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基于疏散分析的既有建筑运维优化

查看: 1532| 评论: 0| 发布者: admin |来自: 绿建之窗

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简介:【主讲人】周吾波【简介】吉林建筑大学,建筑环境与能源应用工程,工程管理(MBF)双学士学位 ,主要从事传热、BIM和设施管理方面的研究工作。【讲座导读】本期【绿建大讲堂】由周吾波就基于疏散分析的既有建筑运维 ...
【主讲人】周吾波

【简介】吉林建筑大学,建筑环境与能源应用工程,工程管理(MBF)双学士学位 ,主要从事传热、BIM和设施管理方面的研究工作。

【讲座导读】本期【绿建大讲堂】由周吾波就基于疏散分析的既有建筑运维优化,分析pathfinder软件特点及前景,并进行可视化的空间规划,对建筑模拟在既有建筑运维的展望 。

【讲座实录】

    随着计算机技术的发展与普及,建筑模拟软件的操作愈加简便,流场、光照、能耗、抗震等模拟越来越贴近现实。建筑模拟,这种将设计工况事先在计算机中运行的“先知”技术,越来越受到设计师们的重视,给建筑方案优化带来了更多的便捷。而BIM、云计算等新技术的出现,使得建筑模拟功能越来越强大,使用的范围也越来越广。

    在中国,建筑周期分为设计、施工和运维三个方面。目前建筑模拟在建筑设计阶段使用较多,而施工 与运维方面的应用基本很少。随着新建建筑越来越少,如何提高既有建筑的运行效率及舒适度,更好地协调该费用,也是未来发展需要解决的一大问题。

第一部分:建筑空间管理与Pathfinder应用简介

    何谓空间管理?建筑的运维,即不动产与设施管理(FM:facility management),IFMA(国际设施管理协会)对该词汇的解释是:以保持业务空间高品质的生活和提高投资效益为目的,以最新的技术对人类有效的生活环境进行规划、整备和维护管理的工作。而空间管理就是其主要组成部分。

    Pathfinder 是由美国Thunderhead engineering公司开发的一款基于火灾与紧急情况发生时人员疏散的模拟软件。它利用计算机图形仿真和游戏角色领域的技术,对多个群体中的每个个体运动都进行图形化的虚拟演练。建筑设计时进行人员疏散模拟,进而对建筑设计再次修改,更合理的规划疏散路线和门、楼梯、走廊的尺寸。尽量在紧急情况下减少逃生所需时间。而且每个个体和区域的最佳路径和走过的路径都有详细记录,对改进设计和图纸有很好的数据支撑。

    Pathfinder中逃生出口制定时,可以指定消防电梯、楼梯及路径,比如上层的人需要使用消防电梯或者到指定的避难层,这时指定路径就非常重要,可视化是关键。之后可以通过生成的视频来评估逃生路线和逃生出口设计是否合理。

【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图1


    图1是某商场人员疏散模拟图,每个区域都有不用的人流密度,当紧急情况发生时,大家可以根据最近的出口逃生,在Pathfinder软件模拟视频中清楚看到有没有拥堵情况发生,给建筑师更改设计图时提供数据支持。

 

第二部分:空间管理中Pathfinder软件应用

 

1、国内某大学教学管中Pathfinder软件应用实例


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图2

    图2是教学馆模型。由于设计、教务科排课的不合理,教学馆在平时使用过程中会出现部分楼梯拥挤过度、部分楼梯无人使用长期空置的情况,而这些设计却又是符合规范要求的,这样就会出现:过分拥挤的楼梯在紧急安全问题的情况下,会产生隐患并危机生命。

【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图3

 

    由于教学管主要是用作于教学,学校意识到问题的严重性,为了解决土木楼的拥堵问题,针对教学管进行了pathfinder建模——发现拥堵点——与现实情况对比——进行相关课程重新编排——重新输入进行验证——验证通过交付学校使用的过程(图3)。并对该情况进行研究改善并做了针对性问卷调查,对比较拥挤的楼梯进行标识。


1.1 教学馆pathfinder模拟数据分析


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图4

 

    图4是Pathfinder建立的教学管模型中标示的楼梯和出口。在问卷调查中发现该区域楼梯异常拥堵,而解决此问题主要从两个方面考虑 :1.教务处排课不合理,2.本身的建筑设计不合理。

 

    若按照常规方法,建筑本身设计不合理是需要更改的,但是既有建筑不可能因为楼梯拥堵问题而加大投入对建筑进行太大的实质性改造,只能从管理角度——教务处排课问题来解决。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

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    图5是Pathfinder软件数据输入(第一步),在Pathfinder当中输入教学楼某一天使用情况(包括当天所有使用教室的班级和人数),定义他们的行走速度和平均肩宽。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

6

 

    图6是在Pathfinder中输入每个班级在教学楼上课的路径(第二步),记录从进入和离开的时间,最真实的模拟这栋楼中所有人从进入到离开的情况。

【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

7

    

    图7是在Pathfinder中输入学校提供的班级人数,无论是上课的路径、上课的人数、班级的人数和使用的每个楼梯的情况都尽量的贴合实际,然后进行针对性模拟,观察模拟的结果是否和现实中楼梯拥堵的情况相符。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

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    图8发现D区楼梯拥堵可视化模拟,通过模拟得到的结果和现实情况一致,不管离开还是进入教学楼都有一个共同点——大量使用区域楼梯,导致出现其过分拥堵。

 

    模拟结果对比图3教学楼平面图可以发现,D区域楼梯使用量非常高,B区域楼梯使用量相对很小,其他区域楼梯使用量几乎为零,模拟结果和现实相符,不管是建筑设计和教务排课都是很不合理的,也充分体现了软件模拟的真实性和可靠性。


1.2 教学馆改善前后现状分析

【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

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    图9是教学馆B区楼梯使用量曲线图,Pathfinder软件会记录楼梯的使用量,生成数据表格,协助分析楼梯是否出现拥堵或者拥堵的情况。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

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    图10是教学馆D区楼梯与B区楼梯使用量对比。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图11


    图11是教学馆排课不合理造成的拥堵。除了楼梯比较拥堵,通过模拟有些教务处排课不合理问题也体现出来,上课之后可能会出现两个换教室的情况,这样两班人员相向而行,走廊宽度不够,上课人数较多,就会出现拥堵。

 

    针对上述拥堵情况,常规来讲可能会加宽楼梯和走廊的尺寸进行解决。但既有建筑没有办法做到更改设计,只能在管理方面解决问题,重新安排课表把已有的空间重新安排给不同的时间、不同的班级来上不同的课,可以有效解决此类问题。

【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图12

 

    图12是教学馆教务处排课安排。区域使用比例分布差距很大,安排不合理。针对不合理课表重新编排,通过计算机算法给每个班级赋值,根据班级使用教室时间和使用情况赋值,得出相应的分数,离楼梯远的分数越高,离楼梯近的分数低。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图13

    图13是计算机算法,包括两种方法:一种是同心圆算法,一种是网格法。目的是给每个班级赋值,以每个班级为单位得到最终数据,然后对上课路线和时间进行排布。最终使用权重法排出了新的课表,将下学期要上的课从新输入,进行编排,计算机算法自动计算出要上课的时间和地点。

【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图14

    图14是教学馆改善后区域空间的使用,将对空间和时间重新编排的新课程表输入Pathfinder进行验证,发现对区域的拥堵情况明显下降、缓和,并且在建筑物内形成环流、自洽。



【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图15

    图15是重新编排课程表后教学馆B区楼梯使用量,可以看出B区楼梯使用时间延长,使用量变大,使用频率也有提升,也是对D区楼梯拥堵情况缓解的佐证



【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图16

    

    图16是改善后教学馆D区楼梯使用量,其使用时间变短,楼梯拥堵得到缓解。


【绿建讲堂】基于疏散分析的既有建筑运维优化(绿建之窗微信群2015年6月25日第52期)

图17


    图17是上海某大型综合体电梯图示,该商场有较多的电梯,里面也有一部分指定使用电梯来加快逃生的速度,减少逃生的时间,减少在紧急情况下逃生事故的机率。电梯的承载重量和上下行速度都需要按照电梯额定的参数输入到软件中,软件可按照输入的参数进行模拟。现在软件中还增加了旋转门、地铁里刷卡的那种闸门这两个软件选项,也是现在应用比较广泛的。


第三部分:Pathfinder软件应用前景


    与其他同类型建筑模拟软件一样,Pathfinder是起到辅助作用的,可以更直观的表现出所需要的设计效果。在国内,目前Pathfinder主要用于做合理的逃生路线、减少逃生时间、减少死亡人数,做设计变更和效果的佐证。Pathfinder强大的路径功能,现在国内使用的较少,仅仅是指向避难层,用来规划消防电区的使用,而这些在模拟使用过程中是不够的 ,在未来既有建筑改造方面,Pathfinder应该需要更多的时间、精力和其他各方面资源投入。


    随着空间管理和FM越来越受重视,MIF中更需推广具有简单容易操作特点的Pathfinder软件,以辅助空间管理,更直观的解决问题,理想状态下编排,起到数据处理的作用。


    现如今BIM技术、建筑信息技术越来越发达,建筑模拟不仅仅针对于设计部分,更应该应用到后期运维管理中,概因在建筑全生命周期中运维的时间最长。前期设计时考虑到的工况或最优或最差,会造成诸多资源浪费和不足,运行的时候达不到预想工况,所以更需要在后期运维中加入模拟。


    针对发生在设计时候没有考虑到的工况,进行附加更符合现在工况的运行策略。在既有建筑没有办法达到设计运行工况的时候,可以通过建筑模拟软件提出新的运行策略,来指导后期的FM和设施管理部门,进行设施管理和空间管理,提供好的使用空间。


    设施管理工程师并非专业全能,通过模拟软件,每个专业都用建筑模拟软件对既有建筑新的工况进行分析,然后结合管理建筑和暖通各方面总结针对现在工况的运行策略,使现在室内的工况运行可以达到优秀设计,这也是以后的发展趋势。


Q:电梯和扶梯的疏散是否能用Pathfinder模拟分析?

A:目前Pathfinder只能做垂直升降电梯的模拟,而扶梯部分建议用楼梯代替,为乘坐扶梯的那部分人设置楼梯的速度,下楼梯的速度和扶梯一致。


Q:电梯和扶梯一般不能作为疏散出口,模拟怎么操作?

A:Pathfinder模拟重点是路径,可以指定一部分人使用消防电梯,消防电梯达到一层后再寻找其他,Pathfinde可以指定行为路径。


Q:地铁站的扶梯可算是疏散口,高层及超高层建筑中电梯分组是否很重要?

A:是的,这些都可以进行定义,包括多少层以上可以使用电梯,电梯经过哪些层停或不停都需要在Pathfinder中定义,不然电梯就没有办法运行。


Q:电梯平时的垂直分组是不是一定要用软件?

A:国内绿建没有强制要求,目前在国内的使用量不是特别大。


Q:在电梯方面模拟与电梯顾问公司用的软件一样吗?

A:应该不一样,Pathfinder并不是针对电梯的,主要是针对建筑的人员的疏散方面,需要电梯就增加电梯模块,使用楼梯就增加楼梯模块。Pathfinder主要还是针对逃生路径的安排和选择。


Q:用来分析人流路线就只有Pathfinder软件吗?

A:是有其他的软件,相对来说Pathfinder软件比较好上手,可视化程度也高。


Q:既有建筑中的软件应用,不是进行建筑改造而是改善运营吧

A:是的,不需要人为改造既有建筑,在运维的方式上改变,让这种建筑在现有情况下变得更好。


Q:如何设定人员的逃生路线,逃生路径如何选择?

A:软件会判定选择逃生时间比较短的路径,如果没有设定逃生路径,会自动判断最近的逃生路径逃生。


Q:研究对象不知道该向哪个方向逃生怎么办?

A:软件都会做出判断,指引人员向某方向逃生。


Q:人员一般会顺着熟悉的路径逃生,而不一定是最近路径

A:做的是整体疏散、逃生需要的时间,个例问题不考虑。


Q:Pathfinder和IESVE疏散软件区别?

A:精度不同,计算方法基本一致,只是软件平台不同,目前高校火灾紧急逃生研究用Pathfinder比较多,IES商用比较多。


                                                      整理:王宝镜 电话:15510770260

                                                      责任编辑:刘金华 校对:崔建柱


【注】讲座实录为绿建之窗出品,如需转载,请注明出处:绿建之窗。


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