基于BIM的地鐵車(chē)站火災(zāi)模擬與安全疏散研究

楊 洲，鄧?yán)誓?，孔令?/p>

（廣西科技大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引言

截至2021 年12 月，我國(guó)共有51 個(gè)城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通線路269 條，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)8 708 km。地鐵工程具有周期長(zhǎng)、投資大、難度技術(shù)大等特點(diǎn)，并且工程施工時(shí)站內(nèi)人流量較大、空間封閉；因此需要對(duì)地鐵車(chē)站施工期的安全管理進(jìn)行重點(diǎn)考慮?；诘罔F車(chē)站的特殊性，當(dāng)?shù)罔F車(chē)站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員擁堵、疏散不及時(shí)等問(wèn)題會(huì)威脅到站內(nèi)人員生命安全以及造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，所以對(duì)地鐵車(chē)站火災(zāi)安全疏散的研究具有重要意義。

國(guó)內(nèi)學(xué)者在火災(zāi)安全疏散方面進(jìn)行了一系列研究。閻衛(wèi)東等利用BIM 技術(shù)通過(guò)觀察各層人員疏散情況和設(shè)置不同起火位置進(jìn)行了圖書(shū)館火災(zāi)疏散模擬研究，并基于疏散情況提出了圖書(shū)館安全管理建議；王印等利用BIM技術(shù)和Pyrosim軟件模擬了不同通風(fēng)系統(tǒng)場(chǎng)景下和是否添加消防措施條件下地鐵車(chē)站火災(zāi)的發(fā)展情況；陳紹寬等通過(guò)火災(zāi)模擬軟件將熱釋放速率、火源數(shù)量及位置等變量設(shè)置參照組，對(duì)影響火災(zāi)發(fā)展的因素進(jìn)行了全面的分析，結(jié)合通風(fēng)條件與人員疏散情況，為地鐵站臺(tái)火災(zāi)提出了有效的設(shè)計(jì)布局和安全疏散的建議；周方等以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，提出BIM 快速建模技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際地鐵車(chē)站探討發(fā)生火災(zāi)時(shí)的疏散新思路；呂?？葘?duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，建立了一套基于BIM 的地鐵車(chē)站火災(zāi)模擬仿真方法。上述學(xué)者們對(duì)地鐵車(chē)站等火災(zāi)疏散的研究比較充分，對(duì)通風(fēng)條件、起火點(diǎn)、熱釋放速率等變量對(duì)火災(zāi)的影響都有深入研究，但對(duì)于建筑物不同建設(shè)時(shí)期發(fā)生火災(zāi)的研究較少?？紤]到地鐵建設(shè)期長(zhǎng)、人流量大的特點(diǎn)，地鐵車(chē)站施工期的安全管理也應(yīng)引起重視。

本文以地鐵車(chē)站突發(fā)火災(zāi)為模擬情況，研究地鐵車(chē)站施工期與運(yùn)營(yíng)期的火災(zāi)模擬和人員安全疏散情況。利用BIM技術(shù)，結(jié)合Pyrosim、Pathfinder軟件得到更精確的模擬結(jié)果，通過(guò)分析CO質(zhì)量濃度（本文簡(jiǎn)稱(chēng)CO濃度）、溫度、可見(jiàn)度的變化計(jì)算出可用安全疏散時(shí)間，分析人員安全疏散情況，計(jì)算得出必需安全疏散時(shí)間，從而對(duì)地鐵安全設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)地鐵車(chē)站安全管理提出優(yōu)化建議。

1 地鐵站概況與建模

1.1 工程概況與建筑模型繪制

地鐵車(chē)站位于南寧市交通軌道三號(hào)線創(chuàng)業(yè)路地鐵站，具有人流密集、人員結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)。如圖1所示，車(chē)站為地下2層結(jié)構(gòu)，負(fù)一層為站廳層，負(fù)二層為站臺(tái)層，公共區(qū)域中部T-1、T-2樓梯連接站臺(tái)層和站廳層。車(chē)站設(shè)出入口4個(gè)、風(fēng)亭2組、紐冷卻塔1個(gè)和安全出入口1個(gè)。

圖1 地鐵車(chē)站模型圖

依據(jù)地鐵工程圖紙基于BIM 技術(shù)繪制建筑模型，在Revit 軟件中新建項(xiàng)目設(shè)定工程信息，設(shè)定相應(yīng)的軸網(wǎng)與標(biāo)高后繪制場(chǎng)地。建筑主體結(jié)構(gòu)按照“柱-梁-板-墻-樓梯”的順序繪制；在主體框架上完善建筑節(jié)點(diǎn)，繪制“門(mén)窗洞口-構(gòu)造柱-圈梁-過(guò)梁”等二次結(jié)構(gòu)；最后繪制“房間-墻面-地面-踢腳”等結(jié)構(gòu)。

1.2 FDS模型和人員疏散模型

利用Pyrosim 軟件進(jìn)行地鐵火災(zāi)模擬，其中FDS是基于流體動(dòng)力學(xué)和牛頓定律的原理進(jìn)行火災(zāi)煙氣流計(jì)算。利用軟件，結(jié)合數(shù)值方法對(duì)流體力學(xué)的相關(guān)方程進(jìn)行求解，并模擬流動(dòng)、換熱等相關(guān)物理現(xiàn)象，同時(shí)遵守質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒定律，再列式進(jìn)行偏微分求解，具體可表示為：

質(zhì)量守恒方程：

式中：表示密度，單位：kg/m；表示時(shí)間，單位：s；?表示的散度；表示速度矢量，單位：m/s。

動(dòng)量守恒方程：

式中：表示速度的二階張量，其中=[,,]，表示速度張量的行列式；表示壓力，單位：Pa；表示重力加速度，單位：m/s；表示外部力矢量，單位：N；τ表示牛頓流體黏性應(yīng)力張量，單位：N。

能量守恒方程：

利用Pathfinder 軟件進(jìn)行人員疏散模擬，以地鐵車(chē)站為疏散區(qū)域，以疏散人員建模，建立以疏散時(shí)間最小化為目標(biāo)的疏散模型。當(dāng)前結(jié)合BIM 技術(shù)的人員疏散仿真模型分為連續(xù)性仿真模型和離散性仿真模型。其中連續(xù)性仿真模型以流體力學(xué)、熱力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)，疏散人員的位置與時(shí)間都具有連續(xù)性，且考慮人員與環(huán)境相互作用，比較適合地鐵、高層建筑等大型復(fù)雜建筑物。而離散型仿真模型以庫(kù)侖定律為理論支撐，是以單元格劃分建模的理想求解模型。Pathfinder 軟件中的運(yùn)動(dòng)模式包括SFPF 模式和Steering 模式，本次模擬選用Steering 模式，該模式應(yīng)用了連續(xù)性仿真模型，通過(guò)分析人員流量、出口利用率和人員碰撞來(lái)規(guī)劃安全疏散路徑，并會(huì)根據(jù)疏散情況及時(shí)更新疏散路徑，更加符合真實(shí)情況。

按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013），對(duì)于上升高度不超過(guò)3層的車(chē)站，乘客從站臺(tái)層撤離到安全區(qū)域的時(shí)間（）應(yīng)按下面公式計(jì)算：

式中：表示疏散移動(dòng)時(shí)間，單位：min；表示超高峰每小時(shí)1 列進(jìn)站列車(chē)的最大客流斷面流量，單位：人/h；表示超高峰每小時(shí)站臺(tái)上的最大候車(chē)乘客數(shù)量，單位：人/h；表示一臺(tái)自動(dòng)扶梯通過(guò)能力，單位：人（/m·min）；表示疏散樓梯的通過(guò)能力，單位：人（/m·min）；表示自動(dòng)扶梯數(shù)量，單位：臺(tái)；表示疏散樓梯的總寬度，單位：m。

1.3 BIM技術(shù)結(jié)合Pyrosim、Pathfinder軟件

利用BIM 技術(shù)進(jìn)行地鐵可視化、施工信息管理的研究越來(lái)越多，該地鐵項(xiàng)目已進(jìn)行過(guò)可視化研究，本文將BIM 技術(shù)繼續(xù)結(jié)合Pyrosim、Pathfinder 軟件來(lái)模擬分析火災(zāi)情況，大致流程如下：將Revit 建筑模型以DⅩF 格式導(dǎo)出，并導(dǎo)入Pyrosim中。DⅩF格式會(huì)對(duì)“墻-板-柱-樓梯”等結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取，并提取部分構(gòu)件的材質(zhì)參數(shù)。傳統(tǒng)的Pyrosim建模速度慢，而結(jié)合BIM后，建模效率和精準(zhǔn)度都得到提高。由于個(gè)別構(gòu)件的材質(zhì)參數(shù)會(huì)影響到火勢(shì)大小和火災(zāi)趨勢(shì)，最后還需將部分因模型遷移而遺漏參數(shù)的構(gòu)件列出，并在Pyrosim數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)材質(zhì)參數(shù)信息進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)充。

將建筑模型及火災(zāi)模型以IFC 格式導(dǎo)入Pathfinder，能得到精準(zhǔn)的建筑模型和建筑內(nèi)的煙氣流運(yùn)動(dòng)情況。精確的建筑坐標(biāo)和火災(zāi)數(shù)據(jù)為障礙物設(shè)置、人員疏散、實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃提供了計(jì)算基礎(chǔ)，也使得人員安全疏散數(shù)據(jù)更加真實(shí)。BIMPyrosim-Pathfinder 軟件數(shù)據(jù)交流就是以BIM 技術(shù)的建筑三維坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，結(jié)合模擬軟件的相應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)建模的簡(jiǎn)化與精準(zhǔn)度的提高。

2 火災(zāi)疏散理論和參數(shù)設(shè)定

2.1 地鐵安全疏散基本要求

地鐵車(chē)站發(fā)生火災(zāi)時(shí)需要對(duì)地鐵車(chē)站的疏散時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，從而判斷地鐵設(shè)計(jì)的安全性，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。地鐵車(chē)站發(fā)生火災(zāi)時(shí)用可用安全疏散時(shí)間（）和必需安全疏散時(shí)間（）2 個(gè)時(shí)間參數(shù)判斷人員能否安全疏散。其中表示火災(zāi)發(fā)展到對(duì)人體構(gòu)成危險(xiǎn)所用的時(shí)間；表示人員疏散到安全區(qū)域所需的時(shí)間。當(dāng)＞時(shí)，表示地鐵內(nèi)人員能安全疏散，地鐵安全設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)＜時(shí)，表示地鐵內(nèi)人員不能全部安全疏散，安全設(shè)計(jì)考慮不足，需要對(duì)應(yīng)急預(yù)案做出優(yōu)化。

2.2 火災(zāi)疏散理論

火災(zāi)疏散研究在降低火災(zāi)人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和指導(dǎo)公共建筑安全設(shè)計(jì)方面意義重大，火災(zāi)疏散理論從人員環(huán)境和建筑環(huán)境兩方面探究了建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)影響疏散時(shí)間的因素。其中人員環(huán)境包括：性別比例、年齡比例、疏散速度、疏散行為、心理狀況等。疏散速度直接決定疏散時(shí)間，疏散速度設(shè)定越快，疏散用時(shí)越短。人群里成年男性疏散速度最快，不同的年齡和性別比例能間接影響疏散時(shí)間；而疏散過(guò)程中推搡、攙扶等行為和應(yīng)急恐慌、從眾等心理都會(huì)影響疏散時(shí)間。

建筑環(huán)境包括：通道參數(shù)、建筑復(fù)雜程度、人流量、安全疏散指標(biāo)、火源等。通道數(shù)量及寬度直接影響疏散時(shí)間；人流量、火源都會(huì)對(duì)疏散過(guò)程中的人員心理和行為產(chǎn)生影響，從而間接影響到疏散時(shí)間。因此，火災(zāi)模擬和疏散模擬前的參數(shù)設(shè)定是關(guān)鍵的一步，需要分別確定各項(xiàng)模擬參數(shù)。

2.3 火災(zāi)煙氣流及參數(shù)設(shè)定

火災(zāi)會(huì)釋放大量熱能并通過(guò)煙氣流運(yùn)動(dòng)傳遞。典型的煙氣流運(yùn)動(dòng)有火羽流和頂棚射流，在這2種煙氣流的作用下，煙氣會(huì)在封閉狹小的空間迅速擴(kuò)散。毒害氣體、溫度、可見(jiàn)度是火災(zāi)模擬研究的3個(gè)主要因素，其中毒害氣體主要以CO為主。根據(jù)美國(guó)防火協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（NFPA）要求，同時(shí)參照文獻(xiàn)[19-21]，可見(jiàn)度、溫度、CO 濃度對(duì)人體產(chǎn)生危害的臨界值詳見(jiàn)表1。

表1 危險(xiǎn)系數(shù)參考指標(biāo)

熱釋放速率是火災(zāi)模擬變化的重要參數(shù)，考慮最不利原則：將起火點(diǎn)設(shè)定在站臺(tái)層的左端部；運(yùn)營(yíng)期旅客行李起火，熱釋放速率為2 MW；施工期變電箱故障導(dǎo)致火災(zāi)，熱釋放速率為5 MW。在關(guān)鍵點(diǎn)（T-1樓梯、T-2樓梯、出口A、B、C、D）分別設(shè)置熱電偶傳感器、CO 傳感器、煙氣傳感器和感應(yīng)切片，從而測(cè)量這3個(gè)因素隨火災(zāi)時(shí)間的變化情況；傳感器和切片（橫向布置）都設(shè)置在1.6 m 人眼特征高度處。檢測(cè)器分布位置見(jiàn)圖2。

圖2 檢測(cè)器分布位置

2.4 安全疏散及參數(shù)設(shè)定

必需安全疏散時(shí)間由Pathfinder 數(shù)據(jù)模擬計(jì)算得出。從火災(zāi)發(fā)生到人員完成安全疏散的總時(shí)間由災(zāi)情發(fā)現(xiàn)時(shí)間（）、疏散反應(yīng)時(shí)間（）、疏散移動(dòng)時(shí)間（）組成，其中《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）規(guī)定火災(zāi)發(fā)現(xiàn)預(yù)警時(shí)間和人員疏散預(yù)反應(yīng)時(shí)間之和不超過(guò)60 s。

模擬疏散時(shí)間為360 s，地鐵車(chē)站內(nèi)各通道的通行能力都符合規(guī)范要求。疏散人群按照兒童、成年男性、成年女性、老人等4種類(lèi)型設(shè)定，并確定相應(yīng)比例和移動(dòng)速度，平均肩寬定為0.43 m。結(jié)合勞動(dòng)力計(jì)劃表和客流量等信息確定人員數(shù)量，基于最不利原則考慮較差環(huán)境下，即人員較多時(shí)的安全疏散情況，以相應(yīng)人數(shù)的1.5 倍設(shè)定疏散人數(shù)，得到表2的空間人數(shù)分布情況。

表2 空間人數(shù)分布

2.5 地鐵車(chē)站施工期模擬要點(diǎn)

地鐵車(chē)站施工時(shí)具有施工人員多、施工周期長(zhǎng)、工況復(fù)雜等特點(diǎn)，因此地鐵車(chē)站施工期的模擬研究需要區(qū)別于運(yùn)營(yíng)期?；谑┕て诘奶厥馇闆r，從建筑模型、火災(zāi)模擬和安全疏散模擬3個(gè)方面考慮施工期的模擬要點(diǎn)。

施工期的建筑模型相對(duì)運(yùn)營(yíng)期的建筑模型在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單，減少了墻面、地板和吊頂?shù)妊b飾構(gòu)件，只含主體框架。運(yùn)營(yíng)期裝修材料為阻燃材料，可燃物較少，而施工期易燃物件較多，其燃燒火勢(shì)相對(duì)較猛。

同時(shí)，施工期火災(zāi)情況也與運(yùn)營(yíng)期相差較大，施工期地鐵站內(nèi)會(huì)有大量的易燃材料堆積，會(huì)使熱釋放速率更快并加速火災(zāi)發(fā)展，所以熱釋放速率定為5 MW。將施工期建筑模型導(dǎo)入Pyrosim 后，在各層空地、墻角、樓梯下增加材料堆構(gòu)件并設(shè)置相應(yīng)的材質(zhì)參數(shù)。施工期的火災(zāi)模擬不設(shè)置機(jī)械排煙、排風(fēng)、噴淋系統(tǒng)，其火災(zāi)模擬條件比運(yùn)營(yíng)期更加惡劣。

在施工期安全疏散中，不設(shè)置防火門(mén)和閘機(jī)，與地鐵隧道連接的出口關(guān)閉。施工期雜亂的材料堆會(huì)影響人員疏散，在相應(yīng)位置設(shè)定障礙物。由于施工期人員較為特殊，同時(shí)考慮最不利原則，僅設(shè)置成年男性、成年女性?xún)深?lèi)疏散人員，人員比例為8∶2。

3 地鐵車(chē)站火災(zāi)模擬分析

3.1 Pyrosim火災(zāi)模擬

Pyrosim 軟件能夠模擬建筑物發(fā)生火災(zāi)的真實(shí)情況，本次模擬的場(chǎng)景分別是施工期變電箱故障起火和運(yùn)營(yíng)期旅客行李起火，對(duì)地鐵車(chē)站火災(zāi)情況進(jìn)行研究，起火點(diǎn)都設(shè)在站臺(tái)層左端部。將建筑模型導(dǎo)入軟件后，分工況設(shè)置材料堆、熱釋放速率、消防條件等參數(shù)；再開(kāi)始模擬地鐵車(chē)站火災(zāi)情況，并開(kāi)啟Smokeview 模式，結(jié)合監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成三維動(dòng)畫(huà)，觀察煙氣、溫度、可見(jiàn)度、CO 濃度的變化情況?；馂?zāi)模擬結(jié)束，截取火災(zāi)時(shí)間（）為60 s、90 s、180 s、240 s、360 s的煙氣擴(kuò)散圖，結(jié)合火災(zāi)模擬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)火災(zāi)發(fā)展情況進(jìn)行分析并計(jì)算可用安全疏散時(shí)間。

3.2 施工期火災(zāi)情況分析

地鐵車(chē)站施工期煙氣隨火災(zāi)發(fā)生時(shí)間的擴(kuò)散情況如圖3所示。從圖3可以看出，火災(zāi)發(fā)展情況如下：

圖3 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）施工期煙氣擴(kuò)散圖

1）火災(zāi)發(fā)生初期火源附近煙氣聚積，溫度和CO濃度迅速超過(guò)臨界值，＝60 s時(shí)，煙氣靠近T-1樓梯，火源周?chē)梢?jiàn)度降低。

2）≈90 s時(shí)，煙氣快速蔓延至站廳層并到達(dá)T-2樓梯口，站臺(tái)層可見(jiàn)度快速下降，T-1樓梯附近溫度和CO濃度上升，該處疏散難度加大。

3）≈180 s 時(shí)，T-1 樓梯可見(jiàn)度達(dá)到臨界值，高溫?zé)煔獬涑庹九_(tái)層并向站廳層擴(kuò)散，站廳層中部和兩個(gè)樓梯口的溫度、CO 濃度都達(dá)到臨界值，相應(yīng)位置不再適合逃生。

4）為240 s后，地鐵車(chē)站內(nèi)各關(guān)鍵位置的CO濃度、溫度、可見(jiàn)度都達(dá)到臨界值，在相應(yīng)區(qū)域疏散會(huì)有生命危險(xiǎn)，280 s 時(shí)地鐵被煙氣籠罩，不再適合疏散。

煙氣隨火羽流作用垂直向上擴(kuò)散，而地鐵車(chē)站施工期的層凈高較高，煙氣蔓延進(jìn)度較慢，擴(kuò)散到樓梯口和站廳層所用時(shí)間較多，留給站內(nèi)人員相對(duì)安全的疏散時(shí)間較多。同時(shí)數(shù)據(jù)顯示溫度和CO濃度造成危害的關(guān)鍵位置和時(shí)間基本一致，說(shuō)明二者在地鐵車(chē)站施工期火災(zāi)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)軌跡相似。

3.3 運(yùn)營(yíng)期火災(zāi)情況分析

地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)期煙氣隨火災(zāi)發(fā)生時(shí)的擴(kuò)散情況如圖4所示，火災(zāi)發(fā)展情況如下：

圖4 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）運(yùn)營(yíng)期煙氣擴(kuò)散圖

1）＜60 s 時(shí)，火源周?chē)鷾囟妊杆偕仙瑹煔庋杆贁U(kuò)散至T-1樓梯口，站臺(tái)層端部可見(jiàn)度迅速降低；最后煙氣蔓延至站廳層，樓梯口部分區(qū)域可見(jiàn)度小于10 m。

2）60 s ≤＜90 s時(shí)，樓梯附近溫度和火源區(qū)域CO濃度迅速上升，并接近臨界值，人員疏散難度加大。

3）90 s ≤＜180 s時(shí)，樓梯口附近煙氣濃度增加，在接近180 s時(shí)可見(jiàn)度達(dá)到臨界值，且CO濃度增強(qiáng)、平均溫度接近50 ℃，樓梯口不再適合人員疏散。

4）180 s ≤＜240 s時(shí)，站臺(tái)層溫度下降，但擴(kuò)散區(qū)域增大，CO 濃度增加且擴(kuò)散區(qū)域增大，站廳層中部溫度快速上升到50 ℃以上，CO濃度達(dá)到臨界值，此時(shí)站廳層不再適合逃生。

5）240 s ≤＜360 s時(shí)，濃煙充斥站廳層右端出口以外的區(qū)域使可見(jiàn)度達(dá)到達(dá)臨界值，疏散難度大并伴有生命危險(xiǎn)。

地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)期在裝修后層凈高降低，煙氣在火羽流、棚射頂流作用下快速擴(kuò)散蔓延到樓梯口和站廳層，可見(jiàn)度降低，并較早地影響到人員疏散。但運(yùn)營(yíng)期的熱釋放速率較小，所以整體煙氣濃度比施工期小，安全疏散時(shí)間延后。整個(gè)地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)期火災(zāi)模擬過(guò)程中，大部分區(qū)域的溫度和CO濃度雖然未達(dá)到臨界值，但都普遍較高，仍然會(huì)對(duì)人員的疏散產(chǎn)生較大影響。

通過(guò)Pyrosim火災(zāi)模擬軟件計(jì)算出施工期和運(yùn)營(yíng)期的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)最短臨界預(yù)警時(shí)間分別為150 s、180 s。結(jié)合疏散理論與上述火災(zāi)情況分析，在施工期150 s和運(yùn)營(yíng)期180 s內(nèi)，站內(nèi)人員仍然能夠進(jìn)行較為安全的疏散行為，因此將施工期和運(yùn)營(yíng)期可用安全疏散時(shí)間確定為150 s和180 s，符合安全疏散要求。對(duì)比兩個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景發(fā)現(xiàn)：地鐵車(chē)站內(nèi)可見(jiàn)度在安全疏散時(shí)間內(nèi)都處于可見(jiàn)范圍內(nèi)；火源處的溫度和CO濃度始終是最高的；站廳層右端可用疏散時(shí)間最長(zhǎng)；樓層凈高會(huì)改變煙火氣流的運(yùn)動(dòng)情況。

4 人員疏散模擬分析

4.1 Pathfinder安全疏散模擬

Pathfinder 軟件能夠模擬緊急情況下人員疏散情況，本次模擬的是施工期和運(yùn)營(yíng)期2種不同疏散條件下發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員的疏散情況，并以疏散人員為模擬對(duì)象。將建筑模型和火災(zāi)模型導(dǎo)入軟件中，首先按不同工況設(shè)置人員疏散條件；再設(shè)定建筑環(huán)境；最后選定Steering 運(yùn)動(dòng)模式開(kāi)始人員安全疏散模擬。并在模擬結(jié)束后得到各出口的人員流動(dòng)數(shù)據(jù)和疏散軌跡圖。導(dǎo)入建筑和火災(zāi)模型后，能準(zhǔn)確反應(yīng)地鐵車(chē)站內(nèi)煙氣流的空間分布情況，結(jié)合起火位置合理規(guī)劃出合適的疏散路徑，計(jì)算出合理的必需安全疏散時(shí)間。

4.2 施工期人員疏散分析

圖5為施工期疏散人數(shù)、滯留人數(shù)隨火災(zāi)時(shí)間的變化曲線圖，圖中曲線的拐點(diǎn)都出現(xiàn)在25 s，說(shuō)明站內(nèi)人員從收到火災(zāi)預(yù)警開(kāi)始疏散到完成疏散的最快時(shí)間為25 s；約65 s時(shí)疏散人數(shù)曲線與滯留人數(shù)曲線相交，此時(shí)疏散人數(shù)和滯留人數(shù)持平；約80 s時(shí)，疏散曲線斜率減小，此時(shí)人員都到達(dá)出口附近，使出口出現(xiàn)擁堵；當(dāng)所有人員都進(jìn)入出口后，疏散節(jié)奏加快，曲線快速下降；約124 s 時(shí)地鐵車(chē)站內(nèi)人員全部疏散完畢。

圖5 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）施工期人員疏散隨火災(zāi)時(shí)間變化

圖6 為施工期樓梯疏散人數(shù)隨疏散時(shí)間變化圖。由圖6分析可知，站臺(tái)層左側(cè)靠近火源處的人員最先發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并通過(guò)T-1樓梯進(jìn)行疏散，右端和中部人員隨后疏散；人員從發(fā)現(xiàn)火災(zāi)到逃離到T-1、T-2樓梯口最快用時(shí)分別為5 s和10 s，約36 s、38 s時(shí)人員疏散曲線達(dá)到峰值；隨后人員陸續(xù)到達(dá)站廳層，曲線開(kāi)始下降。同時(shí)分析得出T-1、T-2樓梯疏散總用時(shí)分別為64 s、52 s，此時(shí)溫度、CO 濃度、可見(jiàn)度都在安全范圍內(nèi)；T-1 樓梯的總疏散人數(shù)高于T-2樓梯的總疏散人數(shù)。

圖6 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）施工期樓梯疏散人數(shù)隨疏散時(shí)間變化

圖7為施工期各出入口人流量隨疏散時(shí)間變化曲線圖，圖8為施工期站廳層疏散軌跡圖。綜合圖7、圖8分析可知，出口A人流量最高，出口D人流量最低；疏散軌跡圖反映了從T-1樓梯疏散的人員主要選擇出口A、B 繼續(xù)疏散，向出口B 疏散的部分人員在中途會(huì)因?yàn)閺谋娦睦淼纛^流向出口A；從T-2樓梯疏散的人員絕大部分選擇了出口A，其次選擇了出口C。所以在安全疏散過(guò)程中出口A、C承擔(dān)了主要的疏散任務(wù)，出口A利用率最高，其疏散時(shí)間最長(zhǎng)，用時(shí)為124 s，即施工期人員必需安全疏散時(shí)間為124 s，此時(shí)各出入口的溫度、可見(jiàn)度、CO濃度都處于安全范圍內(nèi)且能保證人員安全疏散。

圖7 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）施工期各出入口人流量隨疏散時(shí)間變化

圖8 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）施工期站廳層疏散軌跡圖

4.3 運(yùn)營(yíng)期人員疏散分析

圖9為運(yùn)營(yíng)期疏散人數(shù)、滯留人數(shù)隨火災(zāi)時(shí)間的變化曲線圖。由圖9分析可知，從發(fā)生火災(zāi)28 s開(kāi)始有乘客從地鐵車(chē)站成功疏散；≈80 s時(shí)疏散人數(shù)和滯留人數(shù)持平；運(yùn)營(yíng)期站廳內(nèi)的出口指示標(biāo)志對(duì)疏散有一定指示作用，所以圖中沒(méi)有明顯反應(yīng)擁堵的線段；≈162 s時(shí)地鐵車(chē)站內(nèi)人員全部疏散完畢。

圖9 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）運(yùn)營(yíng)期人員疏散隨火災(zāi)時(shí)間變化

由圖10 可知，樓梯處的疏散情況同施工期一樣，靠近火源的左側(cè)乘客最先發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并逃生，T-1、T-2樓梯人員疏散曲線達(dá)到峰值時(shí)所用疏散時(shí)間分別為55 s 和75 s。最后T-1、T-2 樓梯疏散總用時(shí)分別為76 s、80 s。雖然運(yùn)營(yíng)期人流量增大，但指示標(biāo)志起到了分流的作用，所以T-2樓梯疏散總?cè)藬?shù)較施工期增多。由于T-2樓梯存在拐角，當(dāng)疏散人員增加時(shí)會(huì)產(chǎn)生較長(zhǎng)時(shí)間的擁堵，導(dǎo)致疏散總用時(shí)更長(zhǎng)。在2 種工況下的火災(zāi)模擬中，T-1 樓梯疏散人數(shù)總是比T-2樓梯疏散人數(shù)多，一方面由于T-1 樓梯靠近起火點(diǎn)，最先用于人員疏散；另一方面是人員的從眾心理。T-1樓梯口在50 s時(shí)CO濃度接近臨界值，此時(shí)人員未完全進(jìn)入樓梯口，存在一定危險(xiǎn)性；T-2 樓梯在疏散時(shí)間內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)都未超過(guò)臨界值，能保證人員的安全疏散。

圖10 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）運(yùn)營(yíng)期樓梯疏散人數(shù)隨疏散時(shí)間變化

圖11、圖12 分別為運(yùn)營(yíng)期各出入口人流量隨疏散時(shí)間變化曲線圖和站廳層疏散軌跡圖。綜合分析圖11、圖12 可知，人員流向以及人員疏散情況同施工期一致：出口A人流量最高，出口D人流量最低。這是因?yàn)門(mén)-1 樓梯和T-2 樓梯都離出口A 較近，兩樓梯疏散人流在出口A疊加；人員的從眾心理；出口A 的寬度更大。另一方面出口B、C、D利用率有所提升，其原因是運(yùn)營(yíng)期人流量增大，站廳內(nèi)的出口指示標(biāo)志對(duì)疏散人員進(jìn)行了分流。最終出口A 用時(shí)162 s 完成疏散，即運(yùn)營(yíng)期人員必需安全疏散時(shí)間為162 s，此時(shí)各出口的溫度、可見(jiàn)度、CO 濃度都處于安全范圍內(nèi)，僅小部分在臨界值波動(dòng)，但都能保證人員安全疏散。綜合匯總各個(gè)階段關(guān)鍵位置的疏散時(shí)間見(jiàn)表3。

圖11 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）運(yùn)營(yíng)期各出入口人流量隨疏散時(shí)間變化

圖12 （網(wǎng)絡(luò)版彩圖）運(yùn)營(yíng)期站廳層疏散軌跡圖

表3 人員必需疏散時(shí)間

5 結(jié)論

1）施工期和運(yùn)營(yíng)期的可用安全疏散時(shí)間（）分別為150 s 和180 s，必需安全疏散時(shí)間（）分別為124 s 和162 s，即＞，地鐵內(nèi)人員在2 種工況下都能完成安全疏散，說(shuō)明三號(hào)線創(chuàng)業(yè)路地鐵站安全設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)。

2）通過(guò)火災(zāi)模擬發(fā)現(xiàn)，CO 濃度較溫度和可見(jiàn)度的擴(kuò)散更快，最先在關(guān)鍵線路點(diǎn)達(dá)到臨界值，并對(duì)疏散產(chǎn)生影響；且對(duì)運(yùn)營(yíng)期的可用安全疏散時(shí)間影響較大，地鐵車(chē)站此時(shí)發(fā)生火災(zāi)可用安全疏散時(shí)間更少，人員應(yīng)以更快的速度疏散。

3）地鐵車(chē)站施工期和運(yùn)營(yíng)期的裝修情況不同，受吊頂、擋煙垂壁、墻壁等裝修影響火災(zāi)煙氣流的運(yùn)動(dòng)也不同，運(yùn)營(yíng)期相對(duì)凈層高更低，煙氣流運(yùn)動(dòng)更快，對(duì)人員疏散影響較大。

4）2種工況下出口疏散情況一致，出口A 的利用率最高，出口D 的利用率最低。為了防止擁堵、合理利用出口，建議在該地鐵站內(nèi)合理設(shè)置防護(hù)欄、指示燈牌等物理指引，并通過(guò)實(shí)時(shí)的語(yǔ)音廣播和人工引導(dǎo)進(jìn)行人員疏散。