基于FDS和Pathfinder高校宿舍樓安全疏散仿真研究

陳 咪，湛蓮香

（1.河南省建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心站有限公司，河南 鄭州 450003；2.鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450003）

0 引言

高校宿舍多屬于人員密集場(chǎng)所，床被、蚊帳、書(shū)籍等可燃物較多[1]，發(fā)生火災(zāi)因素復(fù)雜，是消防安全重點(diǎn)管理單位。尤其是老舊院校宿舍，消防管理不健全，消防設(shè)施老化，一旦發(fā)生火災(zāi)很難安全疏散[2]。本文通過(guò)FDS建模和Pathfi nder軟件，對(duì)不同場(chǎng)景火災(zāi)下煙氣擴(kuò)散和人員安全疏散的規(guī)律進(jìn)行研究，為高校宿舍消防管理提供參考依據(jù)。

1 宿舍樓模型建立

1.1 建立宿舍樓仿真模型

河南某高校宿舍樓建于1995年，共六層，高19.5m，宿舍樓單層面積約767m2，總建筑面積為4 602m2，每個(gè)宿8人，最大居住人數(shù)為1 138人。宿舍樓安全出口凈寬度為1.5m，樓內(nèi)設(shè)消火栓系統(tǒng)，應(yīng)急疏散指標(biāo)志，應(yīng)急廣播系統(tǒng)以及4A級(jí)滅火器。數(shù)值模型如圖1所示。

圖1 河南某高校宿舍樓仿真模型

1.2 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置

模擬設(shè)置2種火災(zāi)場(chǎng)景，按照最不利原則，火源位置在1 F靠樓梯側(cè)房間內(nèi)下層床鋪。對(duì)于設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)有效的火災(zāi)規(guī)模設(shè)置為1.5MW，未設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的火災(zāi)規(guī)模設(shè)置為6MW[3]，火災(zāi)為快速火。模型劃分的網(wǎng)格大小為0.4×0.4×0.4 m，網(wǎng)格總數(shù)為86 420個(gè)。距離著火層地面上方1.6 m處設(shè)置監(jiān)測(cè)切面，在樓梯口頂部設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)煙氣能見(jiàn)度和頂棚溫度?；馂?zāi)模擬時(shí)間設(shè)置為800 s，具體火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 火災(zāi)場(chǎng)景對(duì)比表

2 基于FDS火災(zāi)模擬結(jié)果分析

2.1 著火層煙氣能見(jiàn)度分析

根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，著火層1.6m高度允許的最小煙氣能見(jiàn)度為5m。2種火災(zāi)場(chǎng)景下煙氣能見(jiàn)度云圖如圖2和圖3所示。

由圖2、圖3可知，該宿舍樓著火層高度1.6m處煙氣能見(jiàn)度降至5m的時(shí)間分別為342s、396s，說(shuō)明自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)有效時(shí)，能有效減緩達(dá)到最小煙氣能見(jiàn)度的時(shí)間。

圖2 火災(zāi)場(chǎng)景1下Z=1.6 m煙氣能見(jiàn)度5 m時(shí)（342 s）

圖3 火災(zāi)場(chǎng)景2下Z=1.6 m處煙氣能見(jiàn)度5 m時(shí)（396 s）

2.2 安全出口臨界危險(xiǎn)溫度分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4]，人員在高于60℃的環(huán)境下承受的時(shí)間很短，因此選擇60℃為臨界危險(xiǎn)溫度。2 種火災(zāi)場(chǎng)景下，著火層安全出口的頂棚溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 著火層樓梯口處頂棚溫度

由圖4可見(jiàn)，火災(zāi)場(chǎng)景2下該宿舍樓著火層安全出口處頂棚溫度峰值及其增長(zhǎng)速率明顯低于火災(zāi)場(chǎng)景1。火災(zāi)場(chǎng)景1下達(dá)到60℃的時(shí)間為279s，火災(zāi)場(chǎng)景2下達(dá)到60℃的時(shí)間為362s。這主要是因?yàn)?火災(zāi)場(chǎng)景下，自動(dòng)噴水系統(tǒng)有效的火災(zāi)規(guī)模小于火災(zāi)場(chǎng)景1，安全出口處頂板溫度上升較慢。通過(guò)上述分析可知，保障人員安全疏散時(shí)間 Aset，分別取最小煙氣能見(jiàn)度和安全出口臨界危險(xiǎn)溫度的最小時(shí)間。災(zāi)場(chǎng)景1為279 s，災(zāi)場(chǎng)景2為362 s。

3 人員疏散安全性分析

3.1 人員所需安全疏散時(shí)間

人員所需安全疏散時(shí)間計(jì)算公式[5]如下：

式中，Rset為人員疏散總時(shí)間，單位s；TA為火災(zāi)報(bào)警響應(yīng)時(shí)間，取20 s；TR為人員聽(tīng)到報(bào)警聲音的反應(yīng)時(shí)間，取15 s；TB為開(kāi)始疏散的時(shí)間。

3.2 人員疏散仿真模型

人員疏散模式采用Steering模式，平均疏散速度為1.2 m/s，疏散人數(shù)共計(jì)1 138人。疏散模擬設(shè)置兩種方案：一是全部人員從宿舍樓的兩個(gè)樓梯疏散；二是每個(gè)宿舍6人，最大居住人數(shù)為854人，其他情況如方案一。人員疏散模型如圖5所示。

圖5 宿舍樓人員疏散模型

3.3 人員疏散安全性分析

通過(guò)兩種疏散方案，模擬出該宿舍樓人員在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的疏散時(shí)間，并進(jìn)行安全判定。模擬結(jié)果如表2所示。

表2 無(wú)消防電梯時(shí)人員疏散安全性模擬結(jié)果

由表2可知，宿舍人數(shù)為8人時(shí)，危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間Aset均小于所需安全疏散時(shí)間Rset，此時(shí)安全出口處頂棚溫度已經(jīng)超過(guò)60℃，超出人員所能承受的溫度，人員處于危險(xiǎn)狀態(tài)。在疏散場(chǎng)2下，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)有效，宿舍人數(shù)減少至6人，所需安全疏散時(shí)間Rset大于危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間Aset，人員在頂棚達(dá)到臨界危險(xiǎn)溫度前能安全疏散。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)FDS和Pathfi nder軟件分別模擬了某宿舍樓火災(zāi)擴(kuò)散和人員疏散過(guò)程，對(duì)比分析其模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）火災(zāi)場(chǎng)景1下，達(dá)到最小煙氣能見(jiàn)度和臨界安全出口臨界溫度的時(shí)間均小于火災(zāi)場(chǎng)景2，說(shuō)明自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)對(duì)安全疏散的影響較大。

（2）學(xué)校應(yīng)減小宿舍人員密度，每個(gè)宿舍由8 人減少至6人，在火災(zāi)來(lái)臨時(shí)能大幅度減少安全疏散時(shí)間。

（3）學(xué)校應(yīng)做好消防設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)工作，同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行消防安全逃生相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)，提高學(xué)生的消防自救意識(shí)。