一個(gè)完備的安全系統(tǒng)，特別是高等級(jí)安全場(chǎng)所和大型國(guó)際活動(dòng)場(chǎng)所的安全系統(tǒng)更需要頂層設(shè)計(jì)，綜合考慮各方面措施的安全系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)，場(chǎng)館內(nèi)人員疏散時(shí)限德?tīng)柎_定是大型活動(dòng)必須考慮的重要指標(biāo)，其中需要考慮的重要因素是毒氣和火災(zāi)下煙氣擴(kuò)散。本文就基于毒氣和煙氣擴(kuò)散特性研究如何確定大型展館的疏散時(shí)間。

    真正有效的安全系統(tǒng)是集物理防范、電子防范、人員防范三位一體的安全系統(tǒng)，同時(shí)整個(gè)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)還必須全面考慮到預(yù)警、報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)處警、人員疏散、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮、技術(shù)人員和保安人員的培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、事件分析和秩序恢復(fù)等一系列措施。因此安全系統(tǒng)涉及還不僅僅是物理防范、電子防范、人員防范，還涉及到照明、樓宇控制、人員通道、通訊、電力等等。

    由于人員防范不僅僅是負(fù)責(zé)安防同時(shí)還要負(fù)責(zé)消防，物理防范也如人員防范一樣也需要兼顧安防和消防，此外為保證安全系統(tǒng)的高效能，對(duì)建筑的照明、出入口在應(yīng)急疏散下的通行能力、人流的引導(dǎo)指示都需要進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和配置。

    因此，一個(gè)完備的安全系統(tǒng)，特別是高等級(jí)安全場(chǎng)所和大型國(guó)際活動(dòng)場(chǎng)所的安全系統(tǒng)更需要頂層設(shè)計(jì)，綜合考慮各方面措施的安全系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)。場(chǎng)館內(nèi)人員疏散時(shí)限確定是大型活動(dòng)必須考慮的重要指標(biāo)，其中需要考慮的重要因素是毒氣和火災(zāi)下煙氣擴(kuò)散。本文就基于毒氣和煙氣擴(kuò)散特性研究如何確定大型展館的疏散時(shí)間。

毒氣特性描述
神經(jīng)性毒氣
    神經(jīng)性毒氣是一類(lèi)能破壞神經(jīng)系統(tǒng)的毒劑，主要有沙林、梭曼、維?？怂梗╒X）等。人員通過(guò)吸入或皮膚吸收引起中毒，毒害作用迅速，主要中毒癥狀是瞳孔縮小、胸悶、多汗、全身痙攣等。神經(jīng)類(lèi)毒劑是屬于速殺、致命程度極高的毒劑，其毒性比農(nóng)藥敵敵畏大上萬(wàn)倍。

糜爛性毒氣
    糜爛性毒氣是一類(lèi)能使細(xì)胞組織壞死潰爛的毒劑，主要有芥子氣、路易氏氣等。人員通過(guò)吸入或皮膚接觸引起中毒，毒害作用通常比較緩慢，主要中毒癥狀是炎癥、潰瘍。

全身中毒性毒劑
    全身中毒性毒劑是一類(lèi)能破壞組織細(xì)胞氧化功能的毒劑，主要有氫氰酸、氯化氰。人員可通過(guò)吸入引起中毒，毒害作用迅速，主要中毒癥狀是口舌麻木、呼吸困難、皮膚鮮紅、痙攣等。

失能性毒劑
    失能性毒劑是一類(lèi)能造成思維和運(yùn)動(dòng)功能障礙使人員暫時(shí)喪失戰(zhàn)斗力的毒劑,主要有畢茲（BZ）等。人員可通過(guò)吸入引起中毒，毒害作用較迅速，主要中毒癥狀是神經(jīng)錯(cuò)亂、幻覺(jué)、嗜睡、身體癱瘓、體溫或血壓失調(diào)等。

窒息性毒劑
    窒息性毒劑是一類(lèi)刺激呼吸道引起肺水腫造成窒息的毒劑，主要有光氣等。人員可通過(guò)吸入引起中毒，毒害作用緩慢，主要中毒癥狀是咳嗽、呼吸困難、皮膚從青紫發(fā)展到蒼白、吐出粉紅色泡沫樣痰等。

刺激性毒劑
    刺激性毒劑是一類(lèi)能刺激眼睛、上呼吸道和皮膚的毒劑，主要有西埃斯（CS）、苯氯乙酮、亞當(dāng)氏氣等。人員可通過(guò)吸入、接觸引起中毒，毒害作用迅速，主要中毒癥狀是眼睛疼痛、流淚、噴嚏、咳嗽及皮膚有燒灼感。[nextpage]

火災(zāi)煙氣特性描述
    火災(zāi)危及人的生命的最主要方面是有毒氣和煙塵，包括一氧化碳（CO）、氰氫酸（HCN）、二氧化碳（CO2）和缺氧窒息等。實(shí)驗(yàn)證明，初起火災(zāi)空氣中CO濃度約1%，燃燒猛然階段空氣中CO濃度超過(guò)2%。CO使人血流因吸不進(jìn)氧排不出體內(nèi)CO2而中毒?？諝庵蠧O濃度在1.3%時(shí)，人吸入即失去知覺(jué)，使人可能獲救的CO濃度的極限值為1.28%?？諝庵蠧O濃度為0.5%時(shí)，人接觸20－30分鐘即可能致死。如果火災(zāi)中有含氮燃燒物（如丙燃氰聚合物等），會(huì)產(chǎn)生HCN，其毒性為CO的20倍，對(duì)人危害極大?；馂?zāi)中還消耗氧產(chǎn)生CO2。正常空氣中氧濃度為21%，環(huán)境空氣中氧濃度為15%時(shí)人肌內(nèi)活動(dòng)能力行動(dòng)不便，氧濃度為10-14%時(shí)人迷失方向，氧濃度為6-10%是人暈倒失去知覺(jué)，氧濃度為5-6%時(shí)人呼吸困難，半小時(shí)后有生命危險(xiǎn)?？諝庵蠧O2濃度為10%時(shí)人幾分鐘即死。在火災(zāi)初起階段，煙氣在水平方向擴(kuò)散速度為0.3m/s，在火災(zāi)猛然燃燒階段，由于高溫的作用，煙氣擴(kuò)散速度為0.5-0.8m/s，煙氣沿樓梯間、管道、電纜等豎向管的豎直擴(kuò)散蔓延的速度為3-4m/s。

    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在28%的建筑物火災(zāi)中，一氧化碳是主要的毒物；在10%的火災(zāi)中，一氧化碳均超過(guò)0.5%的急性致死濃度。在非建筑物火災(zāi)中，氰化物和缺氧是潛在的致死因素。

毒氣和煙氣對(duì)人體的傷害
1、氧氣濃度變化對(duì)人體的傷害
    人體的腦組織對(duì)缺氧極為敏感，完全缺氧15秒鐘會(huì)引起昏迷，8-10分鐘會(huì)引起不可逆轉(zhuǎn)的腦損害（表1為氧氣濃度過(guò)低對(duì)人體造成的傷害程度）。

2、CO濃度變化對(duì)人體的傷害
    火災(zāi)中因CO致死的人數(shù)占死亡人數(shù)的40%，不同CO濃度變化對(duì)人體的傷害如表2所示。

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3、CO2濃度變化對(duì)人體的傷害（如表3所示）

4、瓦斯?jié)舛茸兓奈：?
    瓦斯的引火溫度，即點(diǎn)燃瓦斯的最低溫度。一般認(rèn)為，瓦斯的引火溫度為650℃-750℃（如表4）。

5、毒氣濃度變化對(duì)人體的傷害（如表5）
LC50：指毒物對(duì)急性實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的群體中引起半數(shù)（50%）動(dòng)物死亡的劑量。

毒氣和煙氣擴(kuò)散模型
毒氣彈擴(kuò)散模型
    按照理想條件下分析，將毒氣彈爆炸引起的毒氣煙霧傳播可以看作是在無(wú)窮空間由點(diǎn)狀爆炸源導(dǎo)致的毒氣擴(kuò)散過(guò)程，采用二階拋物線偏微分方程描述毒氣濃度的變化規(guī)律。 [nextpage]

    模型假設(shè)（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)假定為無(wú)限自由空間的擴(kuò)散）（如圖1）。

毒氣在無(wú)窮空間擴(kuò)散不考慮風(fēng)力、地面影響；
毒氣的擴(kuò)散服從擴(kuò)散定律，即單位時(shí)間通過(guò)單位法向面積的流量與毒氣濃度的梯度成反比；
將毒氣爆炸時(shí)刻t = 0，空間任何一點(diǎn)處的毒氣濃度D(x，y，z，t)；
根據(jù)假定可得到單位時(shí)間通過(guò)單位法向面積的流量q：q = -k grad D；

div為散度記號(hào)。最終的空間任意一點(diǎn)的毒氣濃度為：

    理論上在一個(gè)溫度和壓強(qiáng)都處處均勻的混合氣體體系中，如果某種氣體成份密度不均勻，則這種氣體由密度大的地方向密度小的地方遷移，直到這種氣體在各處的密度達(dá)到均勻?yàn)橹埂?

    擴(kuò)散系數(shù)與氣體密度、梯度成正比。通常情況下分子量越大的氣體，其擴(kuò)散速度越慢。

    擴(kuò)散系數(shù)與溫度成正比，溫度越高，擴(kuò)散速度越快。因此擴(kuò)散系數(shù)應(yīng)該是：
k=f(ρ, T, g)
ρ：氣體密度
T：氣體溫度
g：梯度[nextpage]

    為示意說(shuō)明起見(jiàn)，圖2可以看出毒氣擴(kuò)散趨勢(shì)。由于毒氣擴(kuò)散和空氣流動(dòng)、溫度相關(guān)，實(shí)際毒氣擴(kuò)散方式和理想狀態(tài)下的計(jì)算有較大出入。

火災(zāi)煙氣擴(kuò)散模型
    火災(zāi)煙氣擴(kuò)散不同于毒氣擴(kuò)散?；馂?zāi)產(chǎn)生的毒氣源不是有限總量，只要有燃燒物燃燒，總伴隨著毒氣產(chǎn)生，另外隨著燃燒面積的擴(kuò)大，毒氣源也呈現(xiàn)體積增大的趨勢(shì)。因此毒氣擴(kuò)散模型不適合火災(zāi)煙氣擴(kuò)散模型 (見(jiàn)圖3)。

    火災(zāi)煙氣是火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中因熱解和燃燒作用形成的產(chǎn)物，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把火災(zāi)源看成是隨燃燒時(shí)間變化的變體，毒氣擴(kuò)散公式仍然適用： 
 
x1 = x + fx(t)；
y1 = y + fy(t)；
z1 = z + fz(t)。
    式中的fx(t)、fy(t)、fz(t)為燃燒物變體隨時(shí)間的坐標(biāo)變化。

毒氣煙氣擴(kuò)散下疏散時(shí)限確定
    疏散時(shí)間Ne的確定取決于多個(gè)因素，醫(yī)療緊急救護(hù)時(shí)間、火災(zāi)下疏散時(shí)限Nf、毒氣事件下疏散時(shí)限Np等，根據(jù)本文提出的模型以及現(xiàn)場(chǎng)情況可以得出火災(zāi)下疏散時(shí)限Nf、毒氣事件下疏散時(shí)限Np，這樣在毒氣煙氣下的疏散時(shí)限為：
Min{ Nf，Np}

    需要指出的是在火災(zāi)情況下，溫度場(chǎng)變化對(duì)人體影響也是巨大的，火場(chǎng)上由于可燃物質(zhì)多，火災(zāi)發(fā)展蔓延迅速，火場(chǎng)上的氣體溫度在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到幾百攝氏度。空氣中的高溫，能損傷呼吸道。當(dāng)火場(chǎng)溫度達(dá)到49℃-50℃時(shí)，能使人的血壓迅速下降，導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)衰竭。只要吸入的氣體溫度超過(guò)70℃，就會(huì)使氣管、支氣管內(nèi)粘膜充血起水泡，組織壞死，并引起肺水腫而窒息死亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，人在100℃環(huán)境中即出現(xiàn)虛脫現(xiàn)象，喪失逃生能力，嚴(yán)重者會(huì)造成死亡。在火場(chǎng)，經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)體表幾乎完好無(wú)損的死者，這些死者大多是由于吸入過(guò)多的熱氣而致死的。因此在場(chǎng)館建設(shè)時(shí)，要特別注意這些因素。