某高層住宅建筑火災(zāi)疏散模擬分析

彭飛 陳巧珍 鳳鵬飛

摘 要：基于對(duì)祥源城高層住宅人員的調(diào)查研究，利用疏散軟件Pathfinder針對(duì)出口的數(shù)量、出口的寬度、樓梯因素、人的行為因素對(duì)建筑內(nèi)人員疏散的影響。通過模擬疏散發(fā)現(xiàn)安全出口的數(shù)量和寬度對(duì)人員疏散的影響最為明顯，樓梯的因素對(duì)人員疏散的影響較小，人的行為因素也對(duì)疏散起著決定性作用。分析和比較得出疏散過程中可能存在的不同瓶頸，結(jié)合高層居民樓建筑自身特點(diǎn)在發(fā)生火災(zāi)情況下人員的疏散提出了一些對(duì)策，能夠達(dá)到減輕人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失的效果，從而可作為高層居民樓人員疏散的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高層住宅；Pathfinder；人員疏散；疏散效率

中圖分類號(hào)：TU998.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-7394（2018）02-0081-05

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑數(shù)量越來越多，由于高層住宅數(shù)量的不斷增多，發(fā)生火災(zāi)的可能性也就不斷上升。尤其是最近幾年，全國各地高層住宅建筑發(fā)生火災(zāi)的例子很多[1-2]。

2014年5月1日下午，上海龍吳路2 888號(hào)一幢高層居民樓發(fā)生火災(zāi)，據(jù)悉，兩名消防隊(duì)員在撲救過程中犧牲，另一名消防隊(duì)員受重傷被送往上海市第六人民醫(yī)院進(jìn)行救治。圍觀者議論，起火在13樓，或?yàn)橐惶幦鹤夥浚瑑?nèi)部情況較為復(fù)雜，具體起火原因還在調(diào)查；2015年10月28日上午，浙江寧波一高層住宅內(nèi)，突發(fā)大火。消防員在救援一對(duì)被困母子時(shí)，由于防盜窗打不開，母子二人不幸身亡；2016年1月14深夜，位于廣州市白云區(qū)的永康路48#1樓起火，經(jīng)過廣州市消防支隊(duì)的全力撲救，6名被困居民被就出，火勢(shì)也得到有效控制。

高層住宅建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)發(fā)展快、撲滅難度大等特點(diǎn)，本文選取了山湖苑小區(qū)為例，通過調(diào)查研究主要介紹高層居民樓里人員的行為影響因素及居民的疏散特點(diǎn)。利用疏散軟件Pathfinder模擬傳統(tǒng)疏散方式，通過改變安全出口數(shù)量、寬度，樓梯因素，人員的行為這幾個(gè)方面進(jìn)行疏散模擬分析，得出疏散效率較高的疏散措施。

1 人的行為影響因素與居民疏散特點(diǎn)研究

居民特性主要涵蓋了居民的性別、年齡分布、居民之間的人際關(guān)系等特點(diǎn)。

（1）居民性別

由于男女性別的不同，人在火災(zāi)疏散中的反應(yīng)也會(huì)不同。通知?jiǎng)e人或者打火警電話，尋求幫助，等待進(jìn)一步的信息離開房間一般是女性選擇的第一反應(yīng)；而男人更多的則會(huì)想辦法滅火，幫助家人逃生。根據(jù)美國的 Bryan 問卷調(diào)查[3]人在火災(zāi)時(shí)的第一反應(yīng)類別，也分別對(duì)該特性小區(qū)的人員進(jìn)行訪問調(diào)查，其中包括男性224名，女性183名，調(diào)查結(jié)果如表1所示。

（2）年齡

在火災(zāi)發(fā)生后逃生過程中，不同年齡層次的居民成功逃生的可能性是有區(qū)別的，相關(guān)文獻(xiàn)[4-8]結(jié)果顯示：成功逃生可能性最高的是25～34歲之間的居民，而0～5歲以及65歲以上的居民在火災(zāi)中成功逃生的難度加大。

（3）親情關(guān)系

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，居民一般不會(huì)獨(dú)自逃生，而要等待家人或朋友聚集后才會(huì)進(jìn)行逃生，而該小區(qū)的居民大多是有親情關(guān)系的。

2 高層居民樓火災(zāi)中人員的疏散研究

2.1 疏散參數(shù)

2.1.1 疏散人數(shù)

在進(jìn)行住宅樓居民疏散研究時(shí)，需進(jìn)行居民人數(shù)的統(tǒng)計(jì)，本文選取最不利于疏散時(shí)的情況即居民樓內(nèi)數(shù)量最多的情況，通過對(duì)祥源城小區(qū)在2016年12月1號(hào)到10號(hào)的調(diào)查，選取了10天內(nèi)人數(shù)最多的12月10日，晚上8點(diǎn)的時(shí)刻，即參與疏散模擬總?cè)藬?shù)為407人。

2.1.2 人群特征

通過調(diào)查，將參與疏散的人員分為四個(gè)類別，即6～11歲的兒童占11%、12～29歲的青年人占36%、30～50歲的中年人占32%、51～80歲的老年人占13%。

2.1.3 人員步行速度

針對(duì)該小區(qū)的人群，對(duì)步行速度進(jìn)行了調(diào)查測(cè)定，詳見表2。

綜上所述，在進(jìn)行疏散模擬時(shí)，分別針對(duì)各人群，設(shè)定兒童的速度區(qū)間為0.6～1.2m/s，青年人的速度區(qū)間為0.6～1.3m/s，中年人的速度區(qū)間為0.5～1.0m/s，老年人的速度區(qū)間為0.3～0.6m/s。

2.1.4 建筑物的結(jié)構(gòu)

建筑物中的疏散走道、樓梯以及出口情況與居民逃生關(guān)系密切，該居民樓占地面積約450m2，高60m。共20層，每層有4戶居民，總共大約400多人。每層樓高3m，總建筑面積8 200m2。每戶分別有主臥、次臥、書房、廚房、餐廳、客廳、衛(wèi)生間，一層共有30個(gè)房間。1至20層各房間通過走廊連接，走廊寬 1.3m。

2.2 基于Pathfinder的居民樓模型建立

Pathfinder疏散軟件，能夠針對(duì)居民在火災(zāi)發(fā)生時(shí)進(jìn)行疏散時(shí)的情景進(jìn)行模擬，能顯示樓內(nèi)多個(gè)居民的逃生情況，從而得出每個(gè)居民的最優(yōu)逃生線路及逃生時(shí)間。該居民樓內(nèi)每個(gè)房間相互獨(dú)立，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，打開房門后，居民會(huì)在盡量短的時(shí)間就近選擇安全出口逃出室內(nèi)，綜上所述，可利用該軟件建立人員疏散模型，見圖1。

2.3 安全出口因素對(duì)疏散影響的模擬及分析

2.3.1出口個(gè)數(shù)對(duì)火災(zāi)疏散的影響

通過在建筑物一樓設(shè)置不同的出口數(shù)量，從而模擬出其對(duì)火災(zāi)疏散的影響，出口的寬度均設(shè)置為1.0m。

（1）單個(gè)安全出口疏散模擬

在高層居民樓建筑中只設(shè)計(jì)單個(gè)安全出口的情況下進(jìn)行火災(zāi)后人員的疏散，疏散模擬結(jié)果為515s。

且該建筑里407個(gè)居民通過單個(gè)疏散出口總共需要386秒，出口1的流量如圖2。

（2）兩個(gè)安全出口疏散模擬

針對(duì)建筑物中的兩個(gè)出口進(jìn)行居民疏散，模擬結(jié)果時(shí)間為350s，兩個(gè)出口的流量如圖3。

通過對(duì)疏散結(jié)果的分析對(duì)比，只開放一個(gè)1m安全出口door1與兩個(gè)1米的安全出口的人員疏散模擬情況：疏散時(shí)間由原本的515s變化為350s，疏散完成時(shí)間有了明顯的變化，可以看出，關(guān)閉部分安全出口，或出口數(shù)量增加，疏散的時(shí)間會(huì)明顯縮短，并且從door1和door2出口的流量可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)門疏散時(shí)疏散效率較穩(wěn)定，出現(xiàn)空缺的時(shí)間段較少，門的利用率更高。由此可發(fā)現(xiàn)：可用安全出口的個(gè)數(shù)增加對(duì)疏散有明顯的效果，備用安全出口處于開放狀態(tài)時(shí)亦能減少疏散時(shí)間，所以要保證備用安全出口的可用性，從而避免火災(zāi)發(fā)生或突發(fā)狀況時(shí)人員疏散困難導(dǎo)致的擁堵。

2.3.2 出口寬度對(duì)疏散結(jié)果的影響分析

下面情境設(shè)置為：其他條件不變，疏散出口door1的寬度從1m變?yōu)?m時(shí)，模擬疏散時(shí)間為359.8s，經(jīng)過疏散出口寬度不同的情況進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，出口1的寬度從1m變?yōu)?m時(shí)，居民疏散的時(shí)間，安全出口door1寬度由1m改為2m，疏散時(shí)間由原來的515s變?yōu)?59.8s，表明了安全出口的寬度對(duì)疏散有很大的影響作用。結(jié)合對(duì)比單個(gè)1m寬的安全出口和兩個(gè)1m寬的出口、出口寬度變?yōu)?m時(shí)的模擬結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：出口數(shù)量增加，寬度提高均可減少逃生時(shí)間提高效率。當(dāng)設(shè)置單一出口且寬度為2m時(shí)比設(shè)置兩個(gè)1m的安全出口疏散時(shí)間略長(zhǎng)，通過模擬顯示的擁堵情況，建議選擇設(shè)置兩個(gè)1m的疏散出口。

2.4 樓梯因素對(duì)疏散影響的模擬及分析

設(shè)定在其他變量不變的情況下進(jìn)行，研究疏散樓梯因素對(duì)疏散效率的影響。初始條件樓梯的寬為150cm，深度跟高度都為20cm，改變后樓梯的寬改為200cm，深度跟高度為30cm，疏散時(shí)間為504s由結(jié)果圖知更改樓梯參數(shù)后，疏散總共耗時(shí)504s，與更改之前的515s相差并不大。由3D效果圖顯示雖然從樓梯到底層的時(shí)間縮短了，但是在出口處出現(xiàn)了擁擠，且發(fā)現(xiàn)樓梯寬度對(duì)疏散影響不明顯，可暫時(shí)不予考慮。因此，仍需把出口作為提高疏散效率的重要因素進(jìn)行分析。

2.5 人的行為因素對(duì)疏散影響的模擬及分析

結(jié)合對(duì)小區(qū)的人員調(diào)查，參照1.1.1節(jié)在疏散時(shí)分別給不同人群設(shè)置了3種行為方式，分別為：考慮到居民會(huì)先找到自己的家人再逃生的行為，設(shè)置了行為1，即到達(dá)某一固定地點(diǎn)再進(jìn)行正確的路徑疏散，比例為33.8%；有的居民則會(huì)先趕到著火區(qū)域查看或者嘗試滅火，再繼續(xù)自己的疏散，即行為2，比例為12.3%；在火災(zāi)疏散過程中，居民出現(xiàn)撥打火警電話、進(jìn)行拍照或者攜帶財(cái)務(wù)，會(huì)在房間停留一段時(shí)間再進(jìn)行疏散，即行為3，比例為37.4%。對(duì)小區(qū)人員進(jìn)行宣傳教育后，不再出現(xiàn)上述3種行為，即發(fā)生火災(zāi)后立即逃跑的情況。

由疏散結(jié)果可知，人員的疏散的時(shí)間從515s變成360s，時(shí)間有了明顯的減少?？梢缘贸鼋Y(jié)論：對(duì)高層居民樓的居民進(jìn)行必要的宣傳教育，對(duì)疏散的效率有明顯的提高。

3 結(jié)語

通過選取山湖苑高層住宅為例，調(diào)查10天內(nèi)人數(shù)最多的時(shí)刻，利用疏散軟件Pathfinder模擬傳統(tǒng)疏散方式，通過對(duì)影響建筑內(nèi)人員疏散的一些因素進(jìn)行了得出，樓梯相比于出口的個(gè)數(shù)及寬度對(duì)居民疏散影響較小，建筑物內(nèi)居民的行為因素對(duì)疏散也起著關(guān)鍵性的作用。通過調(diào)整這些因素，使人員疏散達(dá)到更好水平。

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Simulation Analysis of Fire Evacuation in a High-rise Residential Building

——A Case Study of Xiang Yuan City Residential District in a in Hefei High-tech Zone

PENG Fei1， CHEN Qiao-zhen2， FENG Peng-fei1

（1. Traffic Engineering College，Anhui Sanlian College， Hefei 230601， China；2. Anhui Subsidiary Company， Shanghai Wisdom Science and Technology Limited Company， Hefei 230088， China）

Abstract： Based on the investigation of the residents in Xiang Yuan City， using Pathfinder， an evacuation software， the papers discussed the influence of the structure on the residents evacuation from the aspects of the number of exit， the width of the exit， the staircase factors and the impact of human factors. Through the simulated evacuation， it is found that the number and width of the exits have the most evident effect on the residents evacuation. The factors of stairs， however， have less impact. Human behavior factors also play a decisive role in evacuation. The paper points out the different bottlenecks that may exist in the evacuation process through analysis and comparison， put forward some countermeasures combined with the characteristics of high-rise residential buildings in the case of fire evacuation， reducing the casualties and property damage effect， which can be used as a reference for the evacuation of high-rise residential buildings.

Key words： high-rise residential building； pathfinder； evacuation； evacuation efficiency

責(zé)任編輯 祁秀春