基于數(shù)值模擬的某密室逃生場(chǎng)所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

楊倚天 關(guān)雪 葉文韜 肖愛(ài)玉 于佳鷺 朱凱

摘要：線下真人密室逃脫逐漸風(fēng)靡全球各地，各城市的實(shí)景密室規(guī)模日益壯大，其消防安全問(wèn)題也日益突出。本文通過(guò)對(duì)多家實(shí)景密室的調(diào)查，模擬起火點(diǎn)，分析煙氣擴(kuò)散范圍以及不同條件下實(shí)景密室場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)性大小，最大限度避免火災(zāi)事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：密室逃脫；數(shù)值模擬；煙氣；火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

一、緒論

實(shí)景密室逃脫作為一種新型娛樂(lè)活動(dòng)，得到越來(lái)越多年輕人的喜愛(ài)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2020年3月，我國(guó)已有2000余家實(shí)景密室，門(mén)店超10000家，且2019年消費(fèi)人次達(dá)280萬(wàn)次，密室逃生場(chǎng)所的產(chǎn)業(yè)規(guī)模見(jiàn)圖1^[1]。同時(shí)，因?yàn)閷?shí)景密室空間狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可燃物多且后續(xù)裝修改造大，導(dǎo)致其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高，不利于人員疏散，一旦發(fā)生火災(zāi)，易造成人員傷亡事故。例如，2019年1月，波蘭一密室逃脫營(yíng)業(yè)場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)，造成5名未成年女孩死亡^[2]；2022年4月24日，廣東湛江一密室逃脫俱樂(lè)部發(fā)生火災(zāi)，造成1人死亡^[3]。

目前針對(duì)實(shí)景密室逃脫類場(chǎng)所，尚無(wú)專門(mén)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。雖然應(yīng)急管理部消防救援局發(fā)布了《密室逃脫類場(chǎng)所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指南（試行）》與《密室逃脫類場(chǎng)所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)檢查指引（試行）》，分別從火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)與消防安全管理方面對(duì)該類場(chǎng)所的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)檢查重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了說(shuō)明，一定程度上規(guī)范了此類場(chǎng)所的消防安全問(wèn)題^[4]。但此類場(chǎng)所的標(biāo)準(zhǔn)化與正規(guī)化，尚缺少相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)存在一定亂象。

正因?qū)嵕疤用擃悎?chǎng)所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大、監(jiān)督監(jiān)管難度大、行業(yè)不規(guī)范，需要深入研究此類場(chǎng)所的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)該類場(chǎng)所的消防安全與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究。

盛晨^[5]實(shí)地深入調(diào)研黃浦區(qū)的多家密室場(chǎng)所，針對(duì)性研究分析有效的防火、滅火、疏散對(duì)策。李尚明^[6]通過(guò)結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，分析了密室逃脫類場(chǎng)所火災(zāi)特點(diǎn)及其現(xiàn)狀，從建筑布局、防火分隔、裝飾裝修、消防設(shè)施等方面介紹了此類場(chǎng)所的消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)。陽(yáng)晶^[7]針對(duì)密室逃脫類場(chǎng)所的消防現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)消防行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提出該類場(chǎng)所的消防安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)管理提供參考。張峰^[8]分析了密室逃脫類場(chǎng)所的消防安全現(xiàn)狀，指出應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)范消防安全管理。劉升赟^[9]等人結(jié)合工作情況，從制定消防安全管理標(biāo)準(zhǔn)、明確監(jiān)管主體、創(chuàng)新監(jiān)管模式等方面提出了密室逃脫類場(chǎng)所提升消防安全管理水平的建議。黎放橋^[10]等人從消防監(jiān)督管理方面入手，分析了密室逃脫類場(chǎng)所在消防監(jiān)督管理方面存下的問(wèn)題，總結(jié)了此類場(chǎng)所消防監(jiān)督檢查的主要原理及技術(shù)要點(diǎn)。高杰^[11]分析了新型娛樂(lè)場(chǎng)所（密室逃脫場(chǎng)所、劇本殺場(chǎng)所等）消防安全管理的定性問(wèn)題與技術(shù)問(wèn)題，并提出相應(yīng)對(duì)策。

上述學(xué)者的研究多集中在消防安全管理、消防安全檢查等方面，多是結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范分析密室逃脫場(chǎng)所消防安全方面存在的問(wèn)題，給出對(duì)策與建議。本文結(jié)合某實(shí)景密室逃脫場(chǎng)所，使用FDS建立模型，模擬不同著火條件下場(chǎng)所內(nèi)火災(zāi)發(fā)展情況，定量分析場(chǎng)所的火災(zāi)危險(xiǎn)性大小，可以為該類場(chǎng)所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改造提供參考。

二、數(shù)值模擬的模型構(gòu)建

結(jié)合某實(shí)景密室逃脫場(chǎng)所的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)模擬的模型與參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建立。

（一）幾何模型的建立

某實(shí)景密室的總面積400m²左右，設(shè)計(jì)容納40人，該區(qū)域共7個(gè)房間，共70m²左右。前5個(gè)房間布景類似，房間層層嵌套呈環(huán)形布置，在第一個(gè)房間與第六個(gè)房間處設(shè)置兩個(gè)疏散出口。場(chǎng)所設(shè)有干粉滅火器、煙霧報(bào)警、自動(dòng)噴淋、排煙風(fēng)機(jī)等消防設(shè)施，接待區(qū)與主題疏散出口處設(shè)有疏散出口指示標(biāo)識(shí)。

該實(shí)景密室位于一寫(xiě)字樓內(nèi)部，單獨(dú)密室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)建造見(jiàn)圖2（a）、2（b），整個(gè)房間在大樓內(nèi)部的位置建模見(jiàn)圖2（c）。

（二）起火原因分析與確定

在設(shè)置火源時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際模擬的場(chǎng)景，進(jìn)行綜合考慮，設(shè)置火源位置。在本次模擬中，結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果以及火災(zāi)危險(xiǎn)性大小的考量，綜合確定起火地點(diǎn)與原因。設(shè)定的起火原因總結(jié)如表1，調(diào)研結(jié)果如圖3。

（三）參數(shù)設(shè)置與工況設(shè)計(jì)

考慮到計(jì)算需要及實(shí)際條件，在密室逃生所的房間及走廊、樓梯間劃分網(wǎng)格，其余區(qū)域不設(shè)網(wǎng)格。網(wǎng)格大小經(jīng)過(guò)計(jì)算，在密室逃脫房間內(nèi)，設(shè)置大小為0.1×0.1×0.1的網(wǎng)格，在走廊與樓梯間設(shè)置大小為0.2×0.2×0.2的網(wǎng)格。

初始溫度均設(shè)置為室溫20℃，各網(wǎng)格交接面保持連接，保證煙氣暢通。考慮到火災(zāi)條件下所有密室門(mén)打開(kāi)，故設(shè)置所有的門(mén)處于開(kāi)放狀態(tài)。在z=0.8m，z=1.6m處設(shè)置切片，監(jiān)測(cè)溫度、CO濃度、可見(jiàn)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。火源設(shè)置選擇為burner，火源功率參考沙發(fā)等軟包材料的熱釋放速率進(jìn)行設(shè)置。模擬時(shí)間為300s。因真人實(shí)景密室裝修頻繁，考慮最不利條件，即所有消防設(shè)備失效，水噴淋不動(dòng)作，機(jī)械排煙失效，進(jìn)行火災(zāi)模擬。

考慮到密室逃脫場(chǎng)所的復(fù)雜性，選擇改變火源位置，分別在各個(gè)房間設(shè)置火源，設(shè)置工況，如表2。

（四）網(wǎng)格敏感性檢驗(yàn)

為確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性，應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)格尺寸靈敏度分析，確保模擬結(jié)果合理。依據(jù)FDS用戶指南，計(jì)算出火災(zāi)特征直徑D*。

網(wǎng)格分辨率 R=D*/dx 的推薦值在 4～16 之間，可達(dá)到計(jì)算精度要求，同時(shí)計(jì)算時(shí)間較為合理。計(jì)算出來(lái)網(wǎng)格取值范圍最小值為0.12m≤δ_x≤0.48m。因此，網(wǎng)格大小選擇在房間內(nèi)0.2m，在走道內(nèi)0.4m，符合要求，既能兼顧計(jì)算精度，又可減小計(jì)算負(fù)擔(dān)。

三、結(jié)果分析

（一）煙氣擴(kuò)散范圍分析

根據(jù)設(shè)置的三個(gè)工況，選擇火焰充分發(fā)展階段，其火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的范圍如圖4。

由圖4可看出：

（1）所有工況下，煙氣均能擴(kuò)展充滿整個(gè)房間范圍。除工況B外，煙氣在密室逃脫場(chǎng)所出入口打開(kāi)的條件下，同時(shí)會(huì)向整個(gè)樓道明顯擴(kuò)散。

（2）所有工況下，起火房間內(nèi)的煙氣濃度明顯更高，周圍房間按照房間大小及與起火房間距離的遠(yuǎn)近，煙氣濃度降低。

（3）工況B條件下，煙氣擴(kuò)散到出口會(huì)受影響。這是因?yàn)榉块gB空間狹小，距離出口最遠(yuǎn)，且出口面積較小，在同樣的模擬時(shí)間內(nèi)（300s），煙氣擴(kuò)散速度不如其余工況下的煙氣擴(kuò)散速度。

（4）工況H條件下，樓道內(nèi)煙氣濃度明顯更濃，這是因?yàn)樵搩煞N工況下，火源距離出口更近，煙氣擴(kuò)散速度更快。

（二）可見(jiàn)度與CO濃度

對(duì)于人員疏散而言，可見(jiàn)度與CO濃度十分重要，尤其是對(duì)于處于人眼高度上的可見(jiàn)度與CO濃度，需要格外關(guān)注。依據(jù)《中國(guó)成年人人體尺寸》（ GB / T10000 1988）^［12］采用人眼高度平均值 1.6m 作為臨界高度。故選擇z=1.6m高度，選擇模擬時(shí)間300s，其可見(jiàn)度如圖5。

由圖5可看出：

（1）所有工況下，整個(gè)實(shí)景密室范圍內(nèi)的可見(jiàn)度均下降。

（2）位于里層的房間（房間A和房間B），著火房間內(nèi)可見(jiàn)度下降最大。以工況A為例，房間A的可見(jiàn)度下降至1m左右，相鄰房間C的可見(jiàn)度下降至2.4m左右。

（3）位于中間的房間，著火房間內(nèi)可見(jiàn)度下降不一定最大。以工況C為例，著火房間內(nèi)的可見(jiàn)度可以下降至2.4m左右，但與其相鄰房間A的可見(jiàn)度下降至1.8m左右。

（4）工況H條件下，因?yàn)闊煔鈹U(kuò)散到出口，煙氣擴(kuò)散受到影響，所以會(huì)出現(xiàn)部分內(nèi)部房間可見(jiàn)度下降較小的情況。

（5）工況H條件下，樓道內(nèi)可見(jiàn)度明顯降低，但對(duì)人員疏散的影響有限。

選擇z=1.6m高度，選擇模擬時(shí)間300s，其CO濃度如圖6。

由圖6可看出：

（1）所有工況下，整個(gè)實(shí)景密室范圍內(nèi)幾乎均存在CO，差別在于濃度大小。（2）所有工況下，著火房間內(nèi)的CO濃度最高，其次是相鄰房間。

（3）當(dāng)火源位于較小的房間內(nèi)（A、B、D、G）時(shí)，著火房間內(nèi)CO濃度比其他工況相對(duì)較高。

（三）溫度場(chǎng)分析

除了可見(jiàn)度與CO濃度之外，溫度也會(huì)影響疏散人員安全，同時(shí)決定整個(gè)著火場(chǎng)所的火災(zāi)發(fā)展總體趨勢(shì)，故可以作溫度切片分析其溫度情況。選擇z=1.6m高度，分析其溫度分布，如圖7。

由圖7可知：

（1）在z=1.6m處，溫度最高值可達(dá)170℃，最小值約100℃。

（2）當(dāng)起火點(diǎn)位于里層與外層的房間時(shí)，高溫區(qū)域基本集中分布在起火房間的內(nèi)部；當(dāng)起火點(diǎn)位于中間房間（房間C、E）時(shí)，因?yàn)槠溥B通的房間較多，導(dǎo)致高溫區(qū)域不僅僅分布在起火房間內(nèi)，還會(huì)使得周圍相鄰房間內(nèi)的溫度較高。

（3）工況H條件下，因火源位置距離走道過(guò)近，熱煙氣蔓延出房間的量較多，導(dǎo)致該工況下，走道內(nèi)部出現(xiàn)溫度小幅度上升。其余工況下，走道內(nèi)溫升幾乎可忽略。

（4）當(dāng)火源位于房間A、B、D內(nèi)時(shí)，因?yàn)槠浞块g結(jié)構(gòu)特性，此時(shí)處于逃生關(guān)鍵位置上的房間H內(nèi)溫度并不高，溫度影響較小。

除了z=1.6m高度處之外，頂棚處由于熱煙氣聚集，溫度會(huì)很高，處于危險(xiǎn)狀態(tài)，應(yīng)分析其溫度情況，頂棚高度處溫度分布如圖8。

由圖8可知：

（1）在頂棚高度處，溫度最高值可達(dá)270℃，最小值約170℃。

（2）當(dāng)起火點(diǎn)位于里層與外層的房間時(shí)，高溫區(qū)域基本集中分布在起火房間的內(nèi)部；當(dāng)起火點(diǎn)位于中間房間（房間C、E）時(shí)，高溫區(qū)域不僅僅分布在起火房間內(nèi)，還會(huì)使周圍相鄰房間的溫度較高。

（3）工況C、E、H條件下，熱煙氣蔓延出房間導(dǎo)致走道內(nèi)部出現(xiàn)溫度上升。其余工況下，走道內(nèi)溫升幾乎可忽略。

（4）當(dāng)火源位于房間A、B、D內(nèi)部時(shí)，因?yàn)槠浞块g結(jié)構(gòu)特性，此時(shí)處于逃生關(guān)鍵位置上的房間H內(nèi)溫度并不高，溫度影響較小。

（5）對(duì)于面積小的房間，火災(zāi)條件下頂棚溫度要高于面積大的房間。

綜合圖7、8可知：

（1）相同條件下，頂棚溫度明顯比z=1.6m高度處的溫度高。

（2）因?yàn)闊煔饴幼饔?，?dāng)火源位于C、E、H房間內(nèi)時(shí)，走道內(nèi)頂棚處因熱煙氣聚集，溫度會(huì)上升。但只有當(dāng)火焰位于H房間內(nèi)時(shí)，走道內(nèi)z=1.6m高度處溫度才會(huì)有小幅上升。

（3）與z=1.6m高度相比，頂棚處高溫區(qū)域分布更為集中。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立某實(shí)景密室逃生場(chǎng)所FDS模型，設(shè)置不同的著火位置，模擬不同條件下密室逃生場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)的情景。通過(guò)分析煙氣擴(kuò)散范圍、可見(jiàn)度、CO濃度、溫度分布等，分析不同條件下實(shí)景密室逃生場(chǎng)所的火災(zāi)危險(xiǎn)性大小。通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析，我們可得出如下結(jié)論：

（1）實(shí)景密室場(chǎng)所著火后，煙氣很快會(huì)蔓延至整個(gè)場(chǎng)所并向走道內(nèi)擴(kuò)散。

（2）起火房間內(nèi)的火災(zāi)危險(xiǎn)性最高。當(dāng)火源位于各個(gè)不同房間內(nèi)部時(shí)，著火房間內(nèi)的可見(jiàn)度下降最快，CO濃度最高，溫度最高，相應(yīng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性最大。

（3）當(dāng)起火點(diǎn)位于中間房間時(shí)，周圍連通房間內(nèi)危險(xiǎn)性也會(huì)受到極大影響;在火源位于房間C、E時(shí)，因?yàn)槠溥B接房間多，周圍房間內(nèi)的有害物聚集也非常迅速。

（4）當(dāng)火源位于最外層房間F、G時(shí)，最內(nèi)側(cè)房間受溫度影響小，但CO濃度同樣會(huì)影響疏散。

綜上所述，實(shí)景密室逃生場(chǎng)所具有空間狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可燃物多的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，熱煙氣將迅速擴(kuò)散到相鄰區(qū)域，危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)間快，人員可用疏散時(shí)間較少。因此，要注意加強(qiáng)火災(zāi)監(jiān)控，盡量避免火災(zāi)發(fā)生，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)實(shí)景密室逃生場(chǎng)所的人員消防疏散引導(dǎo)，提高疏散效率，保證人員快速安全撤離。

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