本文所提及的安全系统不是国内行业普遍使用的安全系统的涵义，而是指集成了财产安全（Security）、人身安全（Safety）以及涵盖全过程的安全系统。本文就这一方面来进行探讨。

安全系统概念的提出
    首先需要申明本文提出的安全系统不是国内行业普遍使用的安全系统的涵义。而是集成了财产安全（Security）、人身安全（Safety）以及涵盖全过程的安全系统。

    真正有效的安全系统是集物理防范、电子防范、人员防范三位一体的安全系统。同时整个安全系统还必须全面考虑到预警、报警、现场处警、人员疏散、现场应急指挥、技术人员和保安人员的培训、现场保护、事件分析和秩序恢复等一系列措施。因此安全系统涉及还不仅仅是物理防范、电子防范、人员防范，还涉及到照明、楼宇控制、人员通道、通讯、电力等等。

    随着电子技术的飞速发展，特别是财产安全（Security）和人身安全（Safety）的电子信息技术的发展更加专业化和智能化，造成了电子防范系统和物理防范/人员防范相互脱节，最终导致各个系统独立工作，投入了很大的资金却不能发挥最大的效能。

    由于行业管理的特点，目前国内的安全系统设计消防和安防和各自独立设计，由招标公司分别出具安防和消防系统的招标技术文件，基本不考虑安全系统对物理防范的要求，也基本不考虑与人员防范的结合，安防工程公司和消防工程公司依据招标文件进行系统设计，这样设计出的系统仅仅是各自独立的底层的电子防范系统。真正遇到紧情况下容易导致各自为政，很难与事先制定的各种应急预案结合。

    由于人员防范不仅仅是负责安防，而且还要负责消防，物理防范也与人员防范一样，也需要兼顾安防和消防。此外为保证安全系统的高效能，对建筑的照明、出入口在应急疏散下的通行能力、人流的引导指示都需要进行科学的计算和配置。

    综上所述，一个完备的安全系统，特别是高等级安全场所和大型国际活动的安全系统更需要顶层设计，综合考虑物理防范、电子防范、人员防范和预警、报警、现场处警、人员疏散、现场应急指挥、技术人员和保安人员的培训、现场保护、事件分析和秩序恢复等一系列措施的安全系统概念设计。

国外的安全系统概念设计
    国外先进的安全技术公司在承担安全系统设计时，首先在需求牵引下完成安全系统概念设计，其次才是依据安全系统概念设计进行相关的安防系统设计、消防安全系统设计、保安人员专项培训以及物理防范的改进建议。

    在瑞士达沃斯经济峰会的大型国际活动场馆和北京2008年奥运会的瑞士屋建设中，笔者和国外安全技术公司合作完成了安全系统概念设计，通过几个安全系统概念设计从中获益匪浅。国际上大型安全系统的设计不再停留在安防或者消防系统的单一电子系统的设计，而是将物理防范、电子防范、人员防范和预警、报警、现场处警、人员疏散、现场应急指挥、技术人员和保安人员的培训、现场保护、事件分析和秩序恢复紧密作出完整的安全系统概念设计。其大致流程见图1。[nextpage]

安全系统工程概念设计的主要内容
安全系统概念设计的主要依据
·用户的需求任务书；
·相关国家标准和国际有关标准；
·各种安全需求会议文件；
·各种应急预案（停电、停水、投毒、意外爆炸、火灾、抢劫、盗窃、暴力、非法物品携带）。

安全系统概念设计的目标
·人身和防火安全；
·人流和最大人数控制；
·各分区人群疏散保证；
·公共次序的保证；
·危急事件下的应急措施。

安全系统概念设计的场地描述
安全系统工程的概念设计显著特点就是紧密与现场相关。场地描述包括：
·区域描述：场地的大小、形状、地形特点；
·出入口描述：需要包围的场地所有出入口及其用途；
·辅助设备描述：场地电源、供水设施、通讯线路、照明设备、通风设备；
·建筑物性质描述：抗震等级、结构特点、抗爆能力；
·安全设施描述：监视死角、应急灯及位置、灭火器及位置、消防水龙头及位置、喷淋控制区域、水压、前期检查结果。[nextpage]

环境参数评估
    环境参数评估包括照明、声场、电磁环境、网络环境、通讯环境和空调制冷参数评估。

危险因素评估
    设施用品的易爆性、设施用品的氧指数、人员疏散瓶颈。

修改意见
    建筑修改意见、出入口门更改意见、照明更改意见、空调制冷更改意见等。

安全系统概念详细设计
    安全系统概念设计涉及很多方面，一般来说安全系统概念设计融合了安全公司的技术、经验、能力、水平以及独到的分析方法，是安全技术公司的核心秘密，一般不对外公开。因此，尽管笔者做了部分安全系统概念设计的工作，但是对其系统理论、基本分析方法所知不多。但是，笔者已经开始在这方面的探索和研究。为了说明起见，本文以一个简单展区的疏散人流分析和展区人数极限分析为例，进行安全系统概念设计并仅提供参考。

疏散人流分析
    疏散人流分析是安全系统概念设计中的重要环节。

    例如，鸟巢体育场在2008年7月23日进行了开幕式应急演练，8分钟内，18000名观众全部疏散完毕。为说明起见，这里选用一个简单的展区做疏散人流分析。

    图2为一个小型展区的人流示意图。

    首先建立疏散人流分析模型，将这个小型展区的人流分析转化为数学拓扑结构。
其中：
Ni：封闭区内人数；
Ci：封闭区；
Gi：出入口（其中G1、G2、G3、G7为十字转门）。[nextpage]

    不同尺寸和不同类型的出入口大门的通行能力是有大不同的，同时还要考虑在消防报警情况下主电源是必须断电的因素。这里假定对应出入口门的最大通行能力为Vi，∆T为疏散时人员在通道行进所需时间，这样在所有的通道、封闭区域通行和出入口门完好情况下理想疏散时间Te ：
Te = Max( ( C1/(V2+V3)+(C1+C3)/V1)，( C2/(V5+V6)+(C2+C4)/V7 ) )+ ∆T

    从上述公式中可以看出，影响理想疏散时间Te的因素有：
1、展区人数( ∑Ni )
    在展区人数增加的情况下，可以明显得出结论，理想疏散时间Te也随之增加。

2、封闭区人数分布
    即使在展区人数相同但是封闭区域人数不同也影响理想疏散时间Te。

    假定只考虑C1和C3封闭区从出入口G1疏散，C1和C3封闭区总人数分别为1000和1500，V2=V3=100人次/分，V1= 260人次/分，忽略 ∆T因素，则计算的大致结果见图4。

    随着封闭区域C1中的人数增加，即使总人数1000不变，理想疏散时间Te也急剧上升，从接近4分钟上升到接近9分钟。

3、出入口门的通过能力
    出入口门的通过能力直接影响疏散时间，当然出入口门的通过能力越大约好，但是实际情况并不可能如此。在安全系统概念设计中，对疏散情况下出入口门的通过能力需要优化。

    从下面的计算可以看出，即使在总的出入口门的通过能力（指例子中G1、G2、G3通过能力的总和）不变的情况下，对各个出入口门通过能力的优化配置可以大大减少疏散时间。

    仍然假定只考虑C1和C3封闭区从出入口G1疏散，C1和C3封闭区人数分别为500，总的出入口门的通过能力为460人次/分，G2、G3通过能力相同，则有如下结果（图5）。

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    从计算结果可以看出，在总的通过能力不变的情况下，G1、G2、G3的最优匹配是在G2=G3=95，G1=270。

4、其它实际因素
    前面分析的是影响理想疏散时间Te的几个因素，但是在实际当中可能还有其它因素影响疏散时间。例如在展区遭到毒气、爆炸、火灾、煤气泄露、劫持等紧急事件下，可能导致某些出入口被封住不能通过，这样的情况下，实际疏散时间会大大增加。

    假定只考虑C1和C3封闭区从出入口G1疏散，由于突发事件导致G2不能通过，C1和C3封闭区总人数为1000, V3=100人次/分，V1= 260人次/分，忽略 ∆T因素，则计算的大致结果见图6。

    可以看出，随着在C1封闭区的人数增加，实际疏散时间要远远大于理想疏散时间。

    在安全系统概念设计中，需要对所有封闭区域内可能发生的紧急事件进行各种假定，完成各种情况下的疏散时间分析。

    同时还需要考虑到实际紧急事件发生时，现场民众恐慌心理导致出入口拥挤甚至踩踏事件的次生灾难，同样可能大大降低出入口的通过能力。

展区人数极限分析
    在安全系统概念设计中，展区人数极限分析也是重要一环。作为展览的举办者，当然希望参观者越多越好。从展览的安全角度上来看，较少的参观者更容易完成安全使命。所以展区人数极限就是选择出最优的人数阈值。

    展区人数极限受到几个因素的限制，主要有展区内新风能力限制Nf、疏散时间限制Ne、展区内空调制冷量限制Na（尤其是南方夏天），还有展区内参观密度Nv限制等。

因此展区人数极限Nl：
Nl = min { Nf, Ne, Na, Nv}
1、展区内新风能力限制Nf
    人的正常生理功能是呼出二氧化碳，吸入氧气。通过测定，一个正常人每天24小时至少要吸入8-12个立方米的空气，否则不能维持人正常活动所需的氧气。这十多个立方米的空气中，能被人利用的也只有含20.9%的氧气，因此实际需要氧气量约为2个立方米，再考虑实际人体获取占吸入氧气的20％，实际氧气需要量约为15升/小时。

    一个容纳1000人参观的展区，展区内实际氧气消耗量至少为15立方米（相当于75立方米的空气），如果参观者流动性较大的情况下，实际氧气消耗量还要增加2~3倍。除此之外，如果展区内还有餐厅，则需要考虑排烟通风。

    因此应根据新风风量计算出展区确定极限人数Nf。表2为美国ASHRAE标准62-1982 最小新风量规定。

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2、疏散时间限制Ne
    前面已经介绍了如何根据现场确定计算疏散时间，而疏散时间Ne的确定也取决于如下因素：
    ·医疗紧急救护时限：当今世界急救界所认同的急救理念和技术运作的“生命链”，主要包括抢救心脏猝死在内的危重急症和意外伤害的最权威运行原则的“四个早期”。即：早期通路（及时现场呼救）、早期心肺复苏（及时现场基础生命技术）、早期心脏除颤（现场心脏去颤复跳之关键），并成为决定危重伤病人生死存亡的关键。因为心肺复苏及心脏除颤若晚进行1分钟，复苏成功率就降低7%~10%，所以现场如不做有效抢救，耽误10分钟以上，抢救几乎不能成功；

    ·火灾下疏散时限：展区内发生火灾后, 人员能否安全疏散主要取决于两个特征时间。一是火灾发展到对人构成危险所需的时间; 二是人员疏散到安全场所需要的时间Ne。如果人员能在火灾达到危险状态之前全部疏散到安全区域,便可认为展区的防火安全设计对于火灾中的人员疏散是安全的。

    在安全系统概念设计中将根据展区内防治的物品和可能非法带入的燃烧品建立火灾蔓延模型，从而计算出必须满足的疏散时间。

    在火灾发展过程中, 探测到火灾并给出报警的时刻和火灾对人构成危险的时刻具有重要意义。人员疏散大体要经历察觉火灾、行动准备、逃生行动、到达安全地带等阶段。察觉到火灾的时刻可以从发出火灾报警信号时刻算起, 但一般前者略迟于后者。为了保证人员安全疏散必须使所有人员疏散完毕的时间小于火灾达到危险状态的时间。

    ·毒气蔓延下疏散时限：火灾产生的毒气以及沙林、芥子气等化学毒气的蔓延会给人造成极大的伤害。

    火灾产生的毒气对人体的危害，主要是指由于氧气不足和高分子材料的不完全燃烧产生的热分解物和燃烧物。当室内充满高浓度的毒气时，数分钟人就会瞳孔扩大、痉挛、恐怖而死。同时毒气还会以惊人的速度蔓延，这个速度比热量的释放速度还要快。

    在安全系统概念设计中将依据不同毒气的蔓延方式计算出疏散时限。有关毒气的蔓延方式将在以后的文章中介绍。

3、展区内空调制冷量限制Na
    展区内空调制冷量限制了展区内的参观人数，参观人数过多会导致室温升高，严重时会大大影响展览效果，舒适的室温环境给人更好的参观效果。

    但是不同地区、不同国家、不同人种对室温的要求也略有不同，国内的展览可以根据国务院节能办室温要求设定。根据实际展馆现场空调参数和环境、以及依据表3的散热量，可以得到在某一设定室温下的限制人数Na。

    实际上由于室外温度、风速、和出入门的状态变化使得限制人数Na不是一个恒定值，一般来说室外温度较低的情况下Na可以增加，在室外温度较高的情况下减少Na。

结语
    安全系统概念设计涉及的面非常广泛，涉及的技术领域也非常多，本文只是介绍了其中很少部分，也非常肤浅，今后还希望将更多的有关安全系统概念设计内容逐一介绍。