大型室內(nèi)游樂場人員疏散運動時間的模擬

牛少偉，方 黎

（1．河南省公安消防總隊，河南鄭州450002;2．寧波市公安消防支隊，浙江寧波 315010）

近年來，為了滿足廣大消費者不斷增長的購物、休閑和娛樂的需求，大型室內(nèi)游樂場所不斷涌現(xiàn)．由于大型室內(nèi)游樂場具有建筑規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用功能多樣、人員大面積聚集、疏散路徑長且曲折、兒童比例偏大等特點，其安全疏散較一般建筑更為困難．目前關(guān)于人員疏散的研究多限于大型商場、地鐵、住宅樓、隧道等場所，關(guān)于游樂場人員疏散的研究較少［1］．因此合理預(yù)測緊急情況下大型室內(nèi)游樂場的安全疏散時間具有重要意義．

緊急情況下的安全疏散時間一般包括火災(zāi)探測時間、預(yù)動作時間和人員疏散運動時間，其中，人員疏散運動時間是其重要組成部分．影響人員疏散運動時間的因素包括外界環(huán)境和人員自身兩方面．其中外界環(huán)境因素有出口寬度、障礙物、光照條件等;人員自身因素有人員密度、人員步速、人員尺寸、人員構(gòu)成等．對于特定的大型室內(nèi)游樂場，在人員密度確定的情況下，人員步速、人員尺寸、人員構(gòu)成便成為影響其疏散運動時間的主要因素．

人員疏散運動時間的預(yù)測一般有現(xiàn)場模擬試驗測量法、經(jīng)驗公式法和計算機(jī)模擬［2－3］3種方法．鑒于Pathfinder操作方便、運算效率高及其在性能化防火設(shè)計中的廣泛應(yīng)用，筆者采用Pathfinder模擬研究了人員構(gòu)成、人員步速和肩寬及其分布與大型室內(nèi)游樂場人員疏散運動時間的關(guān)系．

1 人員疏散運動時間的模擬

1．1 游樂場的概況

某室內(nèi)游樂場為大型綜合娛樂場所，集旅游、娛樂、休閑、觀光、購物于一體．單層建筑面積44 110 m2，共6層．一層平面如圖1所示，圖中箭頭表示對外疏散出口，共17個，總寬度92 m．由于一層具有大型室內(nèi)游樂場建筑的典型結(jié)構(gòu)，而二至六層為中空結(jié)構(gòu)，不具有典型性，因此選取一層為代表進(jìn)行研究．

圖1 某大型室內(nèi)游樂場一層平面圖

1．2 模擬參數(shù)的確定

1．2．1 人員荷載

合理的人員疏散評估需要建立在正確的人員荷載統(tǒng)計的基礎(chǔ)之上，根據(jù)文獻(xiàn)［4］的規(guī)定，確定該游樂場一層人員荷載見表1．游樂設(shè)施和等候區(qū)均按滿員考慮，餐飲區(qū)按照座位數(shù)確定．

表1 某大型室內(nèi)游樂場一層人員荷載

1．2．2 人員屬性

Pathfinder疏散模型中的人員由以下數(shù)據(jù)定義：人員名稱、使用出口、步速、反應(yīng)時間、身體尺寸、坐標(biāo)．其中身體尺寸用肩寬表示．

Pathfinder軟件默認(rèn)的人員屬性為：所有人員步速為 v0=1．19 m/s，肩寬 W0=45．58 cm．

為研究不同的人員構(gòu)成比例對人員疏散運動時間的影響，將游樂場人員分為成人和兒童兩大類．成人和兒童的肩寬、步速分別采用3種分布方式：恒定值、均勻分布、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布．

技術(shù)內(nèi)部董事、財務(wù)冗余與研發(fā)投資——來自中國高新技術(shù)企業(yè)的經(jīng)驗證據(jù)..................................................................................................................姚曉林 李井林 梁 雯（21）

根據(jù)文獻(xiàn)［1］及文獻(xiàn)［5－12］，人員尺寸采用3個重疊的圓近似表示，其橫截面與人體形狀近似，如圖2所示．人員尺寸及無障礙環(huán)境下的步速見表2，其中肩寬W=2Rd．Pathfinder疏散模型中人數(shù)屬性參數(shù)取值見表3．

圖2 人體尺寸近似模型

表2 不同人員類型的肩寬和步速取值

表3 人員屬性參數(shù)

2 模擬結(jié)果分析

2．1 步速對人員疏散運動時間的影響

按照某大型室內(nèi)游樂場一層建筑圖紙搭建Pathfinder疏散模型，模型中人員按照表1設(shè)置，模型如圖3所示．

圖3 游樂場一層Pathfinder疏散模型

人員疏散模擬以此模型為基礎(chǔ)，改變?nèi)藛T構(gòu)成比例（兒童比例）及人員步速和肩寬等參數(shù)．v0=1．19 m/s（默認(rèn)平均值）、vc=0．9 m/s（兒童步速）、va=1．25 m/s（成人步速）時，人員疏散運動時間模擬結(jié)果見表4．所示．

表4 W0=45．58 cm時步速對人員疏散運動時間的影響

圖4 兒童比例對人員疏散運動時間的影響

由表4可知，肩寬恒定時，步速越大疏散時間越短，二者的變化幅度不成比例．當(dāng)步速比 v0增加5．04%時，人員疏散運動時間比t0減小7%;當(dāng)步速比v0減小24．37%時，人員疏散運動時間比t0增加19%．

2．2 肩寬對人員疏散運動時間的影響

當(dāng)步速v取默認(rèn)平均值v0=1．19 m/s，肩寬分別取 W0=45．58 cm（默認(rèn)平均值）、Wc=42 cm（兒童肩寬）、Wa=51 cm（成人肩寬）時，人員疏散運動時間模擬結(jié)果見表5．據(jù)表5分析得出，步速恒定時，肩寬越大疏散時間越長，但二者變化幅度并不成比例．當(dāng)肩寬比W0增加11．89%時，人員疏散運動時間比t0增加8．75%;當(dāng)肩寬比W0減小7．58%時，人員疏散運動時間比t0減小6．86%．

表5 v0=1．19 m/s時肩寬對人員疏散運動時間的影響

綜上所述，對于特定大型室內(nèi)游樂場，當(dāng)其他因素不變時，人員疏散運動時間隨步速增大而減小，隨肩寬增大而增大，但并非同比例增大或減?。?/p>

2．3 人員構(gòu)成對人員疏散運動時間的影響

兒童和成人的步速、肩寬相差較大，為簡化計算，將游樂場人員劃分為2大類：兒童和成人．文中人員構(gòu)成比例由兒童占總?cè)藬?shù)的比例反映．兒童人數(shù)記為Nc，總?cè)藬?shù)記為N，則兒童占總?cè)藬?shù)比例為Nc/N×100%．兒童和成人的步速、肩寬分別采用3種分布：恒定值、均勻分布、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布．3種分布對應(yīng)的疏散時間依次記為 tcon，tu，ts．

當(dāng)兒童占總?cè)藬?shù)的比例由低到高變化（0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%）時，人員疏散運動時間模擬結(jié)果如圖4

由圖4可見，人員步速、肩寬在3種分布下，雖然人員疏散運動時間隨兒童比例的變化略有波動，但總體上呈上升趨勢．

當(dāng)人員步速、肩寬采用恒定值，兒童比例由0%增加至40%時，人員疏散運動時間由180 s增加至208 s，增幅15．55%．隨后人員疏散運動時間隨兒童比例增加而在波動中增長．兒童比例由0%增至100%時，人員疏散運動時間的總增幅為18．89%．

當(dāng)人員步速、肩寬采用均勻分布，兒童比例由0%增加至10%時，人員疏散運動時間由192 s增加至239 s，增幅24．48%;兒童比例由30%增至40%時，人員疏散運動時間由242 s增至267 s，增幅13．89%．除此之外，人員疏散運動時間隨兒童比例的增加而在波動中增長．兒童比例由0%增至100%時，人員疏散運動時間總增幅47．40%．

當(dāng)人員步速、肩寬采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，兒童比例由0%增加至20%時，人員疏散運動時間由202 s增加至250 s，增幅23．76%．此后，人員疏散運動時間隨兒童比例增加而在波動中增長．兒童比例由0%增至100%時，人員疏散運動時間總增幅26．73%．

綜上可知，當(dāng)兒童比例逐步增大時，人員疏散運動時間總增幅由大到小依次為：均勻分布47．40%，標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布26．73%，恒定值18．89%．在3種分布下，兒童比例在0%至40%之間變化時，疏散時間的變化較大．

此外，由圖4還可見：除0%，20%，30%三個點之外，任一兒童比例下均有tcon＜ts＜tu，即人員步速、肩寬采用恒定值時人員疏散運動時間最短，采用平均分布時疏散時間最長，采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時居中．原因是，采用恒定值時，每一類人（兒童和成人各為一類）肩寬一致、步速一致，仿佛齊步走，不易擁堵、碰撞，疏散最快;采用平均分布時，肩寬、步速取值較為分散，步伐難以協(xié)調(diào)一致，容易擁堵、碰撞;正態(tài)分布時，肩寬、步速取值大部分在期望值附近，因此，疏散速度也介于前兩種情形之間．

3 結(jié)語

1）對于特定的大型室內(nèi)游樂場，在外界環(huán)境和人員密度不變的條件下，人員疏散運動時間隨步速增大而減小，隨肩寬增大而增大，但比例不同．

2）當(dāng)人員步速和肩寬分別服從不同分布時，人員疏散運動時間隨兒童比例變化略有波動，但總體隨兒童比例增加呈上升趨勢．當(dāng)兒童比例逐步增大時，人員疏散運動時間總增幅由大到小依次為：均勻分布時間＞標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時間＞恒定值分布時間;兒童比例在0%～40%之間變化時，疏散時間的變化較大．

3）人員步速和肩寬的不同分布方式對人員疏散運動時間的影響很大．人員步速和肩寬均服從常值分布時的人員疏散運動時間最短，服從均勻分布時的疏散運動時間最長，服從正態(tài)分布時的疏散時間介于二者之間．

綜上所述，人員肩寬和步速及其分布方式、人員構(gòu)成比例均對人員疏散運動時間有很大影響．在性能化防火設(shè)計中，為盡可能真實地模擬游樂場人員疏散運動時間，需要采用合適的人員構(gòu)成比例、合適的步速和肩寬及其分布方式．

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