湛蓮香,陳 咪
(1.鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院,河南 鄭州 451191;2.河南省建筑工程質(zhì)量檢驗測試中心站有限公司,河南 鄭州 450053)
高校多屬于人員密集場所,發(fā)生火災(zāi)因素復(fù)雜,是消防安全重點管理單位。我國高校規(guī)模逐年擴大,火災(zāi)事故頻發(fā),極大地威脅了廣大師生的人身和財產(chǎn)安全[1]。尤其是老舊院校宿舍,消防設(shè)施不健全,維保不到位,造成人員安全疏散難度較大。安全疏散是指人員在火災(zāi)發(fā)生時通過疏散門、疏散走道等快速撤離到安全區(qū)域[2]。目前,人員安全疏散技術(shù)的研究,主要包括人員疏散行為研究,計算機仿真技術(shù)研究,安全疏散應(yīng)用研究[3]。本文通過Pathfinder 仿真軟件對河南某學(xué)院老舊宿舍樓進行疏散模擬,定量對比優(yōu)化后人員疏散的有效時間,提出規(guī)劃逃生路徑,二樓設(shè)置室外樓梯等措施可以有效縮短疏散時間,滿足安全疏散要求。
Pathfinder 仿真工程軟件是美國Thunderhead Engineering 公司研發(fā)的智能人員緊急疏散逃生評估系統(tǒng)[4],可以直接在Pathfinder 3D 圖形界面中,建立人員疏散模擬場景,也可以通過導(dǎo)入建筑CAD 圖紙建立人員疏散模擬場景。
本文選取河南某學(xué)院7號樓學(xué)生宿舍為研究對象。該7號樓宿舍共6層,建筑高度18.3 m,每層層高3 m??偨ㄖ娣e約為4 498.12 m2。一層23個宿舍,2~6層均為24個宿舍,共有143個宿舍,每個宿舍6人,1層的宿管中心為2人。宿舍南側(cè)和東側(cè)各有一個敞開疏散樓梯間,樓梯凈寬度1.45 m。房間疏散門凈寬度為1 m,疏散走道通行無障礙物。
7號樓宿舍疏散模擬的假設(shè)參數(shù)如下:
(1)7號樓每間住6人,1樓宿管中心住2人,按照最大居住人數(shù)854人設(shè)定。
(2)假定發(fā)生火災(zāi)時,學(xué)生都是遠離著火點,選擇最近的路徑疏散出去。
(3)模擬選擇隨機模式,設(shè)定的學(xué)生平均疏散速度為1.1 m/s。
(4)學(xué)生疏散選用Steering 模式[5]。
學(xué)生宿舍疏散所需疏散時間(Trset)計算公式如下:
式中,Trset為學(xué)生疏散總時間,單位s;TA為火災(zāi)報警時間,經(jīng)過研究得知,TA取值30 s;TR為學(xué)生聽到火災(zāi)警報器響到開始疏散的反應(yīng)時間,該宿舍樓設(shè)有廣播系統(tǒng),TR取值20 s;TB為學(xué)生聽到火災(zāi)報警響起開始疏散的時間。判定學(xué)生能否安全疏散的重要標(biāo)志是,發(fā)生火災(zāi)時,可用于安全疏散允許時間>Trset時,學(xué)生可以安全疏散。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014 2018版)相關(guān)規(guī)定,學(xué)生宿舍疏散允許時間為5~7 min。
將7 號樓宿舍CAD 圖紙導(dǎo)入到Pathfinder 界面中,根據(jù)現(xiàn) 場實際情況以及圖紙參數(shù),按照最大人數(shù)854人,建立仿真模型,完善疏散走道、疏散樓梯、安全出口等。7號樓宿舍人員疏散仿真模型如圖1所示。
圖1 7號樓宿舍人員疏散仿真模型
火源位置影響安全疏散時間。宿舍樓層著火點位置不同,學(xué)生安全疏散時間不同。因此針對不同樓層,進行火源場景仿真模擬,設(shè)置以下6種疏散場景:
場景一:模擬正常情況下,學(xué)生從南側(cè)東側(cè)兩個安全出口疏散過程。
場景二:模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處,東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。
場景三:模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處,東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。
場景四:模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處,東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。
場景五:模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處,東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。
場景六:模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處,東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。
通過Pathfinder 仿真模擬后,六種場景下學(xué)生的安全疏散時間進行分析匯總,如表1所示。
表1 各場景學(xué)生疏散時間及安全性判定
由表1可知,在場景一模式下,宿舍樓兩個樓梯及安全出口均能正常使用,學(xué)生疏散時間為381.3 s。場景二學(xué)生疏散時間最大,為681.8 s,較場景一增長了1.79倍,嚴重超出了規(guī)范要求的5~7 min。場景六模式下,學(xué)生疏散時間為408 s,基本滿足安全疏散要求。場景二至場景五,則不能滿足安全疏散要求。尤其是場景二,一樓南側(cè)樓梯口發(fā)生火災(zāi),二樓及以上的學(xué)生全部通過東側(cè)安全出口疏散,容易造成樓梯口阻塞,疏散速度大幅降低,所需疏散時間最長。著火點隨樓層上移后,受影響的學(xué)生人數(shù)逐漸下降,疏散時間也呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。可以看出,在場景二模式下,一樓南側(cè)樓梯口發(fā)生火災(zāi),學(xué)生宿舍的疏散難度最大。因此選擇場景二進行優(yōu)化設(shè)計。
針對上述分析場景二情況下學(xué)生疏散難度大的問題,通 過設(shè)定疏散 路徑 規(guī)劃兩種場 景,進行Pathfinder仿真模擬。
場景七:在場景二的情況下,一、二層的學(xué)生全部從宿舍樓東側(cè)的安全出口進行疏散,三、四層的學(xué)生先從南側(cè)樓梯疏散到二層后,再通過走道由東側(cè)樓梯疏散到安全區(qū)域。
場景八:在場景七疏散路徑規(guī)劃后,二層南側(cè)增設(shè)凈寬度為1.45 m 的室外疏散樓梯。一層的學(xué)生通過東側(cè)的安全出口疏散出去,二層及以上的學(xué)生全部由東側(cè)樓梯和南側(cè)室外樓梯疏散出去。
上述二種優(yōu)化場景進行Pathfinder 疏散仿真模擬,疏散時間結(jié)果如表2所示。場景七經(jīng)過規(guī)劃疏散路徑后,學(xué)生疏散時間為544.3 s,相比場景二的疏散時間(681.8 s)減少了137.5 s,說明采取規(guī)劃學(xué)生疏散路徑后,可以有效減少疏散時間,但是疏散時間仍然超出規(guī)范要求。在二層南側(cè)設(shè)置室外疏散樓梯時,疏散時間減少為355.8 s,比場景七大幅減少了188.5 s,符合規(guī)范規(guī)范要求的5~7 min。說明在二層設(shè)置室外樓梯時,可以有效縮短疏散時間,保證學(xué)生安全疏散。
表2 優(yōu)化場景下學(xué)生疏散時間及安全性判定
本文通過Pathfinder 仿真軟件構(gòu)建7號樓宿舍疏散模型,通過研究不同樓層著火點對學(xué)生疏散的影響并分析其規(guī)律,得了如下結(jié)論:一是Pathfinder 仿真結(jié)果表明,隨著著火位置由高樓層向低樓層轉(zhuǎn)移,學(xué)生的疏散時間由381.3 s 增加為681.8 s,呈明顯增加趨勢。二是通過場景優(yōu)化設(shè)計,采取路徑規(guī)劃能減少疏散時間。在二樓南側(cè)設(shè)置室外疏散樓梯,能有效減少學(xué)生疏散時間,滿足安全疏散的要求。