大型水樂園人員特性疏散模擬淺析

張典帥, 趙玉婷

(1. 珠海合聯(lián)房產(chǎn)有限公司, 廣東珠海 519015; 2.珠海格力房產(chǎn)有限公司, 廣東珠海 519000)

0 引言

近年來,隨著我們國家經(jīng)濟(jì)水平和人民生活水平的提高,健康向上的康體休閑娛樂方式已逐漸成為人們生活中的重要消費(fèi)方式。不同檔次、不同形式的室內(nèi)游樂場所在各地悄然興起。水上樂園是國內(nèi)比較主流的一種主題公園的,在夏季深受人們喜愛。

國內(nèi)學(xué)者針對水樂園或類似大型公共建筑開展了人員疏散研究。劉慶恩[1]針對某大型室內(nèi)水樂園超防火分區(qū)面積、超疏散距離的消防設(shè)計(jì)難題,運(yùn)用FDS和Pathfinder進(jìn)行消防性能化設(shè)計(jì),基于模擬研究結(jié)果和相應(yīng)消防加強(qiáng)措施,保障了現(xiàn)有建筑的功能完整性和消防安全性。謝元一等[2]研究明確了亞安全區(qū)能夠給人員疏散提供暫時(shí)的國度空間,并指出亞安全區(qū)是解決現(xiàn)代化商場消防疏散問題的一種有效手段。黃曉露等[3]采用STEPS數(shù)值模擬方法,對建筑面積為9 800 m2換乘地鐵站公共站廳進(jìn)行人員疏散模擬,研究考慮了火災(zāi)報(bào)警時(shí)間(Tt)、疏散預(yù)動(dòng)作時(shí)間(Tpre)對人員疏散時(shí)間的影響。

為了更好地了解水樂園人員疏散的影響,通過比對現(xiàn)行設(shè)計(jì)情況并結(jié)合數(shù)值模擬軟件客觀分析水樂園人員疏散特性。

1 工程概況

以國內(nèi)某室內(nèi)大型水樂園為例,開展相關(guān)人員疏散研究工作。水樂園長150 m,寬108 m,高度30 m,建筑分類屬于大型的單層公共建筑,耐火等級為一級,其中首層建筑面積為16 773 m2,主要由海嘯池區(qū)、兒童戲水區(qū)、成人滑梯區(qū)組成。該建筑已于2021年取得建設(shè)工程消防驗(yàn)收意見書。

2 水樂園疏散設(shè)計(jì)情況

2.1 亞安全區(qū)

參照謝元一的研究,現(xiàn)水樂園內(nèi)設(shè)置1個(gè)亞安全區(qū),將室內(nèi)劃分為4個(gè)區(qū)域,詳見圖1。防火區(qū)域1總面積7 653 m2,其中陸域面積4 003 m2,水域面積3 650 m2;防火區(qū)域2總面積3 244 m2,陸域面積1 501 m2,水域面積1 743 m2;防火區(qū)域3總面積3 045 m2,其中陸域面積2 765 m2,水域面積280 m2;亞安全區(qū)總面積為2 103 m2。

圖1 水樂園亞安全區(qū)劃分方式

2.2 疏散距離和方式

水樂園安全疏散出口均勻分布在建筑四周,由于建筑占地面積較大,中間區(qū)域最遠(yuǎn)點(diǎn)至最近安全疏散門的距離超過GB 50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第 5.5.17 條第 4 款37.5 m的要求[4]。對于此類大空間場所,部分國際相關(guān)規(guī)范對疏散距離有以下的規(guī)定和建議[5-8]:

美國NFPA101《生命安全規(guī)范》中明確在設(shè)置有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的建筑中安全疏散距離最高可以達(dá)到60 m;美國NFPA 130 《固定式軌道交通和客運(yùn)鐵路系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定站臺(tái)的疏散距離可以達(dá)到91.4 m;美國NFPA 5000《建筑結(jié)構(gòu)和安全規(guī)范》中指出對于車站等人員匯集場所疏散行走距離可以達(dá)到76 m。英國DD 9999《英國標(biāo)準(zhǔn)》中提出,由于高大空間相對較低空間具有更大的儲(chǔ)煙能力,煙氣下降時(shí)間長,火場環(huán)境不會(huì)迅速惡化,可提供人員更多疏散時(shí)間,所以大空間可相應(yīng)地延長疏散距離或減小樓梯寬度。

參照國內(nèi)外疏散距離的相關(guān)要求,本研究水樂園疏散距離控制在60 m以內(nèi)。疏散方式為非亞安全區(qū)域疏散至亞安全區(qū),再疏散至室外。

3 數(shù)值模擬

筆者著重對水樂園人員疏散安全性進(jìn)行分析,通過采用計(jì)算機(jī)仿真模擬的方法對水樂園人員疏散行為進(jìn)行研究,為后期疏散演練、消防管理提供參考。

3.1 人員類型

根據(jù)水樂園人流監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),日?？土?2%為游客,8%為工作人員。其中游客包括成年男性,成年女性,兒童,老人;工作人員包括成年男性,成年女性。對于人員具體的組成比例設(shè)定見表1。

表1 人員類型比例分布情況

3.2 疏散速度

在人員平面行走速度方面,參考了SFPE Handbook[9]及Simulex的建議,結(jié)合四川消防研究所在國家“973”課題研究過程中進(jìn)行的人員疏散演習(xí)實(shí)驗(yàn),計(jì)算人員的疏散速度:平面上人員自由移動(dòng)速度:成年男性取1.1 m/s,成年女性取1.0 m/s,兒童取0.8 m/s,老人取0.6 m/s;

平面上人員出口流量:取值范圍1.3～2.2人/(m·s),本項(xiàng)目中疏散寬度足夠但看臺(tái)上人員較集中,計(jì)算中保守選取出口流量為1.3人/(m·s)。

對于水域面積水池中的人員疏散速度,國內(nèi)外目前對此缺乏研究數(shù)據(jù)。假設(shè)人員在齊膝水中行走的速度為0.7 m/s,在齊腰水中行走的速度為0.3 m/s,而人游泳的最快速度為1.7 m/s。報(bào)告保守考慮一部分戲水人員不會(huì)游泳,而普通人游泳速度也較慢,綜合泳池中人員疏散速度按0.3 m/s考慮。

在對水池至岸邊等坡度較大的部位疏散人員移動(dòng)速度進(jìn)行確定時(shí),需要首先確定相關(guān)區(qū)域的人員密度,根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)疏散人數(shù),當(dāng)人員均勻分布在看水池內(nèi)時(shí),池內(nèi)人員密度約0.25人/m2。但考慮到火災(zāi)發(fā)生時(shí)水池內(nèi)人員將迅速向疏散通道集中,此時(shí)通道內(nèi)的人員密度至少達(dá)到3人/m2以上,在水池至岸邊等有坡度的地面上此時(shí)人員行進(jìn)速度約為0.5 m/s。疏散計(jì)算中,設(shè)置人員在上岸坡道或臺(tái)階上的行進(jìn)速度為0.5 m/s。

3.3 疏散人數(shù)確定

國內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中針對水樂園疏散人數(shù)無明確規(guī)定的情況下,參照日常水樂園運(yùn)營高峰期人數(shù)及相關(guān)國內(nèi)外人員密度規(guī)范,疏散模擬人數(shù)的計(jì)算方法有3種。

3.3.1 參照國內(nèi)類似場所人員密度

水樂園水域參照J(rèn)GJ31-2003《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]第7.4.4條對游泳池訓(xùn)練設(shè)施的規(guī)定取4 m2/人,地面區(qū)域參照GB 50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.5.21-4規(guī)定:其他歌舞娛樂放映游藝場所的疏散人數(shù),應(yīng)根據(jù)廳、室的建筑面積按照不小于0.5人/m2計(jì)算。

3.3.2 美國NFPA101

美國NFPA101《建(構(gòu))筑物火災(zāi)中的生命安全規(guī)范》中對于使用荷載的規(guī)定:游泳池人均面積4.6 m2;防滑臺(tái)面人均面積2.8 m2。按照以上原則計(jì)算疏散人數(shù)為1 105人(表2)。

表2 國內(nèi)人員密度與美國人員密度對比

3.3.3 運(yùn)營數(shù)據(jù)

為滿足合理舒適的體驗(yàn)感受,結(jié)合設(shè)備容納能力、節(jié)假日高峰客流、單次游玩時(shí)長和往返時(shí)間但因素,現(xiàn)階段水樂園最大容納人數(shù)為5 200人。

綜上,根據(jù)3種疏散人數(shù)的計(jì)算方法,取最大值作為水樂園的疏散人數(shù),即6 777人。該區(qū)域的整體疏散寬度須滿足規(guī)范要求。

3.4 疏散場景

研究共設(shè)置2個(gè)疏散場景。疏散場景1(S1):水樂園防火分區(qū)整體疏散,所有出口均可使用。需考慮人在水域的疏散速度。疏散場景2(S2):水樂園防火分區(qū)整體疏散,假設(shè)靠近防火區(qū)域3的一個(gè)直通室外出口因火災(zāi)被封堵失效,其他出口均可使用。

為了考慮疏散過程中的不確定性,參照黃曉露的疏散時(shí)間假設(shè),在充分考慮疏散報(bào)警和預(yù)動(dòng)作時(shí)間的基礎(chǔ)上,還將對行動(dòng)時(shí)間考慮1.5的安全系數(shù)。

3.5 模擬假設(shè)條件

本研究利用STEPS進(jìn)行水樂園人員疏散模擬過程中,相關(guān)模型邊界條件設(shè)置:

(1)疏散人員具有相同的特征,并且都具有足夠的身體條件疏散到安全地點(diǎn);

(2)疏散人員按相同密度均勻分布;

(3)疏散人員在疏散開始的時(shí)刻能一起開始疏散,且人員在疏散過程中不會(huì)中途退回選擇其他疏散路徑;

(4)人員從各個(gè)疏散門扇疏散且所有人的疏散速度一致且保持不變。

3.6 仿真模擬模型

利用人員疏散軟件STEPS對水樂園內(nèi)人員疏散進(jìn)行模擬計(jì)算,預(yù)測人員疏散需要的時(shí)間及各出口疏散情況,其中人員的布局將根據(jù)建筑平面圖進(jìn)行分布。以疏散場景1為例,疏散模擬模型及實(shí)時(shí)人員疏散情況詳見圖2。

3.7 小結(jié)

根據(jù)上述相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真疏散模擬計(jì)算,各疏散場景的疏散總時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 水樂園疏散場景疏散時(shí)間匯總 單位:s

水樂園在疏散出口均有效的情況下,405 s即可完成人員疏散;若單一出口失效,則疏散時(shí)間增加了74 s。結(jié)合模擬結(jié)果,在后期的運(yùn)營和管理過程要保障疏散路徑的暢通和疏散出口的有效,并加強(qiáng)工作人員在緊急時(shí)刻進(jìn)行人員疏散引導(dǎo),保障水樂園內(nèi)人員能夠在最短時(shí)間內(nèi)疏散至安全區(qū)域。

4 結(jié)論與建議

筆者以國內(nèi)某大型水樂園為研究對象,針對現(xiàn)行疏散設(shè)計(jì)方式展開了人員特性研究。研究結(jié)合國內(nèi)外規(guī)范,并參照計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果,得出結(jié)論:

(1)現(xiàn)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)未明確水樂園的人員密度,通過對比水樂園運(yùn)營最大容納人數(shù)、國內(nèi)規(guī)范人數(shù)計(jì)算方法和美國NFPA101人數(shù)計(jì)算方法,按照3種計(jì)算放方法的最大值(即6 777人)作為研究的人員疏散總數(shù)。

(2)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算過程中,水樂園水池區(qū)域人員疏散速度為0.3 m/s;人員在上岸坡道或臺(tái)階上的行進(jìn)速度為0.5 m/s。

(3)通過計(jì)算機(jī)模擬,疏散場景1整體人員疏散時(shí)間405 s,疏散場景2單一疏散出口失效疏散時(shí)間為479 s。

考慮到水樂園的特殊性,建議水樂園內(nèi)的設(shè)備設(shè)施以及景觀等布置不應(yīng)影響人員疏散,疏散出口附近不應(yīng)布置娛樂設(shè)備和景觀植物、假山等;水上游樂設(shè)備應(yīng)具備火災(zāi)等突發(fā)情況下斷電時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能,確保設(shè)備上人員能在火災(zāi)時(shí)及時(shí)離開設(shè)備逃生;為確保大空間內(nèi)火災(zāi)時(shí)疏散路徑清晰,視線良好,建議增設(shè)適合大空間的大型吊裝燈具;疏散出口指示應(yīng)采用大尺寸標(biāo)志(長邊大于500 mm),設(shè)置位置應(yīng)綜合游樂設(shè)施布置的需求,不應(yīng)被遮擋和隨意移動(dòng)。