缺陷,标准缺失

出口或者通道建造尺寸和建 造质量与设计不符,使用过程中 出口和疏散通道被占用,疏散设 备设施老化失效,疏散过程中没 有管理人员疏导

出口或者通道不能满 足拥挤人群疏散的需求, 建筑体本身或者通道出口 护栏破坏(物的不安全状 态)

3.4 体育馆人群拥挤踩踏事故发生的风险分析
上面己经通过对体育赛场事故统计资料的分析了解了体育场馆易发事故类型及其 特点;应用事件树和事故致因理论对体育场馆人群拥挤踩踏事故进行了分析,了解了 体育场馆人群拥挤踩踏事故的发生原因及其发生、发展过程。下面对体育场馆人群拥 挤踩踏事故发生的风险进行分析。 要实现对体育场馆人群拥挤踩踏事故发生风险进行分析,首先要对疏散过程中, 经常发生人群拥挤的区域分析。接下来要对疏散过程中拥挤发生发展的过程进行分 析;最后才是应用风险理论对人群拥挤踩踏事故进行分析 3.4.1 体育场馆人群拥挤区域分析 前面提到过,在疏散过程中,人群易于在“瓶颈处”发生滞留拥挤。而这里“瓶 颈”处指的是疏散过程中,人群流向看台出口或者疏散通道时,由于突然从宽阔空间 到狭窄空间的变化,人群的密度瞬间增大,人流速度减慢,人流量减小,从而造成人 群的滞留和拥挤。因此, “瓶颈处”也就是最有可能发生人群拥挤的区域即“瓶颈区 域” 。从前面的人群拥挤踩踏事故发生发展的过程分析可知,正常情况下,疏散过程 中人群拥挤踩踏事故发生的几率是非常非常小的。然而,一旦发生紧急事件,此时的 人群移动就属于恐慌状态下的人群移动,在遇到空间狭窄处(看台出口、疏散通道等) 时, 人群流量瞬间变小, 就会在 “瓶颈处” 发生人群滞留和拥挤, 这就是 “瓶颈现象” 。 3.4.2 体育场馆人群拥挤踩踏事故风险形成阶段风险 前面应用事故致因理论中的轨迹交叉论对体育场馆人群拥挤踩踏事故发生的原 因、发生发展过程进行了分析,认为事故的发生是由于人的不安全行为与物的不安全 状态两种因素在各自的发展过程中在一定的空间和时间内接触, 使能量作用于人体而 引发的。而在特定的时间段,物的不安全状态是不变的,引起人群拥挤踩踏事故发生
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体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

(即事故风险制造者)的主要原因是人的不安全状态。在特定的环境(火灾、爆炸、恐怖 袭击等突发事件)和物(建筑空间结构)的影响下, 人的心理往往会产生非常态反应如恐 慌,在恐慌状态下聚集人群行为特征作用下,人群迅速的、杂乱的向出口处流动。由 于出口瓶颈的作用,在出口前人群发生滞留,不断汇集的人群在一个有限的区域内焦 急的等待疏散,在该等待区域内将形成一个高密度且极其不稳定的人群。一旦边界处 或者人群内部有意外能量作用于人群,并且能量不断的叠加传递,就会导致拥挤踩踏 事故的发生。疏散过程根据事故发生与否可以区分为两种三阶段形式: ① 疏散 自由移动 等待疏散 ② 事故

图 3-5 疏散过程阶段图 注:图中有两个分支,其中① 表示等待疏散阶段虽然出现了拥挤,但是由于疏散及时,拥挤人群疏 散没有收到干扰, 没有引发拥挤踩踏事故;② 表示在等待疏散过程中出现拥挤后, 由于疏散不及时, 持续时间过长,并且受到边界或者内部的扰动,进而引发拥挤踩踏事故。

由此看出,事故的发生与否可分为两个过程:自由移动—等待疏散—疏散,或者 是自由移动—等待疏散—事故的过程, 而事故的发生主要是由于等待疏散阶段人群拥 挤时间过长,并且受到边界或者内部的扰动进而引发的。因此体育场馆拥挤踩踏事故 发生的风险阶段是在等待疏散阶段。 人群疏散过程中出现等待疏散现象一般要经历一 个人群自由流动—人群滞留—人群拥挤的过程,正是由于该过程中人群的滞留和拥 挤,才导致了等待疏散阶段的出现。而影响这个阶段的主要参数有三个,分别是人群 密度、移动速度和出口流动系数,并且这三个量之间是一种相互关联的关系。我们知 道,如果人流处于自由移动状态,此时发生拥挤踩踏事故的可能性几乎为零。但是, 自由移动的过程是一个人流持续增加的过程, 随着时间的推移, 本来是自由移动人群, 在到达“瓶颈处”之后,会开始逐步出现滞留。随着“瓶颈处”滞留数的增加, “瓶 颈区域”就会显得越来越拥挤,即人群密度不断增大。这种情况下,人群的移动速度 将会越来越慢,直至出现大量人员滞留现象。那么当“瓶颈处”的人群密度达到一个
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第三章

体育场馆人群拥挤踩踏事故风险分析

闭值(允许的最大值)时,出口就会被完全堵塞,此时的人群不能疏散出去,即人群的 流动系数变为零。这个时候,人群开始出现拥挤,然后后面自由移动的人群并不会因 此而停止移动,而是续想“瓶颈处”涌去,这就开始了一个自由移动人群转变为滞留人 群,而滞留人群随后转变为拥挤人群的恶性循环过程。即使看台上的人发现了这种情 况,各分支入口处的人群输入依然会不断增加,因此, “瓶颈区域”的人群密度也会 不断增加,致使拥挤人群个体之间的相互作用力不断增大,当到达一定程度时,人群 中的个别弱势人员(老人、小孩)就会出现伤亡,进而引发人群中更大范围和程度上的 恐慌。这种情况的出现是很恐怖的,它会直接引起人群行为的更为失控,最终导致人 群拥挤踩踏事故的发生。

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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

第四章

体育馆疏散相关参数研究

4.1 人员安全疏散基础参数
4.1.1 人员荷载的确定 在设计体育场馆时, 均有明确的观众席容量指标, 其看台区属于固定坐席的场所, 观众的人员荷载可以按照设计座位数目确定。 还应该根据实际情况确定一定比例工作 人员的数量。 《体育建筑设计规范》JGJ31-2003 第 4.4.2 给出了辅助用房的观众(含 贵宾、残疾人)用房最低标准,参见表 4-1,据此可以计算这些场所的人员荷载。
图 4-1 观众用房标准 等级 特级 甲级 乙级 丙级 无 无 包厢 2~3m2/席 贵宾休息区 0.5~1.0m2/人 观众休息区 0.1~0.2m2/人

4.1.2 人流速度、人流密度 (1)人流速度 人行走速度的参考值是根据对不同人群的大量统计资料得到的。但某些特殊人 群,其行走速度可能会慢很多,如老年人、病人等。建筑中的不利情况对人员的行走 速度也会受到较大影响。 不同的建筑中由于功能、构造、布置不同,对人员行走速度存在影响,人员在不 同建筑中步行速度的典型数值与建筑物使用功能的关系可参考表 4-2。
表 4-2 不同建筑里人员的步行速度表 建筑物或房间的用途 各部分分类 步行速度(m/s)

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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

楼梯 剧场以及其他 具有类似用途的建筑 其他 坐席部分

上 0.45,下 0.6 0.5 1.0

百货商店、展览馆 以及其他具有用途的 建筑或公共住宅楼宾馆 以及具有类似用途其他 建筑学校办公楼以及 具有类似用途的其他建筑

楼梯

上 0.45,下 0.6 1.0

其他

楼梯 其他

上 0.58,下 0.78 1.3

(2)人流密度标准 “我国取 3 人/m2,但据苏联研究结果,人流通过能力最高可达 5-7 人/m2,可见 人流密度标准有研究提高的余地”[21]。 4.1.3 人流密度与速度的关系 人流的行走速度与人流密度之间存在着密切的关系, 为了能够详细了解其中的关 系,许多学者都进行了大量的观测来采集实际数据。比较典型的研究学者有前苏联的 Predteehenskii、Milinskii、美国的 Fruin、加拿大的 Paul 等人,研究认为,人员一起 疏散时,其步行速度将受到人员密度的影响。人员的疏散速度随人员密度的增加而减 小,人流密度越大,人与人之间的距离越小,人员移动越缓慢;反之密度越小,人员 移动越快。 在密度小于 0.5 人/m2 时,人们可以按自由移动的速度移动;但当密度超过 5-7 人/m2 时,人们几乎无法移动。移动速度与人流密度还与人们的文化传统、社会习惯、 人们之间的彼此熟悉程度有关。美国消防工程师手册(SFPE Handbook, Edition 3rd)
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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

中对于人员疏散速度也做了相关分析及研究,研究表明,”场地人员密度小于 0.54 人 /m2 或疏散路径上人员密度小于 1.85 人/m2 时,人员的疏散行走速度取决于个体而不 受其他人的影响;但当人员密度超过 3.8 人/m2 时,人员几乎停滞难以行走。人员 密度在 0.54 人/m2 到 3.8 人/m2 之间时,疏散行走速度满足以下关系式[22]:

V ? k ? akD
式中:

(4.1)

V ——人员疏散速度,m/s; D ——人员密度,人/m2;

k ——常数,如表

4-3 所示。

a ——系数,0.266。
表 4-3 公式 4.1 中常数 k 的确定对照表 疏散位置 走道,通道,坡道和门洞 踏步高度(mm) — 190.5 177.8 楼梯 165.1 165.1 304.8 330.2 1.16 1.23 踏步宽度(mm) — 254 279.4

k
1.40 1.00 1.08

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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

图 4-1

速度与人员间距的曲线图

上图为 simulex 人员疏模拟软件中建议的人员移动速度曲线,该速率曲线描述 了人员在紧急状态下疏散速度与人员彼此间的距离之间的关系,从图中可以看出,当 人员彼此间的距离超过 1.4m 时,人员的疏散才被认为是一种不受障碍的无限制运动 状态;当人员之间的距离小于该值时,人员将根据实际情况进行自身速度的调整配合 完成整体的疏散。 3.1.4 通道有效宽度 大量的火灾演练实验表明人群的流动依赖于通道的有效宽度而不是实际宽度,也 就是说在人群和侧墙之间存在一个“边界层”。这个靠近墙边的“边界层”的产生是由于 人员不想太贴近墙行走以防撞到墙上。对于一个楼梯间来说,每侧的边界层大约是 0.15m,而如果在通道的侧面有数排座位,例如在剧院或体育馆,这个边界层是可以 忽略的。计算时应从实际通道宽度中减去边界层的厚度,得到有效宽度。表 4-4 为典 型通道的边界层厚度:

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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

表 4-4 典型通道的边界层厚度表 类型 楼梯间的墙 剧院座椅 其他障碍物 减少的度指标 15 0 10 类型 扶手栏杆 走廊的墙 门 减少的度指标 9 20 15

4.1.5

人流流量、单股宽度 (1)人流流量 疏散时人员在通道、门洞、楼梯处的通行能力满足以下关系式:

Fc ? Fs ?We
式中:

Fc ——人流流量, (人/s) ;

W e ——疏散有效宽度,m。
在《建筑设计防火规范》条文说明在进行疏散宽度计算时,对每股人流通过能力 规定是:门和平坡地面 43 人/min,阶梯地面和楼梯 37 人/min。未说明地面情况时, 单股人流通行能力中国取 40-42 人/min,前苏联取 25 人/min,英国取 40 人/min,日本 取 54 人/min,美国取 60 人/min。 英国《体育场安全指南》中提供了各种手算出口的最大通行能力,即: ① 所有经过坐席的路线(包括坐席间横向走道、纵向走道/坡道)和场馆内所

有楼梯的最大通行能力为 73 人/(m ? min) ; ② 其他部分场馆的所有路线 (包括集散区) 最大通行能力为 109 人( / m ? min) 。

模拟中将疏散出口最大通行能力分为平地和楼梯/斜坡两种情况,见表 4-5。
表 4-5 体育场安全指南中的人流通行能力表 类别 通行能力(人/m ? min) 类别 通行能力(人/m ? min)
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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

平地

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楼梯/坡地

70

(2)单股宽度 单股人流同人体尺度、季节着装、性别、年龄等有关,一般取成年人平均值。 前苏联抽样调查人体宽度,冬季着装大衣 50cm,着外套 48cm,一般着装 46cm,其 单股人流宽度取 60cm。 我国人体尺度属中小档次, 体积较小, 单股人流宽度取 55cm, 当单个疏散口宽度超过 3 股人流时,每股宽度可取 50cm。 4.1.6 人流密度与人员流量的关系

人员密度(人/min) 0 0 25 1.20 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

人 流 流 量 ( 人

20 15 10 5

1.00 0.80 0.60 0.40 0.20

特 定 流 量 人

( /s.m)

图 4-2 显示,人员密度较低时,由于人员数量有限,特定流量 Fs 随着人员密度 增加而增大,当人员密度在 1.6 人/m2 时,Fs 达到最大。随着人员密度的增加,人员 疏散行走速度由于人员拥挤的因素而降低,Fs 逐渐减小,在 3.8 人/m2 时人员流动 几乎停滞。

/min)

0
图 4-2 人员密度与流量关系图

0.00

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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

4.1.7 疏散口宽度、数量 (1)疏散门宽度: 建筑设计防火规范中规定,观众看台的安全出口数量、宽度可以通过百人宽度指 标来计算。 其中的看台疏散时间, 应取规范中的疏散控制时间。 体育馆观众厅疏散口、 疏散外门、楼梯、走道宽度均应不小于表 4-6 计算结果。
表 4-6 百人疏散宽度指标表

座位数

3000~ 5000

5001~ 10000

1000~ 20000

20001~ 40000

40001~ 60000

60001 以上

一级 耐火等级 疏散部位 平坡地面 门和走 道 阶梯 0.5 阶梯地面 0.43 0.5 二级

一级 二级

一级 二级

一级 二级

一级 二级

一级 二级

宽度指标(m/百人) 0.37 0.43 0.43 0.32 0.37 0.37 0.21 0.25 0.25 0.18 0.22 0.22 0.16 0.19 0.19

建筑设计规范中规定, 体育馆每一安全出口和走道的有效宽度除应符合计算外, 还应符合下列规定: ① 安全出口宽度不应小于 1.1m,同时出口宽度应为人流股数的倍数,4 股和 4

股以上人流时每股宽 0.55m 计,大于 4 股人流时每股宽按 0.5m 记; ② ③ ④ 主要纵横过道不应小于 1.1m(指走道两边有观众席) ; 次要纵横走道不应小于 0.9m(指走道一遍有观众席) ; 活动看台的疏散设计应与固定看台同等对待。

(2)疏散口的数量。 建筑设计防火规范中规定,体育馆观众厅安全出口不应小于两个,且每个出口疏
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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

散人数不宜超过 400-700 人。 4.1.8 疏散口和坐席布置 (1)疏散口布置。疏散口应均匀布置,每个疏散口的通行能力应与其联系的通 道通行能力相等或略大于后者。 (2) 坐席布置。建筑设计防火规范中规定,横走道之间坐席排数不超过 20 排, 纵走道之间每排坐席不超过 26 个,如排距大于等于 90cm,则可增加 1.0 倍,但不得 超过 50 个;仅一侧有纵走道时,座位数应减少一半;对于现代多功能体育馆来说, 由于其用途较多,观众入席先后不一,某些演出只允许开脚灯,以及为便于席间提供 饮料、食品等设,靠座椅的体育馆连续坐席不宜过多,国外一般为 8~12 个。

4.2 安全疏散时间
4.2.1 体育馆人员疏散的过程 体育馆内人流疏散过程可分解为三个阶段: 第一阶段---离开比赛厅,其疏散时间取决于看台通道宽度、看台出口宽度和数量; 第二阶段---由比赛厅出口到外门出口,疏散时间取决于楼梯和走廊宽度及长度; 第三阶段---走出外门,所需时间取决于外出口数量和宽度。 三个阶段的疏散能力或通过能力应保持相等或后一阶段大于前一阶段, 不可小于 前一阶段, 否则会出现堵塞、 人流停滞、 降低通行能力, 严重时会造成人身安全事故。 疏散们应向外开,以防人流堵住门扇无法开启造成事故。 4.2.2 安全疏散标准 我国建筑设计防火规范中队体育场馆安全疏散时间尚未作出明确规定, 只是以国 内一部分已建成的体育馆调查资料为依据,规定一、二级耐火等级的体育馆观众厅的 控制疏散时间,根据容量规模不同取 3~4min。 《建筑设计资料集》第二版第 7 集 (1995 年)提出参考数据如表 4-7,并提出 3 级和 3 级以下耐火等级建筑其控制疏 散时间不超过 3 分钟。
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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

表 4-7 疏散时间表

观众厅规模(人)

<1200

1201~ 2000

2001~ 5000 6 6

5001~ 10000 6 6

10000~ 50000

50001~ 100000

控制时间

室内 室外

4 4

5 5

10

12

按观众厅规模分级确定控制安全疏散时间有一定合理之处, 如对于同一耐火等级 的不同规模的体育馆的控制疏散时间来说,规模大者允许疏散时间长,规模小者允许 疏散时间短,意味着前者要求低,后者要求高。 公共建筑安全疏散主要考虑的是火灾:一时火灾引起浓烟蔓延导致人们窒息的 时间;二是火灾导致建筑结构,主要是屋顶毁坏倒塌所需的时间,前者与大厅体积有 关,后者与建筑物耐火等级有关。耐火等级高的建筑允许安全疏散时间应该长,耐火 等级低的则应该短,因而有人建议按耐火等级确定控制疏散时间也不无道理,如一二 级建筑小于 4 分钟,三级建筑小于 2 分钟。 体育馆类建筑设计权威著作《Gulde to safety at sports Ground》中建议,每个安全 出口的控制疏散时间定为最多 8 分钟,因为以正常速度通过安全出口的时间超过 8 分钟时, 观众一般会出现不安、 焦虑和紧张的情绪。 2000 年悉尼奥运场馆和 2008 年 北京奥运场馆设计均采用了 8 分钟的安全疏散标准。 4.2.3 体育馆疏散时间的计算 体育馆计算方法按照有无座椅情况分为两种,即人流股数法和密度发。设有座椅 的体育馆观众疏散路线被座椅限定,只能沿过道有序的行进,人流自然成股,采用股 数计算法最恰当。无靠背的体育馆紧急疏散时,观众离开座椅可以选择任意可能的路 径奔向出入口,人流很难成有序地行进,此时,用密度计算法比较切合实际,它对休 息厅等无序疏散也比较适用。 (1)关键节点法(人流股数法)
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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

我国建筑设计常用算法:

T ?

N AB

适用于中小型体馆

T?

N S ? AB V

适用于大型体育馆

式中:T-总疏散时间; N-疏散总人数; A-单股人流通行能力取 40-42 人/(股*min) ;B-外门的 通行人流股数。当门宽小于 2m 时,每股人流的宽度取 550mm,当门宽大于 2m 时,每股人 流宽度按 500mm;

求计算的简便,可将第二阶段疏散简化成时间,一般比赛厅出口到外门距离很 少超过 45m,可用 1 分钟疏散时间取代 S /V,于是计算公式可以简化成公式:

T?

N AB ? 1

(2)密度计算法

T?

N aBV

式中:T-总疏散时间; N-总疏散人数; B-外门疏散口总宽度; a-人流密度(3 人/m2) ;V-人 流速度(45m/min) ;

4.2.4 两种算法的适用范围及局限性 (1) 关键节点法的应用范围及局限性 我国建筑设计的疏散时间是根据建筑防火等级确定,人流股数法的公式主要用来 确定通道个数与可疏散人数。关键节点法将体育场馆所有通道作为一个总通道,所有 观众经总通道疏散,没有考虑实际情况中,体育场馆各观众分区的人数不一样,疏散 路径也不一样,而实际的疏散时间由最拥挤的疏散通道决定。另外该算法也没有考虑 行人在场馆内的行走时间,因此,该算法得到的疏散时间为最短疏散时间,与实际疏
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第四章

体育场馆疏散相关参数研究

散情况相差较大,只能做体育场馆疏散时间的粗略计算。 (2)密度计算法的应用范围及局限性 密度计算法中假设疏散中的人体模型都是相同的。 人群的密度与速度也是恒定不 的,人员之间的碰撞、转身等行为都因素都没有考虑在内。而在实际情况中,不仅疏 散的人员年龄体型各有不同,而且密度与行走速度也都是随时变化的。所以密度公式 得出的时间也只是一个粗略计算值。

4.3 本章小结
本章通过对人流密度与人流速度,人员流量的研究,得到人流速度,人员流量与 人流密度的关系。并且研究通道的有效宽度与人员流量的关系,得到通道的有效宽度 与人流流量的关系式。观众看台的安全出口数量、宽度通过百人宽度指标来计算,得 到疏散口宽度与数量的百人疏散指标。介绍来了疏散口和坐席的合理布置位置要求。 对安全疏散时间的两种计算方法进行了介绍。 为下一章体育场安全疏散设计提供了有 效地理论支持, 对减小发生事故时安全疏散口的人员恐慌, 能量累积提供了数据保证。

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第五章

体育场馆的安全设计

第五章 体育场馆的安全设计
上文对大型体育馆的疏散特性进行过分析,尤其是对火灾特殊性进行了分析,下 面就用火灾的特殊情况下对体育馆的安全疏散设计进行研究。

5.1 内部空间的安全疏散设计
大型体育馆内部空间的安全疏散设计,应根据建筑平面,按拟定的允许疏散时间, 合理确定疏散总宽度、疏散走道的宽度、安全出口的位置、数量、宽度和诱导疏散设 施。体一、二级耐火等级的大型体育馆的允许疏散时间,是根据容量规模的不同进行 考虑的,国内一部分已建成的体育馆的疏散允许时间如下表 5-1:
表 5-1 全国部分体育馆允许疏散时间表 名称 座位总数 (个) 首都体育馆 上海体育馆 辽宁体育馆 18000 18000 12000 疏散时间 (min) 4.6 4.0 3.3 南京体育馆 河北体育馆 天津体育馆 10000 10000 5300 名称 座位总数 (个) 疏散时间 (min) 3.2 3.2 4.0

由上表可见,大型体育馆的平均允许疏散时间为 4min[23]。本文将此时间作为安 全疏散设计的一个基本标准,即人员到达馆外安全区域的时间不得超过此标准。 5.1.1 疏散总宽度的确定 疏散总宽度的确定,是进行安全疏散设计的前提,它直接影响馆内人员在允许疏 散时间内到达馆外安全区域的人流量。疏散总宽度是根据疏散走道的不同形式,按百 人宽度指标计算出来的。 百人宽度指标的计算公式为: 百人宽度指标=(单股人流宽度× 100)/(允许疏散时间× 每分钟每股人流通过人数)
式中 :单股人流宽度取 0.55m,人流疏散速度经实测在平地面时为 43m/min ,在阶梯地面时为 37m/min。
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第五章

体育场馆的安全设计

由此可计算出百人宽度指标为: 平地面:B1=(0.55× 100)/(4× 43)=0.32; 阶梯地面:B2=(0.55× 100)/(4× 37)=0.37。 疏散总宽度计算公式为: 疏散总宽度=疏散人数/100× 百人宽度指标 根据上述规定的疏散宽度指标计算出来的疏散总宽度, 只是实际需要设计的概算 宽度,在最后确定安全出口的设计宽度时,还应对安全出口进行细致的核算和必要的 调整。 5.1.2 安全出口的布置及要求 体育馆安全出口是指保证人员安全疏散的楼梯间人口和直通馆外地平面或平台 的出口。安全出口的布置原则:每个防火分区至少应有两个不同方向的安全出口。根 据体育馆内观众席的布置特点,安全出口宜均匀分散布置在比赛大厅周围各个区域。 安全出口的布置,应使疏散路线简捷、通畅,且使疏散路线距离最短肩匕够保证位于 最不利点人员的安全撤离。观众、运动员和主席台的安全出口要分开布置,尤其是观 众的行走路线,不要通过运动员和主席台的辅助房间。 按人们的习惯布置安全出口。例如在阶梯形看台上,观众习惯从看台的上部走下 来,从看台下部的出口走出去,所以安全出口应尽可能靠下边布置。观众厅应划分不 同的座位区,每个座位区应有两个不同疏散方向的安全出口,这样有利子控制每个安 全出口的通行人数,达到安全疏散目的。安全出口的设置应有利于做到双向疏散,尽 可能设在观众座位区的中下部位。安全出口包括主要出人口和主席台出人口,而不包 括运动员的出入口。观众厅的安全出口不应少于两个,且每个安全出口的平均疏散人 数不宜超过 400~700 人, 大型体育馆的观众厅宜取上限。 按疏散总宽度可以核算每个 安全出口的疏散宽度。疏散总宽度分配到每个安全出口时,出口宽度应该是人流股数 的倍数。四股人流以下按 0.55(m/股)的宽度计算,大于四股时按 0.50(m/股)的宽度计 算。出口可同时有八股人流通过,出口的最大宽度为:B=8× 0.5=4m。计算出来的安全 出口宽度是人在正常情况下疏散的宽度,但在火灾事故状态下会发生人员惊慌、秩序 混乱、相互拥挤践踏,疏散要困难得多,因此在设计中保证规范规定的疏散总宽度是 很必要的。
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第五章

体育场馆的安全设计

大型体育馆观众厅的看台一般为楼座式,即分为上下两层,甚至三层,这样有利 于组织人流的疏散、方便管理。每层安全出口的数量及宽度必须按该层人数进行合理 设计,并且各层安全出口的疏散路线应分开,避免上下层人流交叉混乱,影响安全疏 散。上下层高差一般不小于 2.lm,确保疏散走道的高度和视角效果。观众厅的安全出 口一般不安疏散门,如果安装,疏散门应向疏散方向开启,不应采用吊门或推拉门, 严禁用旋转门。疏散门开启后门扇不应影响疏散走道的宽度,疏散门的数量与安全出 口相当,宽度比安全出口稍大。观众厅的人场门、太平门不应设置门槛,其宽度不应 小于 1.4m,紧靠门口 14m 范围内不应设置踏步,太平门必须向外开启,并宜装置自 动门门。大型体育馆建筑内除门厅的主楼梯外,应设封闭式的楼梯间。楼梯宜上下直 通,中途不应改变位置,并且直通室外或层顶平台。楼梯的踏步不宜用螺形或扇形。 如踏步上下级所形成的平面角度不超过 10 度,且每级离扶手 0.25m 处的踏步宽度超 过 0.22m,人们疏散不易发生意外时可不受此限制。疏散楼梯的宽度应根据疏散总宽 度来设计,踏步高度不应大于 0.16m,踏步宽度不应小于 0.28m。疏散楼梯的门应向 疏散方向开启,且不应采用吊门或水平推拉门,严禁使用旋转门。楼梯间应采用非燃 材料进行装修,严禁采用可燃材料。 5.1.3 疏散走道的设计 疏散走道应便于观众流动并有均匀出入口,疏散走道的设计应顺直畅通,不宜拐 弯,应尽量直通出厅口或安全出口。走追高度 2.0m 以下不得有突出物阻碍通行,走 道高度 2.0m 以下部位不能有突出物妨碍通行,疏散走道的宽度应使有突出物的最窄 处仍能满足疏散要求。走道内墙面的装饰物应避免采用可燃性材料。观众厅内的疏散 走道应按其通过人数每 100 人不小于 0.6m 计算,但最小宽度宜为 1.0m。边走道不宜 小于 0.8m。在布置疏散走道时,横走道之间座位排数不宜超过 20 排,纵走道之间的 座位数每排不宜超过 26 个。若前后排座椅的排距不小于 9m 时,每排座位数可增至 50 个。对子观众厅平面中呈梯形或扇形布置的座位区,其纵走道之间的座位数,按 最多一排和最少一排的平均数来计算。 如此设计, 是为了控制疏散距离和座位区人数, 以及每个出口通过人数。 观众厅内应合理布置纵横走道。纵走道总宽度应与观众厅安全出口的总宽度相 等,经过观众厅中纵走道通向安全出口的人流股数与安全出口的通行股数应符合“来 去相等”原则。纵走道宽度一般不小于 1.lm,如按单股人流设计宽度不小于 1.1m,
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第五章

体育场馆的安全设计

在出人口两边纵走道宽度不小于 0.6。 容量超过 6000 人或每个安全出口设计通过人流 超过 4 股时宜在观众厅中设横走道,其宽度一般按可通过两股人流设计。 观众厅外或体育馆外应设环形走道,避免设口袋式走道,走道上不应设阻碍通行 的设施,以便在一个方向受阻时,可以从另一方面疏散,并且有利于缓和人流。 5.1.4 诱导疏散设计 如果大型体育馆发生火灾,会导致正常照明中断,这时馆内一片漆黑,再加上人 员惊慌混乱、互相踢踏、拥挤,很难做到安全疏散,甚至会发生不必要的伤亡,因此 必须做好诱导疏散设计。诱导疏散设计包括应急照明、疏散指示标志、火灾报警信号 系统等。其供电方式宜与正常照明供电千线自低压配电柜或母干线分开,而且应有事 故紧急照明的备用电源,如可采用蓄电池、发电机等,并应有自动切换装置。为了便 于在夜间正常照明中断或烟气很大的情况下紧急安全疏散,体育馆的封闭楼梯间、防 烟楼梯间及其前室、消防控制室、自备发电机房、消防水泵房、观众厅等应位置应设 火灾事故应急照明。 体育馆内的正常照明多采用气体放电灯, 当正常电源恢复供电时, 应延时 10-15min,再自动断开应急照明电源,以保证气体放电灯的正常工作。 应急照明应保证疏散走道中心线水平照度不应小于 0.5Lx,保证在火灾情况下有 3m 以上的可见度,还应尽量避免地面出现交错的太暗或太强区域,应急照明的转换 时间应设定在 5~15s 的范围内,工作时间为 3h。应急照明不应使用调光控制,配电 线路设短路保护和过负荷保护,应急照明线路应与正常照明线路分管敷设,也不能共 用中胜线。应急照明应按防火分区划分,一个防火分区的分支线路不应跨越另一个防 火分区。 疏散走道和安全出口应设置灯光疏散指示标志。 疏散指示标志必须按国家标准设 置, 其尺寸、 颜色和外观设计均应使标志明显易见, 并且与装修或其它标志形成对比, 颜色、格式和形状应统一。安全出口标志宜设在出口顶部,体育馆的观众厅是个大空 间,纵走道两边没有墙体,只有横向走道有矮墙或栏杆。鉴于观众厅的视角范围比较 大,可以环视四周,因此疏散指示标志可以设置在横走道的矮墙或栏杆上。疏散用的 应急照明灯宜设在墙面上或顶棚上,并且布置合理均匀。在不能直接看到出口并有可 能产生误解的部位, 应设置带箭头方向的标志或文字说明指引人们通向最近的安全出 口。

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第五章

体育场馆的安全设计

在观众厅内应设置带有声、光信号的火灾报警信号系统。火灾报警信号系统应随 时处于正常工作状态,其设备的数量、位置应得当,传送信号应能使绝大多数人易于 接受,并应与一般信号有明显的区别。 5.1.5 安全疏散的组织与引导 在突发灾害面前,人们会因为惊慌,甚至失去理智而无法正常疏散,因此必须人 为进行安全疏散的组织和引导。大型体育馆应制定突发事件处置预案,消防安全疏散 预案就是其中很重要的一部分,其内容如下: (1)消防安全疏散的组织与管理。 (2)观众厅不同座位区发生火灾时的疏散规则和应急实施对策。 (3)体育馆内观众厅、附属建筑防火工程设计中用于消防安全疏散的走道、出 口等管理。 (4)对全体工作人员普及消防知识的教育,定期演练,熟悉消防器材的使用方 法,以提高扑救火灾和迅速引导观众疏散的能力。 (5)根据体育馆的建筑结构、重要部位、观众厅位、安全出口、走道等的布局 和消防设施的分布情况,制定灭火作战计划及人员疏散的综合指挥方案。举行大型比 赛、集会或演出时,均应事先对场地、体育器械、悬浮物、用电设备等以及安全出口、 疏散走道做好检查,及时排除各类安全隐患。使用期间,相关人员应严守岗位,认真 履行职责。

5.2 外部空间的安全疏散设计
外部空间是指从体育馆出口到室外的安全区域。大型体育馆应坐落在四周宽敞、 交通发达、便于疏散、有两条车辆通道与城市干道连接的地点,且人流散集和车流散 集应错开,互不干扰。入场、散场空地布置在体育馆四周,作为疏散广场,面积要足 够大,其中布置在体育馆正面的广场面积应不小于 1000m3,否则将失去缓冲作用, 影响安全疏散。

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第六章

体育场馆安全疏散管理及时间计算的数学模型

第六章 体育场馆安全疏散管理及时间计算的数学模型
6.1 体育场馆人员疏散的数学模型
6.1.1 体育场馆人员疏散时间的计算的数学模型 为了简化计算,我们假设: (1) 疏散过程中,不发生超越与中途折返的情况; (2)各人都能够依靠自身能力达到安全地点; (3)不考虑灯光、烟气对疏散时间的影响。 由于离场时的第一个出口因体育场馆设计可能各不相同,因此应合理安排观众从 正确的出口疏散,以达到各个出口的疏散时间相同的目标。计算出口单位时间能通过 的人数,即流通能力为:

wv a? l

(6-1)

式中,;v 为人员疏散时的行走速度, w 为通道宽度, l 为通道长度。疏散时按照就近原则安排出 口附近的人员行走路线。

6.1.2 疏散时间的计算 人员紧急疏散不一定是在紧急事件发生时马上进行,通常是在响应时间之后进行 的。因此在人员疏散之前还经历了响应时间。响应时间需根据各种不同的情况确定, 在此不考虑响应时间,只给出观众从座位步行至出口,然后通过通道到体育场馆外的时 间,即疏散时间 T。在疏散过程中,从座位到达出口的楼梯总宽之和均设计为大于出口 宽度。否则,观众从座位到达出口不会发生等待,出口得不到完全利用。由于出口前设 计有过道,在过道边坐的第一排观众将会较快到达出口,座位到楼梯总宽大于出口宽。 因此出口前总会发生等待。全部走过出口的时间仅与出口处的宽度决定。所以,在运 动场馆的人员疏散时间在确定人数与地形后是有一个幅度值的除了离开座位的第一 个出口外,一般还有其它通道与出口 , 所有这些出口与通道中 ,疏通能力最差的则成为 疏散过程中的瓶颈,决定着人员疏散的速度。因此,只需计算出瓶颈外的疏散速度,既可

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第六章

体育场馆安全疏散管理及时间计算的数学模型

确定整个场地人员的疏散时间。令瓶颈的出口与通道宽为 w ,长为 l。 一般来说,由于性别、年龄、身体条件的不同,疏散人员的疏散能力也各不相同, 体现在行走速度上也有快有慢。但是要识别每位疏散人员,就要逐个输入疏散人员的 特征参数。对每一个人员逐个进行计算,这是不可行的。为简化起见, 将疏散通道的人 群视为人流处理,认为人流具有一定的密度、速度及流量,而不单独考虑人流内各个人 员的具体特征,并给出人流的多项式拟合关系: 平面上:

v ? 112 p ? 434 p ? 217p ? 57

3

2

(6-2)

式中: p 单位面积内人口所占的投影面积,一般 0 < p< 0. 9 。v 为人流的疏散速度。由于本文考虑 紧急情况下的疏散速度,由行为与期望速度的规律,在此取 pmax 。参考指出 pmax=0. 25 。面积为 wl 的通道可容纳 wlp 人,第一人走出通道的时间 入通道至最后一人离开通道时间为:

l , ni 为由通道 i 疏散的总人数,第一人进 v?t

? n ai ? ? ? ? w l p? 1?t ? T ? ?

(6-3)

6.1.3 算例 以下下图的 2 层体育场为算例,计算疏散时间与疏散安排。 (只给出 1/4 体育场馆的 设计平面)。 图 6-1 为体育场东南角的出口通道平面图, E4 、E5 、E6 、E10 、E11 、E12 、 S1 、S2 、S5 、S6 为按出口位置的分区,各容纳观众 998 、1016 、1034 、1118 、 1125 、1193 、1516 、856 、1700 、908 人。 将数据代入 6-1,6-2,6-3 ,瓶颈出口的疏散时间为 T1 ≈24.6min。离开瓶颈出口到最终 出口的距离为 8 米,T2≈3. 3min ,T= T1+ T2= 27. 9min。

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第六章

体育场馆安全疏散管理及时间计算的数学模型

E10 E11

E12

E4 E5 E6 S1 S6 S2 S5

图 6-1

体育场东南角的出口通道平面图

6.2 处理紧急情况的人流疏散管理
在大型的体育比赛或开幕式时 ,观众成千上万,一旦发生紧急事件就必须组织好 观众和运动员离开体育场馆地。体育场馆是一封闭空间的大型建筑,人多,通道少,那么 必须建立一个最快速度的模型来疏导人群。 6.2.1 紧急情况的分类疏散 因体育场馆发生紧急情况的不同,必须对各种情况进行分类疏导: (1)方块疏散时,将体育场馆看成是几百个座位组成一个方块,当在一个方块里 出现紧急事件如:观众的健康问题,人与人之间的摩擦,一些小的突发事件等。
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第六章

体育场馆安全疏散管理及时间计算的数学模型

(2) 分区疏散:从体育场馆的通道上分区,主要有 20 个区,每一个区的通道大 小和疏导人流量基本一样。当发生紧急事件,危及不大,不足以使整个体育场馆进行 全面的疏散的,可以选择部分的疏散。 (3)整体疏散:这是体育场馆安全管理最难的一部分,也是在管理中的重点部 分。在过去的体育惨案中,有许多例案都是由于场地的管理不当、场内人员过多、突 发事件的出现而不能合理的引导观众疏散, 造成了二次死亡大大的高于一次死亡的结 果。因此整体疏散是一个复杂的过程,在进行整体疏散时必须计算通道一次的通过量, 人员疏散的速度,疏散通道的个数等综合因素。 6.2.2 体育场馆的安全疏散标志 体育场馆集中了大量的人员,一旦因突发事件而造成人员的无秩序混乱,后果将 是不堪设想。因此组织观众、场地官员、工人员疏散不但要有较好疏散秩序,而且要 有好的安全疏散标志物。 6.2.3 体育场馆安全防范技术系统 随着现代科学技术的快速发展 , 安全防范技术系统在体育场馆地上也得到了很 好的利用。体育场馆安全防范技术系统采用了多种技术、手段,以体育比赛或开幕式 安全防范为目的。最常用的包括:闭路电视监视系统、防止非法入侵探测系统和安全 检查探测系统等。 闭路电视监测系统是目前最为常用的安全防范手段之一。在近几届奥运会期间, 体育场馆都装设有闭路电视监视系统,从场外到场内都达到有效的覆盖,这样能够对 体育场馆进行可视监控,掌握整个体育场馆的动态情况,能及时查看到现场的各种异 常。如果出现紧急情况能获取第一手资料,能确保场内的安全起到了良好的作用。 安检系统对观众入侵检察也非常重要的,为了确保运动会期间人员的安全,安检 是十分必要的。在 2004 年雅典奥运会中,政府花费大量的财力,投入到场观众的安检 工作中。同时,在比赛期间,为了保证入场安全和准时入场,观众必须提前两个小时 排队通过必要的安检。所以说,当代大型的体育场馆应在人防和技防结合上建立安全 防范。

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第七章

总结与展望

第七章 总结与展望
7.1 结论
论文对体育场馆的人群拥挤踩踏事故进行了风险分析, 并就人群密度一移动速 度一人流通过率相互之间的关系进行讨论,再应用数学模型的方法,计算体育场安全 疏散的时间。 论文主要结论如下: (1)体育场馆人群拥挤踩踏事故的发生和人群密度之间有着直接的关系。论文通 过对体育场馆易发事故类型和特点的分析得出引发大量人员伤亡的事故为人群拥挤 踩踏事故;应用事件树和事故致因理论对事故发生人群拥挤踩踏事故发生发展过程进 行定性分析,将疏散过程定义为自由移动、等待疏散、疏散(事故)三个阶段;并应用风 险理论对人群拥挤踩踏事故的发生风险进行了定量定性定量分析, 得出事故发生与人 群密度之间的关系,当人群密度达到 4 人/m2 时,随着时间的推移,极易发生人群拥 挤踩踏事故,从而引发人员伤亡。 (2)人群密度、移动速度和人群通过率相互之间的关系。论文先定义了人群密度, 移动速度和人群通过率的概念和表达式,初步表达了三者之间的相互关系;进一步总 结人流密度一移动速度、人群密度一人群通过率观察结果的经验关系。并且研究通道 的有效宽度与人员流量的关系,得到通道的有效宽度与人流流量的关系式。观众看台 的安全出口数量、宽度通过百人宽度指标来计算,得到疏散口宽度与数量的百人疏散 指标。介绍来了疏散口和坐席的合理布置位置要求。 (3)得出体育馆安全疏散时间的数学模型,通过对体育馆的数据及具体疏散情况 能得到体育馆的总的疏散时间,在实际疏散中得到运用。为体育馆出口设计、疏散路 线选择及应急预案的编制都具有较高的参考意义。

7.2 展望
本论文对体育场馆的人群拥挤踩踏事故进行了风险分析,叙述了人群密度、移 动速度和人群通过率相互之间的关系。 由于人群系统运动的复杂性的研究在我国属于 起步阶段,因此,论文还需要从以下几个方面深入研究: (l)在人群拥挤踩踏事故发生过程分析时, 对于恐慌状态下人的心理和行为有待于
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第七章

总结与展望

进一步研究,对于疏散过程的影响和事故的发生需要通过大量的案例分析、观察总结 和实验分析来研究解决。 (2)人群密度、移动速度、人群通过率之间的相互关系已经对疏散过程和人群拥 挤踩踏事故发生的影响不能只在经验关系和其他学者研究的基础上进行研究, 需要进 行大量的实验观测总结。 (3)建立数学模型计算体育场疏散时间还需要进一步研究,还需通过实例分析出 现实疏散中可能出现的意外导致疏散时间的增加。

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参考文献

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