بررسی سیستماتیک پژوهش‏ های حوزۀ مدل سازی تخلیه از ساختمان در هنگام حریق و تبیین چارچوب معماری ایمن از منظر تخلیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری معماری، دانشکدۀ هنر و معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد دانشکدۀ هنر و معماری، دانشگاه تربیت مدرس تهران، ایران

3 دانشیار دانشکدۀ معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

طراحی مسیرهای خروج برای تخلیة اضطراری به‌هنگام رخداد حریق یکی از موضوع‌های عملکردی طراحی معماری است. امروزه می‌توان عملکرد ساختمان در خروج ایمن افراد به‌هنگام شرایط اضطراری حریق را با ابزار «مدل‌سازی تخلیه» سنجید. پژوهش حاضر با هدف بررسی سیستماتیک پژوهش ‏های انجام‌شده در حوزة مدل‌سازی تخلیه از ساختمان در هنگام حریق انجام گرفته است. با جستجوی ادبیات تخصصی، پایگاه داده‏ ای متشکل از 152 مقاله ساخته شدند و داده ‏های حاصل از آن برای پاسخ به سه پرسش اصلی بررسی گردیدند. در پرسش اول «جایگاه طراحی معماری در کل پژوهش‏ های حوزة مدل‌سازی تخلیة حریق» مورد سؤال قرار گرفت. مسائل طراحی معماری یک دسته در انواع پنج‏گانه پژوهش‏ های مدل‌سازی تخلیه هستند و در نمونه ‏های مدل‌سازی‌شده نیز تنوعی از مقیاس‏های مختلف در فرایند طراحی ملاحظه می‌شود. همچنین کیفیتی تحت عنوان «معماری ایمن» تعریف شد و شاخص‏ های مربوطه پنج رویکرد زمان‌محور، پیکره ‏بندی‌محور، ظرفیت‌محور، ازدحام‌محور و ریسک‌محور طبقه‏ بندی شدند. پرسش دوم در مورد «عناصر معماری واجد اهمیت در مسائل مدل‌سازی تخلیه» بود. با بررسی متغیرها در پژوهش ‏های مختلف و رابطة میان آنها دریافت شد که عناصر متعددی از معماری متغیر مستقل در مسائل مدل‌سازی تخلیه قلمداد می‌شوند و ویژگی‏ های طراحی آنها با ‏عنوان سنجه‏ هایی برای تبیین متغیرهای وابستة‏ دیگر لحاظ شده‏اند. در پرسش سوم در خصوص «رابطة عناصر معماری با دیگر پارامترهای مدل‌سازی تخلیه» بود. در مواردی که هدف از مدل‌سازی ارزیابی یک طرح است؛ نتایج می‌تواند منجر به اعمال تغییرات زیادی در طرح شود. مدل‌های تخلیه می‌توانند از حیث ویژگی‏ های متعددی همچون مقیاس، رویکرد مدل برای نمایش انسان و فضا، و الگوریتم‏ های مسیریابی متنوع و متفاوت باشند. روش‏ های مدل‌سازی با پیشرفت طراحی رابطه‏ ای متناظر دارند. در مراحل اولیه، فرایند معماری مدل‌سازی در مقیاس کلان‏ می‌تواند منجر به رد یا پذیرش یک گزینة طراحی شود، یا همخوانی یا ناهمخوانی طرح را با حدود عملکردی الزامی نشان دهد. در طرح‏ های توسعه‌یافته‏ تر، مدل‌سازی در مقیاس خرد به‏ مثابة ابزاری برای تصمیم ‏گیری نهایی در مورد ابعاد، جزئیات پیکره‏ بندی‏ ها، و جانمایی ستون‏ها و مبلمان فضا کارکرد دارد. همچنین تلفیق رویکردهای پنج‏ گانة معماری ایمن امکان تدوین چارچوب‏ های عملیاتی برای ارزیابی عملکرد ایمنی تخلیة طرح معماری را فراهم می ‏آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Systematic Review of Fire Evacuation Modeling in Buildings and Defining the Framework of Safe Architecture Design for Egress

نویسندگان [English]

  • Atefeh Omidkhah 1
  • Mohammad Reza Bemanian 2
  • Mohammad Reza Hafezi 3
1 Faculty of Art and Architecture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Faculty of Art and Architecture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Associate Professor, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Evacuation modelling is a tool for measuring the performance of building design for safe evacuation of occupants during emergencies such as fires. The first evacuation modelling efforts date back to the mid-70s. To date, a wide range of evacuation models have been developed, with numerous problems having been studied in various scientific disciplines. In the present study, a database of 152 original papers was developed through a systematic search in the field of evacuation modelling, and their data was used to answer three key questions. The first question was that of the role of architectural design in the entire body of research. Architectural design issues are one of the five fields in evacuation modelling research being considered in a variety of scales in the design process. The second question was that of important elements of evacuation modelling. This was answered by data analysis. From the perspective of variables and their relationship, it was found that several elements have been considered as independent variables in evacuation modelling, with their design features being considered as measures to explain other dependent parameters. The third question was that of the relationship between architectural elements and other modelling parameters. When a modelling is aimed at evaluation of a design, the results can cause significant changes in the original design.
Modelling methods are also relevant to the levels of design development. In early stages, macroscopic modelling can lead to the rejection or acceptance of a design alternative or schema, or demonstrate whether or not the design conforms to the required performance criteria. In more advanced stages, microscopic modelling is applied as a tool to make fine tunings of dimensions, configuration details and layouts of columns and furniture. The results showed that the swarm intelligence-based methods are the emerging field among microscopic models that can result in lower computational cost and more accurate results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Evacuation modelling
  • Architectural design
  • Performance
  • Fire Safety

مراجع

امیدخواه، عاطفه. مدیریت ایمنی و کاهش تلفات در برج‏های مسکونی تهران (سانحۀ آتش‏سوزی). پایان‏نامۀ کارشناسی ارشد، گروه بازسازی پس از سانحه، دانشگاه شهید بهشتی تهران، 1392.
دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان. مبحث سوم حفاظت ساختمان‏ها در مقابل حریق. تهران: مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، 1395.
فلاحی، علیرضا و محمدرضا حافظی و عاطفه امیدخواه. «تأثیر زمان تخلیه در برنامه‏ریزی مدیریت ایمنی آتش‏سوزی در دو ساختمان بلندمرتبۀ مسکونی». در مجله علمی پژوهشی آرمانشهر، ش 25 (اسفند 1397)، ص125-136.
Beck, Vaughan. “Performance-based Fire Engineering Design and Its Application in Australia”. In Fire Safety Science Proceedings of the 5th International Symposium, 1997, pp. 23-40.
Berseth, G. & M. Usman & B. Haworth & M. Kapadia & P. Faloutsos. “Environment Optimization for Crowd Evacuation”. In Computer Animation and Virtual Worlds, 26(3-4) (2015), pp. 377-386.
Cassol, V.J. & S.R. Musse & C.R. Jung & N.I. Badler. Simulating Crowds in Egress Scenarios, Springer International Publishing, 2017.
Chen, J. & J. Ma & S.M. Lo. “Geometric Constraint Based Pedestrian Movement Model on Stairways”. In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 505 (2018), pp. 1212-1230.
Chen, X. & M. Treiber & V. Kanagaraj & H. Li. “Social Force Models for Pedestrian Traffic–state of the Art”. In Transport Reviews, 38(5) (2018), pp. 625-653.
Chu, Guanquan. “Decision Analysis on Fire Safety Design Based on Evaluating Building Fire Risk to Life”. In Safety Science, 2008, pp. 1125-1136.
Cuesta, A. & O. Abreu & D. Alvear. “Future Challenges in Evacuation Modelling”. In Evacuation Modeling Trends, Springer, Cham, 2016, pp. 103-129.
Desmet, A. & E. Gelenbe. “Graph and Analytical Models for Emergency Evacuation”. In 2013 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PERCOM Workshops), IEEE, March 2013, pp. 523-527.
Guizzi, G. & F. Gargiulo & L.C. Santillo & H. Fujita. “Swarm Intelligence in Evacuation Problems: A Review”. In International Conference on Intelligent Software Methodologies, Tools, and Techniques, 2015, pp. 333-340.
Hamacher, H.W. & S.A. Tjandra. “Mathematical Modelling of Evacuation Problems: A State of Art”, In Berichte des Fraunhofer ITWM, Nr. 24 (2001).
Hasofer, A. & V.R. Beck & I.D. Bennetts. Risk Analysis in Building Fire Safety Engineering. Routledge, 2006.
Kuligowski, E. “Predicting Human Behavior During Fires”. In Fire Technology, 49(1) (2013), pp. 101-120.
Klüpfel, H. “Crowd Dynamics Phenomena, Methodology, and Simulation”. In Pedestrian Behavior: Models, Data Collection and Applications, Emerald Group Publishing Limited, 2009, pp. 215-244.
Li, J.J., & H.Y. Zhu. “A Risk-based Model of Evacuation Route Optimization under Fire”. In Procedia Engineering, 211 (2018), pp. 365-371.
Li, Y. & M. Chen & Z. Dou & X. Zheng & Y. Cheng & A. Mebarki. “A Review of Cellular Automata Models for Crowd Evacuation”. In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Vol. 526 (15 July 2019), p. 120752.
Lian, L. & X. Mai & W. Song & Y.K.K. Richard & Y. Rui & S. Jin. “Pedestrian Merging Behavior Analysis: An Experimental Study”. In Fire Safety Journal, 91 (2017), pp. 918-925.
Liao, W. & X. Zheng & L. Cheng & Y. Zhao & Y. Cheng & Y. Wang. “Layout Effects of Multi-exit Ticket-inspectors on Pedestrian Evacuation”. In Safety Science, 70 (2014), pp. 1-8.
Liu, H. & B. Xu & D. Lu & G. Zhang. “A Path Planning Approach for Crowd Evacuation in Buildings Based on Improved Artificial Bee Colony Algorithm”. In Applied Soft Computing, 68 (2018), pp. 360-376.
Lui, C.H. & N.K. Fong & S. Lorente & A. Bejan & W.K. Chow. “Constructal Design of Evacuation from a Three-dimensional Living Space”. In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 422 (2015), pp. 47-57.
Makowski, D. & F. Piraux & F. Brun. From Experimental Network to Meta-Analysis. Springer, 2019.
Maslow, A.H. “A Theory of Human Motivation”. In Psychological Review, 50(4) (1943), pp. 370-396.
Meacham, Brian J. & John. R. Thomas. “20 Years of Performance-based Fire Protection Design: Challenges Faced and a Look Ahead”. In Fire Protection Engineering, 24(4) (2013), pp. 249-267.
Nilsson, D. & C. Uhr. “Complex Systems – A Holistic Approach for Understanding and Modelling Fire Evacuation Behaviour”. In Proceedings of the 4th International Symposium on Human Behaviour in Fire. Cambridge, London: Interscience Communications, 13-15 July 2009, pp. 525-530
Park, H.J. Development of a Holistic Approach to Integrate Fire Safety Performance with Building Design, Doctoral dissertation, Worcester Polytechnic Institute, 2014.
Qu, Y. & Y. Xiao & J. Wu & T. Tang & Z. Gao. “Modeling Detour Behavior of Pedestrian Dynamics under Different Conditions”. In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 492 (2018), pp. 1153-1167.
Ronchi, E. & D. Nilsson. “Basic Concepts and Modelling Methods”. In Evacuation Modeling Trends, Springer, Cham, 2016, pp. 1-23.
Schadschneider, A. & D. Chowdhury & K. Nishinari. Stochastic Transport in Complex Systems: from Molecules to Vehicles. Elsevier, 2010.
Shiwakoti, N. & Y. Gong & X. Shi & Z. Ye. “Examining Influence of Merging Architectural Features on Pedestrian Crowd Movement”. In Safety Science, 75 (2015), pp. 15-22.
Smedresman, G. Crowd Simulations and Evolutionary Algorithms in Floor Plan Design. Yale University, 2006.
Song, X. & J. Sun & H. Xie & Q. Li & Z. Wang & D. Han. “Characteristic Time Based Social Force Model Improvement and Exit Assignment Strategy for Pedestrian Evacuation”. In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 505 (2018), pp. 530-548.
Tavares, R.M. “An Analysis of the Fire Safety Codes in Brazil: Is the Performance-based Approach the best Practice?”. In Fire Safety Journal, 44(5) (2009), pp. 749-755.
Tavares, R.M. & E.R. Galea. “Evacuation Modelling Analysis within the Operational Research Context: A Combined Approach for Improving Enclosure Designs”. In Building and Environment, 44(5) (2009), pp. 1005-1016.
Teague, Paul E. & Ronald R. Farr. “Case Histories: Fires Influencing the Life Safety Code”. In Life Safety Code Handbook, 2009, pp. 1147-1159.
Tian, J. “The Physics and Simulation of Occupant Traffic Flow in the Case of Evacuating Public Building Area”. In Transportation Research Part D: Transport and Environment, 30 (2014), pp. 76-85.
Vanclooster, A. & T. Neutens & V. Fack & N. Van de Weghe & P. De Maeyer. “Measuring the Exitability of Buildings: A New Perspective on Indoor Accessibility”. In Applied Geography, 34 (2012), pp. 507-518.
Vermuyten, H. & J. Beliën & L. De Boeck & G. Reniers & T. Wauters. “A Review of Optimisation Models for Pedestrian Evacuation and Design Problems”. In Safety Science, 87 (2016), pp. 167-178.
Wu, J. & X. Wang & J. Chen & G. Shu & Y. Li. “The Position of a Door Can Significantly Impact on Pedestrians’ Evacuation Time in an Emergency”. In Applied Mathematics and Computation, 258 (2015), pp. 29-35.
Xie, Q.M. & J.H. Wang & P.C. Wang & W.L. Wang & Y. Jiao & J. Guo. “The Optimization for Location of Building Evacuation Exits Considering the Uncertainty of Occupant Density Using Polynomial Chaos Expansion and Genetic Algorithm”. In Procedia Engineering, 211 (2018), pp. 818-829.
Zawidzki, M. & M. Chraibi & K. Nishinari. “Crowd-Z: The User-friendly Framework for Crowd Simulation on an Architectural Floor Plan”. In Pattern Recognition Letters, 44 (2014), pp. 88-97.
Zhao, Y. & M. Li & X. Lu & L. Tian & Z. Yu & K. Huang, ... & T. Li. “Optimal Layout Design of Obstacles for Panic Evacuation Using Differential Evolution”. In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 465 (2017), pp. 175-194.
           
https://www.sciencedirect.com پایگاه علمی ساینس دایرکت 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 آذر 1398
  • تاریخ بازنگری: 21 آذر 1399
  • تاریخ پذیرش: 20 دی 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار