基于Pathfinder高校人員安全疏散模擬研究

周瑩ZHOU Ying

（西南石油大學(xué)，成都 610500）

0 引言

高校宿舍多屬于人員密集場所，發(fā)生火災(zāi)因素復(fù)雜，是消防安全重點(diǎn)管理單位。高校規(guī)模逐年擴(kuò)大，火災(zāi)事故頻發(fā)，極大地威脅了廣大師生的人身和財(cái)產(chǎn)安全[1]。據(jù)公安部門統(tǒng)計(jì)，全國每年在火災(zāi)中喪生的人數(shù)基本超過一千。2000-2006年間，中國高?；馂?zāi)事故發(fā)生3700余起，造成了44死9傷，直接經(jīng)濟(jì)損失了2200余萬元。2005年全國火災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失就已超過13.6億元，并呈逐年遞增趨勢。物的不安全狀態(tài)、人的不安全行為和管理的缺陷等原因直接導(dǎo)致上述結(jié)果，這些數(shù)字值得我們深刻關(guān)注火災(zāi)安全事故是多么地重要。因此關(guān)注高?；馂?zāi)安全問題刻不容緩，下文從安全疏散逃生因素變量調(diào)整來模擬實(shí)際火災(zāi)發(fā)生時(shí)的不同疏散情況，為實(shí)際建筑設(shè)計(jì)和學(xué)生生命安全問題分析提供可供參考的數(shù)據(jù)。

1 模型簡介

1.1 Pathfinder軟件簡介

由于建筑物發(fā)生火災(zāi)的原因與過程比較復(fù)雜，人員疏散情況會(huì)受到較多因素的影響，采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行研究會(huì)耗時(shí)耗力且花費(fèi)較大，難以獲得有應(yīng)用價(jià)值的成果[2]，因此采用Autodesk revit與Pathfinder軟件結(jié)合模擬高?；馂?zāi)安全疏散情況，在理念探究的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況發(fā)生模擬，減少資源的消耗，實(shí)現(xiàn)研究的利益最大化。Pathfinder為3維網(wǎng)格模型，是一種基于人員疏散和移動(dòng)模擬仿真器[3]，它利用計(jì)算機(jī)圖形仿真和游戲角色領(lǐng)域的技術(shù)，提供了圖形用戶界面的模擬設(shè)計(jì)和執(zhí)行，以及3D可視化工具的分析結(jié)果，對(duì)多個(gè)群體中的每個(gè)個(gè)體運(yùn)動(dòng)都進(jìn)行圖形化的虛擬演練，從而可以準(zhǔn)確確定每個(gè)個(gè)體在災(zāi)難發(fā)生時(shí)最佳逃生路徑和逃生時(shí)間。

1.2 建筑模型建立

疏散模型以四川某高校女生宿舍樓為例，建筑整體分布共6層，總建筑面積為2875.92m2。每層共22個(gè)房間，其中18個(gè)房間對(duì)稱分布，剩余4個(gè)布置于左右端部，除了左右端部的4個(gè)房間每間居住4人，其余房間均居住6人。樓層房間具體數(shù)量和人員分布情況如表1所示。

表1 樓層房間和人員數(shù)量表

處于中部的人員流動(dòng)通道寬1800mm，房間開間3300mm，進(jìn)深5700mm，陽臺(tái)進(jìn)深1500mm。分布于左右兩端各一部的樓梯為雙跑樓梯，一跑凈寬度1450mm，左右各19個(gè)踏步寬并且平臺(tái)設(shè)置于樓層中部，樓層平面圖如圖1所示。

2 基于Revit和Patfinder的仿真疏散模擬分析

2.1 Revit建立疏散逃生模型

為滿足模擬需求與模型對(duì)應(yīng)，以Autodesk revit2016建立四川某高校女生宿舍樓層模型，將此模型導(dǎo)入Pathfinder中，并對(duì)各樓層進(jìn)行簡單的門窗處理，疏散模型如圖2所示并以此模型進(jìn)行火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員疏散逃生情況模擬分析。

2.2 疏散結(jié)果分析

2.2.1 樓層層數(shù)改變

假設(shè)所有學(xué)生此時(shí)全部在寢室中進(jìn)行活動(dòng)，整棟樓總?cè)藬?shù)達(dá)755人，其中第1層居住115人，2-6層除了走廊盡頭兩端房間因房間特殊構(gòu)造原因，每間房居住4人，其余20個(gè)房間均居住6人，每層人數(shù)達(dá)到128人。在發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行疏散逃生時(shí)，每個(gè)房間進(jìn)出口不存在堵塞情況。進(jìn)出整棟樓的大門寬度2400mm，高度2100mm。

在實(shí)際疏散過程中，人員受到心理、環(huán)境等因素的影響，速度在不斷地變化，本文根據(jù)密度－速度公式[4]算出人員速度，計(jì)算公式為，式中：V為人員速度；為人行走時(shí)的最大速度，取1.66m/s；P為人員密度，取0.5人/m2；b為速度折減系數(shù)，取1.0。從而可以計(jì)算出在實(shí)際疏散逃生情況中，人員速度為1.0m/s。人員身體數(shù)據(jù)：本宿舍樓為女生宿舍樓，設(shè)定女生平均身高162cm，肩寬38cm。因?yàn)楸舅奚針窃谧笥覂啥司O(shè)有進(jìn)出大門，考慮最優(yōu)疏散逃生方案，則設(shè)置人員就近疏散逃離：左端學(xué)生從左側(cè)樓梯疏散，右端學(xué)生全部從右側(cè)樓梯疏散。

通過Pathfinder軟件計(jì)算出人員疏散總時(shí)間為387.3s，如圖3所示。

現(xiàn)在考慮將更改樓層層數(shù)，將此棟建筑的房間人員數(shù)量設(shè)置改為8人；建筑由6層更改為5層。因此1層居住155人；2層至4層樓層22間房每間房均居住8人，每層人數(shù)達(dá)到176人；第5層人數(shù)達(dá)72人，居住9個(gè)房間。

2.1吸煙組與不吸煙組(對(duì)照組)高頻聽力損失檢出率的比較 吸煙組高頻聽力損失檢出率為25.8%,二線接噪組高頻聽力損失檢出率12.3%,經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(X 2=33.079,P<0.05)。見表1。

通過建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)安排之后，在總?cè)藬?shù)沒有改變的基礎(chǔ)上，疏散逃生總時(shí)間由387.3s減少至315.5s，根據(jù)查詢得知國內(nèi)外建筑物平均轟燃時(shí)間為5～7min[5]，因此，模擬轟燃時(shí)間TASET設(shè)置為6min。安全疏散時(shí)間為315.5s

2.2.2 樓梯數(shù)量合理設(shè)置

除上述更改樓層數(shù)與人員分布情況對(duì)整體疏散逃生總時(shí)間的優(yōu)化探究外，考慮疏散樓梯總數(shù)量以探究其對(duì)于人員火災(zāi)疏散逃生時(shí)間的影響，試尋找最合適的疏散樓梯數(shù)量來達(dá)到發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散逃離時(shí)間的縮短，減少人員傷亡尋求安全最大化。

根據(jù)上述研究在5層樓的基礎(chǔ)上，對(duì)樓梯數(shù)量這一因素進(jìn)行研究以探究其對(duì)安全疏散時(shí)間的影響。

上述模型中雙跑樓梯設(shè)置在建筑的左右兩端共2部，模擬發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員疏散逃離的時(shí)間為315.5s，由于大量的現(xiàn)場情況表明，由于建筑內(nèi)人員密度過大，導(dǎo)致疏散時(shí)在樓梯口嚴(yán)重?fù)矶?，從而使疏散時(shí)間明顯延長[6]，因此考慮在人員流通通道中部增設(shè)一部雙跑樓梯，模擬火災(zāi)發(fā)生情況，計(jì)算人員有效安全疏散逃生時(shí)間，模型整體布局如圖5所示。

對(duì)模型進(jìn)行火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員疏散逃生模擬，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明增設(shè)一部樓梯后安全疏散逃生時(shí)間為278.5s，如圖6所示比較使用兩部樓梯進(jìn)行疏散逃生的安全疏散逃生時(shí)間縮短了近40s，大幅提升了有效逃生效率。增設(shè)一部樓梯，人員疏散路線得到重新規(guī)劃以形成新的路徑，一定程度上緩解了人員在通道內(nèi)的擁堵狀況。

2.2.3 研究結(jié)果總結(jié)

①整體人數(shù)755人，整體由原來的6層、每層22個(gè)房間、除了走廊盡頭兩端2個(gè)房間居住4人外，其余每個(gè)房間居住6人；更改為5層，1-4層每個(gè)房間居住8人，5層使用9個(gè)房間的人員分配情況，使得整體樓層高度降低并且空出多余房間可供約100人居住，并且將發(fā)生火災(zāi)時(shí)安全疏散時(shí)間縮短了71.8秒，將逃生時(shí)間控制在了模擬轟燃時(shí)間TASET6min內(nèi)，極大地提高了人員的存活和救援可能性。

②在宿舍樓原有樓梯數(shù)量上增設(shè)樓梯的方法，能夠有效地緩解人員在通道內(nèi)的擁堵狀況，使得疏散路線得到重新規(guī)劃，縮短了人員疏散逃生時(shí)間，因此高校在安排學(xué)生分布的情況下同時(shí)注意滿足增設(shè)樓梯的需求，保障學(xué)生生命安全。

③人員在火災(zāi)發(fā)生過程中會(huì)受到各種因素的影響，心理會(huì)產(chǎn)生極大的恐懼感和不安感，使得實(shí)際疏散速度極大降低，特別是對(duì)于需要更多時(shí)間才能撤離出火災(zāi)發(fā)生建筑的高層居住人員，因此在人群密集居住的場所，人員的居住高度不能過高，同時(shí)需要注意建筑內(nèi)部樓梯數(shù)量應(yīng)該合理滿足實(shí)際需求以此保障人生安全。

④進(jìn)行火災(zāi)疏散逃生模擬探究的最初原因是因?yàn)榛馂?zāi)的發(fā)生，要從源頭上保障人生安全，以防引起后續(xù)不必要的事件，因此學(xué)校應(yīng)該加強(qiáng)安全教育，定期開展會(huì)議培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)，定期組織學(xué)生進(jìn)行火災(zāi)安全疏演練，防止火災(zāi)發(fā)生時(shí)學(xué)生過于恐慌和不安而導(dǎo)致踩踏事件。

3 未來展望

①在實(shí)際工程中可以考慮將Revit與Pathfinder軟件緊密結(jié)合起來進(jìn)行高校宿舍火災(zāi)安全疏散逃生模擬分析，能夠更加高效、具體地顯示出實(shí)際逃生情況。

②在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)與人員住宿安排前，使用Pathfinder軟件進(jìn)行安全模擬分析能夠更好地測驗(yàn)出實(shí)際情況中有可能發(fā)生的相關(guān)安全問題，使得安全方案能夠提前制定，并在實(shí)際中更好地運(yùn)用。

③通過Pathfinder軟件實(shí)現(xiàn)人員安排的優(yōu)化、建筑樓層分布設(shè)計(jì)優(yōu)化與樓梯數(shù)量的優(yōu)化，在人數(shù)不改變的基礎(chǔ)上，能夠有效控制安全疏散時(shí)間，為人生安全保駕護(hù)航，極大地提高生還率。

本文是將Revit與Pathfinder軟件有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了安全疏散情況模擬和火災(zāi)情況中逃生時(shí)間的有效縮短，并希望能夠?qū)⒋死\(yùn)用到實(shí)際中，為實(shí)際生產(chǎn)生活提供參考價(jià)值。同時(shí)也希望在此基礎(chǔ)上作出改善與進(jìn)步，為人員在實(shí)際火災(zāi)發(fā)生時(shí)提供可靠理論依據(jù)。