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场所的安全系统更需要顶层设计，综合考虑各方面措施的安全系统概念设计，场馆内人员疏散时限德尔确定是大型活动必须考虑的重要指标，其中需要考虑的重要因素是毒气和火灾下烟气扩散。本文就基于毒气和烟气扩散特性研究如何确定大型展馆的疏散时间。

    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，同时整个安全系统设计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。

    由于人员防范不仅仅是负责安防同时还要负责消防，物理防范也如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。

    因此，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场所的安全系统更需要顶层设计，综合考虑各方面措施的安全系统概念设计。场馆内人员疏散时限确定是大型活动必须考虑的重要指标，其中需要考虑的重要因素是毒气和火灾下烟气扩散。本文就基于毒气和烟气扩散特性研究如何确定大型展馆的疏散时间。

毒气特性描述
神经性毒气
    神经性毒气是一类能破坏神经系统的毒剂，主要有沙林、梭曼、维埃克斯（VX）等。人员通过吸入或皮肤吸收引起中毒，毒害作用迅速，主要中毒症状是瞳孔缩小、胸闷、多汗、全身痉挛等。神经类毒剂是属于速杀、致命程度极高的毒剂，其毒性比农药敌敌畏大上万倍。

糜烂性毒气
    糜烂性毒气是一类能使细胞组织坏死溃烂的毒剂，主要有芥子气、路易氏气等。人员通过吸入或皮肤接触引起中毒，毒害作用通常比较缓慢，主要中毒症状是炎症、溃疡。

全身中毒性毒剂
    全身中毒性毒剂是一类能破坏组织细胞氧化功能的毒剂，主要有氢氰酸、氯化氰。人员可通过吸入引起中毒，毒害作用迅速，主要中毒症状是口舌麻木、呼吸困难、皮肤鲜红、痉挛等。

失能性毒剂
    失能性毒剂是一类能造成思维和运动功能障碍使人员暂时丧失战斗力的毒剂,主要有毕兹（BZ）等。人员可通过吸入引起中毒，毒害作用较迅速，主要中毒症状是神经错乱、幻觉、嗜睡、身体瘫痪、体温或血压失调等。

窒息性毒剂
    窒息性毒剂是一类刺激呼吸道引起肺水肿造成窒息的毒剂，主要有光气等。人员可通过吸入引起中毒，毒害作用缓慢，主要中毒症状是咳嗽、呼吸困难、皮肤从青紫发展到苍白、吐出粉红色泡沫样痰等。

刺激性毒剂
    刺激性毒剂是一类能刺激眼睛、上呼吸道和皮肤的毒剂，主要有西埃斯（CS）、苯氯乙酮、亚当氏气等。人员可通过吸入、接触引起中毒，毒害作用迅速，主要中毒症状是眼睛疼痛、流泪、喷嚏、咳嗽及皮肤有烧灼感。[nextpage]

火灾烟气特性描述
    火灾危及人的生命的最主要方面是有毒气和烟尘，包括一氧化碳（CO）、氰氢酸（HCN）、二氧化碳（CO2）和缺氧窒息等。实验证明，初起火灾空气中CO浓度约1%，燃烧猛然阶段空气中CO浓度超过2%。CO使人血流因吸不进氧排不出体内CO2而中毒。空气中CO浓度在1.3%时，人吸入即失去知觉，使人可能获救的CO浓度的极限值为1.28%。空气中CO浓度为0.5%时，人接触20－30分钟即可能致死。如果火灾中有含氮燃烧物（如丙燃氰聚合物等），会产生HCN，其毒性为CO的20倍，对人危害极大。火灾中还消耗氧产生CO2。正常空气中氧浓度为21%，环境空气中氧浓度为15%时人肌内活动能力行动不便，氧浓度为10-14%时人迷失方向，氧浓度为6-10%是人晕倒失去知觉，氧浓度为5-6%时人呼吸困难，半小时后有生命危险。空气中CO2浓度为10%时人几分钟即死。在火灾初起阶段，烟气在水平方向扩散速度为0.3m/s，在火灾猛然燃烧阶段，由于高温的作用，烟气扩散速度为0.5-0.8m/s，烟气沿楼梯间、管道、电缆等竖向管的竖直扩散蔓延的速度为3-4m/s。

    据不完全统计，在28%的建筑物火灾中，一氧化碳是主要的毒物；在10%的火灾中，一氧化碳均超过0.5%的急性致死浓度。在非建筑物火灾中，氰化物和缺氧是潜在的致死因素。

毒气和烟气对人体的伤害
1、氧气浓度变化对人体的伤害
    人体的脑组织对缺氧极为敏感，完全缺氧15秒钟会引起昏迷，8-10分钟会引起不可逆转的脑损害（表1为氧气浓度过低对人体造成的伤害程度）。

2、CO浓度变化对人体的伤害
    火灾中因CO致死的人数占死亡人数的40%，不同CO浓度变化对人体的伤害如表2所示。

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3、CO2浓度变化对人体的伤害（如表3所示）

4、瓦斯浓度变化的危害
    瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为，瓦斯的引火温度为650℃-750℃（如表4）。

5、毒气浓度变化对人体的伤害（如表5）
LC50：指毒物对急性实验动物的群体中引起半数（50%）动物死亡的剂量。

毒气和烟气扩散模型
毒气弹扩散模型
    按照理想条件下分析，将毒气弹爆炸引起的毒气烟雾传播可以看作是在无穷空间由点状爆炸源导致的毒气扩散过程，采用二阶抛物线偏微分方程描述毒气浓度的变化规律。 [nextpage]

    模型假设（为简单起见假定为无限自由空间的扩散）（如图1）。

毒气在无穷空间扩散不考虑风力、地面影响；
毒气的扩散服从扩散定律，即单位时间通过单位法向面积的流量与毒气浓度的梯度成反比；
将毒气爆炸时刻t = 0，空间任何一点处的毒气浓度D(x，y，z，t)；
根据假定可得到单位时间通过单位法向面积的流量q：q = -k grad D；

div为散度记号。最终的空间任意一点的毒气浓度为：

    理论上在一个温度和压强都处处均匀的混合气体体系中，如果某种气体成份密度不均匀，则这种气体由密度大的地方向密度小的地方迁移，直到这种气体在各处的密度达到均匀为止。

    扩散系数与气体密度、梯度成正比。通常情况下分子量越大的气体，其扩散速度越慢。

    扩散系数与温度成正比，温度越高，扩散速度越快。因此扩散系数应该是：
k=f(ρ, T, g)
ρ：气体密度
T：气体温度
g：梯度[nextpage]

    为示意说明起见，图2可以看出毒气扩散趋势。由于毒气扩散和空气流动、温度相关，实际毒气扩散方式和理想状态下的计算有较大出入。

火灾烟气扩散模型
    火灾烟气扩散不同于毒气扩散。火灾产生的毒气源不是有限总量，只要有燃烧物燃烧，总伴随着毒气产生，另外随着燃烧面积的扩大，毒气源也呈现体积增大的趋势。因此毒气扩散模型不适合火灾烟气扩散模型 (见图3)。

    火灾烟气是火灾发生过程中因热解和燃烧作用形成的产物，为简便起见，把火灾源看成是随燃烧时间变化的变体，毒气扩散公式仍然适用： 
 
x1 = x + fx(t)；
y1 = y + fy(t)；
z1 = z + fz(t)。
    式中的fx(t)、fy(t)、fz(t)为燃烧物变体随时间的坐标变化。

毒气烟气扩散下疏散时限确定
    疏散时间Ne的确定取决于多个因素，医疗紧急救护时间、火灾下疏散时限Nf、毒气事件下疏散时限Np等，根据本文提出的模型以及现场情况可以得出火灾下疏散时限Nf、毒气事件下疏散时限Np，这样在毒气烟气下的疏散时限为：
Min{ Nf，Np}

    需要指出的是在火灾情况下，温度场变化对人体影响也是巨大的，火场上由于可燃物质多，火灾发展蔓延迅速，火场上的气体温度在短时间内即可达到几百摄氏度。空气中的高温，能损伤呼吸道。当火场温度达到49℃-50℃时，能使人的血压迅速下降，导致循环系统衰竭。只要吸入的气体温度超过70℃，就会使气管、支气管内粘膜充血起水泡，组织坏死，并引起肺水肿而窒息死亡。据统计分析，人在100℃环境中即出现虚脱现象，丧失逃生能力，严重者会造成死亡。在火场，经常可以发现体表几乎完好无损的死者，这些死者大多是由于吸入过多的热气而致死的。因此在场馆建设时，要特别注意这些因素。