基于BIM的施工場地人員安全疏散分析
——以新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目為例

張立，陳曉

（1.中鐵電氣化局集團(tuán)北京建筑工程有限公司；2.成都師范學(xué)院）

1 引言

目前，我國安全疏散研究理論與方法存在不足，而BIM技術(shù)擁有對場地信息進(jìn)行收集、存儲、管理、交換、更新的功能，使BIM被運(yùn)用在安全疏散中成為可能。本文對施工場地人員安全疏散影響因素進(jìn)行分析，建立施工場地人員安全疏散評價體系，并以新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目為例，利用BIM建立施工現(xiàn)場的三維可視化模擬，得到最優(yōu)的人員安全疏散方案。

2 施工場地人員疏散時間研究

2.1 影響施工場地人員安全疏散時間的因素

①外部因素，如施工現(xiàn)場的布局、施工現(xiàn)場的天氣狀況以及施工現(xiàn)場的安全疏散措施等。②內(nèi)部因素，即施工人員的反應(yīng)速度、心理素質(zhì)以及對疏散路線的選擇等。

2.2 施工場地人員安全預(yù)警時間

施工場地人員安全預(yù)警時間指事故被識別后至施工人員開始疏散前的響應(yīng)時間，安全預(yù)警時間與事故類型、事故等級以及施工現(xiàn)場事故探測器息息相關(guān)。本文中，保守取安全預(yù)警時間為60s。

式（1）中：T1為事故預(yù)警時間，s。

2.3 施工場地人員反應(yīng)時間

施工場地人員反應(yīng)時間指施工人員從發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情、觀察險(xiǎn)情到制定出自生逃生路線的時間，施工人員反應(yīng)時間受到的影響因素很多，如正在進(jìn)行的活動、與險(xiǎn)情發(fā)生地點(diǎn)的距離、險(xiǎn)情的類型、施工人員自身清醒程度、對施工現(xiàn)場與疏散路線的熟悉程度等。施工人員反應(yīng)時間對其是否能安全疏散有重要意義，以下為施工人員反應(yīng)時間公式：

式（2）中：T2為施工人員反應(yīng)時間，s；120為信息傳送時間，s；A0為樓層面積,m2；0.4為樓層信息傳送系數(shù)；H為層高，m。

2.4 施工場地人員運(yùn)動時間

施工場地人員運(yùn)動時間指施工人員從開始疏散至到達(dá)安全區(qū)域的時間，施工人員運(yùn)動時間考慮因素也較為復(fù)雜，施工人員選擇的疏散路線是否存在障礙、疏散路線道路寬度、施工人員疏散速度、施工人員的數(shù)量等都會影響施工人員運(yùn)動時間。施工人員運(yùn)動時間主要包括施工人員從自身位置行走至安全區(qū)域的時間和施工人員在樓梯、障礙以及出口處的排隊(duì)時間，及時合理選擇正確的疏散路線對施工人員能否安全疏散至關(guān)重要。以下為施工人員運(yùn)動時間公式：

式（3）中：T3為施工人員運(yùn)動時間，s；Na為疏散人員總數(shù)，人；B′為出口的寬度，m；N′為出口處人員流量，人/（s·m）；ks為從最終出口到人流起始端的距離，m；vs為人流移動的速度，m/s。

3 施工場地人員安全疏散評價

3.1 施工場地人員安全疏散評價概念

在施工場地突發(fā)事故中，要安全地將所有人員疏散到安全區(qū)域，應(yīng)使必需安全疏散時間RSET（從事故的發(fā)生至所有人員全部疏散到安全區(qū)域所需要的時間）小于可用安全疏散時間ASET（事故發(fā)生到該事故對人員生命安全構(gòu)成威脅的這一段時間），即ASET-RSET＞0。RSET計(jì)算公式如下：

式（4）中：T1為險(xiǎn)情預(yù)警時間；T2為人員反應(yīng)時間；T3為人員運(yùn)動時間；ε為安全修正系數(shù)，ε≥1。

3.2 安全疏散評價體系應(yīng)用

結(jié)合實(shí)際分析，若某項(xiàng)目面積為A（m2），層數(shù)為H（m），施工人員總數(shù)為N(人)，出口寬度為B（m），出口處施工人員流量為F（人/（s·m）），最長安全疏散距離為L（m），人流移動速度為V（m/s），取安全修正系數(shù)ε=1.5，則可得到：

此時，若ASE T≥RSET，則施工場地人員可全部疏散至安全區(qū)域；若ASET＜RSE T，則施工場地人員無法全部安全疏散，此時應(yīng)對疏散方案進(jìn)行修正、優(yōu)化與升級；若ASE T≥RSET，但兩者十分接近，仍然需要對疏散方案進(jìn)行優(yōu)化、升級，提升安全保障。

4 基于BIM的新宮車輛段鍋爐房的安全疏散模擬

4.1 項(xiàng)目概況

新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目位于北京市，建筑面積491.04㎡，建筑高度7.89m，結(jié)構(gòu)形式為一層框架結(jié)構(gòu)輕型泄壓屋面，該項(xiàng)目存在二層平臺，二層平臺可能存在施工人員作業(yè)，在研究中默認(rèn)該項(xiàng)目為二層建筑，耐火等級為二級，火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁類單層廠房，抗震設(shè)防烈度為8度。

4.2 基于Revit與Pathfinder的模型處理

4.2.1 建立BIM模型

利用Revit軟件建立新宮車輛段項(xiàng)目模型，根據(jù)該項(xiàng)目各類基本信息繪制三維模型。在Revit中建立標(biāo)高軸網(wǎng)，依次繪制基礎(chǔ)、梁、板、柱、墻等基本結(jié)構(gòu)，再繪制門、窗、裝飾等各類構(gòu)件，繪制BIM模型。

4.2.2 導(dǎo)入BIM模型

利用Pathfinder軟件對新宮車輛段鍋爐房進(jìn)行安全疏散模擬，并對其進(jìn)行三維可視化分析。由于Revit與Pathfinder兩者不兼容，不能直接將Revit中的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pathfinder中，此時需要以CAD作為媒介，將建立好的Revit模型在三維視圖中以dwg文件導(dǎo)出，然后導(dǎo)入Pathfinder（見圖1）。

圖1 模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pathfinder

4.2.3 設(shè)定相關(guān)參數(shù)

參數(shù)設(shè)定主要包括設(shè)定疏散人員數(shù)量以及設(shè)定疏散人員自身參數(shù)兩部分。本文針對新宮車輛段項(xiàng)目進(jìn)行疏散模擬與分析，新宮車輛段項(xiàng)目面積為491.04㎡，建筑層數(shù)為2層，可分為8個房間，本文估計(jì)疏散人員總數(shù)為100人；疏散人員自身參數(shù)包括人員流動速度以及人員肩寬，考慮到疏散人員心理狀況對速度有一定影響，本文估計(jì)男女平均速度和身體寬度如表1所示。

表1 疏散人員參數(shù)表

4.3 基于Revit和Pathfinder疏散仿真模擬與分析

將模型導(dǎo)入Pathfinder中，根據(jù)規(guī)范設(shè)置疏散參數(shù)，進(jìn)行疏散仿真模擬，經(jīng)過多次分析得出建筑安全逃生的預(yù)警值30秒，符合相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上準(zhǔn)確預(yù)測疏散速度和時間。建立疏散模型后，在軟件中進(jìn)行模擬，得出的模擬數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 疏散出口位置分布圖

由成果數(shù)據(jù)可得，人員會根據(jù)所處位置選擇不同逃生路線。建筑物內(nèi)人員容量、逃生速度、出口距離以及大小是制約疏散時間和逃生流量的重要因素，并且不同出口對逃生人員的吸引度、逃生個體屬性等作為潛在的影響因素。在模擬過程中，我們可以很清晰的看到出口的疏散情況，當(dāng)某個出口比較擁擠時，應(yīng)當(dāng)檢查建筑安全的疏散設(shè)計(jì)是否符合相關(guān)規(guī)范，若不符合則考慮改進(jìn)設(shè)計(jì)。同時，根據(jù)疏散演示，可適當(dāng)調(diào)整疏散通道及出口，并控制施工場地內(nèi)人員數(shù)量，提升施工場地安全性（見圖3）。

圖3 建筑物及各個房間內(nèi)人員出入總?cè)藬?shù)

4.4 新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目施工場地人員疏散評估

由上文可知，本文保守估計(jì)，T1=60(s)；新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目，建筑面積491.04㎡，建筑高度7.89m。

由此可得，T2=145.3（s）；根據(jù)在Pathfinder軟件中多次進(jìn)行疏散仿真模擬及分析，得到T3=30（s）；本文中取ε=1.5，

由此可得RSET=250.3（s）=4.2（min）。由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，一般民用建筑，一、二級耐火等級，其安全疏散允許時間為6min，新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目耐火等級為二級，則取ASET=6（min）。此時ASET≥RSET，則在新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目中，100位施工場地人員可在4.2分鐘內(nèi)全部疏散至安全區(qū)域。

5 結(jié)語

通過分析影響施工場地人員安全疏散的因素，建立施工場地人員安全疏散評估體系，利用Revit與Pathfinder為新宮車輛段鍋爐房項(xiàng)目繪制建筑模型并進(jìn)行施工場地人員疏散模擬分析，經(jīng)評估100位施工人員可在4.2min內(nèi)全部疏散至安全區(qū)域。此方法可為施工場地人員提供高效的疏散路徑，提升疏散效率，減少人員傷亡。通過疏散模擬，對建筑的安全性進(jìn)行評價，是保證建筑物火災(zāi)安全的重要方式，尤其是在環(huán)境復(fù)雜的施工現(xiàn)場，更應(yīng)注意安全疏散的問題，保證施工過程中施工人員的安全問題。