基于FDS與Pathfinder的音樂廳人員應急疏散模擬研究

黃浩然

摘 要：通過火災模擬軟件FDS和疏散仿真軟件Pathfinder，對某音樂廳內(nèi)部的溫度場及煙氣運動狀況進行模擬分析，以獲取相關參數(shù)，并進一步對廳內(nèi)部發(fā)生火災事故條件下人員的應急疏散情況進行仿真模擬研究。結(jié)合相關規(guī)范和統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行計算，得出音樂廳內(nèi)部人員安全疏散的可用疏散時間（ASET）和必需疏散時間（RSET），從而對研究場所的安全疏散條件進行較為全面的判斷，以期為此類人員密集場所的安全疏散設計提供一些參考和借鑒。

關鍵詞：FDS；Pathfinder；音樂廳；應急疏散；仿真模擬

中圖分類號：TU998.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0108-05

0 引言

隨著人民群眾生活水平的日益提升，國家文化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，音樂廳場所成為人們欣賞藝術(shù)演出越來越突出的選擇。音樂廳或為獨棟建筑，或設在大劇院類綜合性建筑內(nèi)，空間較為高大、設計結(jié)構(gòu)復雜、器材設備繁多、功能較為多元。演出時內(nèi)部人員往往高度集中，發(fā)生火災等事故后易造成較大傷亡損失，因此對該類場所進行火災事故條件下人員應急疏散情況的研究就顯得尤為重要。

本文選擇的研究場所為某音樂廳，其內(nèi)部火災荷載主要集中于觀眾席及演出席等部位，一旦發(fā)生火災，火勢發(fā)展迅速，組織撲救困難。同時會產(chǎn)生大量不完全燃燒產(chǎn)物，具有較大毒性，產(chǎn)生的煙氣對人員能見度影響也較大，這些都構(gòu)成人員應急疏散時的不利因素[1]。

1 火災場景概述

1.1 場景工況模擬

演出時音樂廳內(nèi)部人員密集且集中，火災荷載相對較大，考慮到火災發(fā)生概率較大、情況較不利的條件，將火災發(fā)生部位設置在觀眾席中間及疏散出口附近區(qū)域，以分析研究在人員高度集中、疏散環(huán)境不利條件下的人員應急疏散情況。通過FDS進行建模設計[2]，火災場景的設定如表1所示。

音樂廳室內(nèi)共設機械排煙口4個，位于廳室頂部，排煙口參數(shù)如表2所示。火源位置設定如圖1及圖2所示。

1.2 煙氣及溫度模擬結(jié)果分析

分別對8種工況下的煙氣及溫度分布情況進行模擬分析，由于篇幅有限，所設定的8種工況分析無法一一列出，在此選擇較有代表性的工況4進行說明。具體條件為：火災發(fā)生在一層觀眾席中部，火災荷載為10 M，發(fā)生事故時噴淋及排煙系統(tǒng)均無法啟動，火源類型為T2火。工況模擬結(jié)果如圖3至圖8所示。

從可見度及溫度切面圖可以得出：對于三層，可見度比溫度先達到危險臨界狀態(tài)，三層ASET為224 s。對于二層，可見度在326 s時先于溫度達到危險臨界狀態(tài)。而一層可見度在481 s時到達危險臨界狀態(tài)，同樣先于溫度。

通過對各個工況的可見度及溫度切面圖進行分析匯總，可以得出音樂廳疏散出口的模擬失效時間，如表3所示。

2 人員應急疏散仿真模擬

廳內(nèi)部發(fā)生火災后，衡量該建筑防火及疏散設計安全可靠的標準為：在火災到達危險狀態(tài)前，人員全部疏散到安全地點或區(qū)域?；馂陌l(fā)生時相關設施探測到火災并進行報警的時間及火災對人員構(gòu)成威脅的時間具有重要參考意義。一般來說，人員的疏散行為由發(fā)現(xiàn)火災、逃生準備、逃生行動、到達安全區(qū)域等過程組成[3]。人員發(fā)現(xiàn)火災的時間可以等同于火災報警信號發(fā)出的時間，但實際過程中要稍晚于后者。

必需安全疏散時間RSET是指從起火時刻到人員疏散到安全區(qū)域的時間。緊急情況下的RSET包括火災探測報警時間（talarm）、預動作時間（tpre）和人員疏散運動時間（tmove）。即：RSET = talarm + tpre + tmove。

可用安全疏散時間ASET是指從起火時刻到火災對人員安全構(gòu)成危險狀態(tài)的時間段，主要取決建筑結(jié)構(gòu)及其材料、控火或滅火設備等，并與火災蔓延以及煙氣流動密切相關。其中保證人員安全疏散的基本條件是：ASET > RSET。

火災中人員的安全涉及整個音樂廳建筑，因此建筑物內(nèi)每個可能受到火災威脅的區(qū)域都應滿足上式要求。

2.1 人員預疏散時間確定

人員預疏散時間是指從火災報警系統(tǒng)報警到人員開始疏散的這段時間，一般來說，由于不同場所使用性質(zhì)、建筑特性等不盡相同，內(nèi)部人員的預疏散時間也有較大不同[4]。表4展示了根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)和數(shù)據(jù)分析得出的不同使用類型建筑采用不同火災報警系統(tǒng)時的人員預疏散時間。

考慮到研究目標為音樂廳，內(nèi)部人員在常規(guī)情況下處于清醒狀態(tài)，但大部分人員應對場所內(nèi)火災報警系統(tǒng)、安全出口分布位置等情況不熟悉，因此本文假設人員預疏散時間為2 min。考慮到音樂廳內(nèi)部人員密度大，起火后火情較易被發(fā)現(xiàn)，且現(xiàn)場工作人員會及時組織觀眾疏散，因此本文保守設定火災探測報警時間為1 min。同時假設火災報警來自于消防控制室聯(lián)動系統(tǒng)，以應急廣播播放的形式實現(xiàn)，類型為W1。

2.2 疏散模型的建立

本文運用疏散模擬軟件Pathfinder，將FDS火災模型進行導入，從而對音樂廳內(nèi)部人員進行模擬計算，得出一定場景下的人員疏散時間（tmove）。Pathfinder對人員運動方式提供兩種基本選擇：SFPE模式和Steering模式，由于Steering模式更接近實際情況，本文模擬計算中均采用Steering模式[5]。

2.2.1 主要疏散出口建模

本模型中各疏散出口的寬度統(tǒng)計如表5所示，位置示意如圖9所示。

2.2.2人員荷載與行走速度

根據(jù)GB50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》5.5.21第5條，“有固定座位的場所，其疏散人數(shù)可按實際座位數(shù)的1.1倍計算”。該音樂廳共有座位數(shù)1500個，人員總數(shù)約為1.1×1500+30=1680（30人為表演和工作人員）。

本文參考有關數(shù)據(jù)，設置坐席部分的疏散速度為0.5 m/s，坐席以外部分的疏散速度為1.0 m/s。

2.2.3 疏散場景設置

根據(jù)火源點的設置對疏散出口的影響，共設置2個疏散場景。場景1為所有疏散出口均可用（對應火災工況1～4）。場景2為2號出口由于在火源位置，不可用（對應火災工況5～8）。

2.3 人員疏散時間分析

由于篇幅有限，只選取場景2的模擬計算結(jié)果進行展示，后文進行全部場景計算結(jié)果匯總。場景2的計算結(jié)果如圖10至13所示。從圖10至13可以得出，整個音樂廳人員在220 s時疏散完畢，其中最后疏散完成的樓層為二層，由于一層地面相對于坐席部分行動上較為便捷，其人員最先疏散完畢，疏散時間為113 s，三層人員疏散時間為100 s。

2.4 必要疏散時間計算

通過上述分析，依據(jù)公式RSET = talarm + tpre + tmove進行計算，其中talarm取1 min，tpre取2 min，tmove經(jīng)模擬計算得出，結(jié)果如表6所示。

2.5 音樂廳疏散安全性判定分析

通過統(tǒng)計分析，得出音樂廳各工況疏散安全性判定表，如表7所示。

3 結(jié)束語

通過對該音樂廳火災發(fā)生條件下進行人員應急疏散模擬研究，可以得出：在疏散通道、安全出口暢通，且消防噴淋和排煙系統(tǒng)運行正常的條件下，內(nèi)部人員的安全疏散能夠得到保障。其他工況下，除音樂廳一層人員外，二層、三層的人員疏散安全難以完全得到保障，其中可見度對疏散結(jié)果的影響大于溫度的影響。

基于此，音樂廳場所應在日常做好以下4方面工作：一是做好員工的日常消防安全培訓工作，強化員工的疏散引導和應急處置能力。二是加強場所消防設施器材的維護保養(yǎng)，確保其完好有效。三是嚴格管控場所內(nèi)部易燃可燃物和火源。四是確保場所疏散通道和安全出口的暢通，從而全面提升該類場所的應急疏散水平。

參考文獻

[1] 張麗姣.室內(nèi)大型活動突發(fā)事件人員疏散模擬研究[D].北京：中國地質(zhì)大學，2015.

[2] 金潤國，毛龍，樂增.FDS 與Pathfinder 在建筑火災與人員疏散中的應用[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保，2009，35（8）：44-45.

[3] 杜長寶，朱國慶，李俊毅.疏散模擬軟件STEPS與Pathfinder對比研究[J].消防科學與技術(shù)，2015，34（4）：456-457.

[4] 黨會森，趙宇寧.基于Pathfinder的人員疏散仿真[J].應急救援， 2011，4（25）：47-48.

[5] 趙哲，陳清光.基于Pathfinder的公眾聚集場所的應急誘導疏散[J].消防科學與技術(shù)，2013，32（12）： 1327-1328.