避難走道內外安全出口距離研究

薛新虎，寧冬波

（山西省永濟市公安消防大隊，山西 運城 044500）

避難走道內外安全出口距離研究

薛新虎，寧冬波

（山西省永濟市公安消防大隊，山西 運城 044500）

本課題研究的主要目的和意義是為避難走道設計提供參考依據，根據內外安全出口位置情況建立數學模型，得出內外安全出口距離L的理論范圍值，并分析出影響內外安全出口距離L的主要因素。筆者通過利用Pathfinder軟件對理論得出的距離公式進行模擬驗證，利用這兩種方法綜合考慮內外安全出口之間的距離設計問題，為實際工程中如何設計避難走道的內外安全出口提供參考依據。

避難走道；數學模型；內外安全出口；距離；Pathfinder

隨著社會經濟的發展，現代化建筑藝術特點不斷突出，結構越來越復雜，建筑結構的復雜化導致人員疏散過程中，不能使得人員到達安全出口的距離滿足規范要求，這樣給消防安全驗收和審核以及日常檢查工作帶來了很大的難處，所以避難走道作為一個安全區域進入了人們的視野。在許多建筑中,避難走道成了最好的選擇來緩解疏散距離不足的困難，使建筑內人員在緊急情況下能夠安全疏散；在實際生活中，地下商業建筑、大型體育場館、大型電影院、工業廠房等現在多采用設計避難走道的方法提高人員疏散的安全性和可靠性；那么，不同的建筑結構和建筑功能性差異很大，具體在設計避難走道時，需要分析人員利用避難走道進行疏散的基本場景，例如人員從所在的防火分區內的某個角落首先到達內部安全出口，然后分析是否在安全出口處發生擁堵現象，確定擁堵發生的時間。其次人員通過內部安全出口進入避難走道的過程、人員在避難走道內的擁堵情況、人員在避難走道內的疏散時間都要利用數學公式進行分析確定。最后就是人員到避難走道直通室外的安全出口處，通過對外安全出口到達室外。

根據以上利用避難走道作為安全疏散設施進行疏散的簡單介紹，筆者認為避難走道內外安全出口的距離是影響安全疏散的一個主要因素，如何設計這個距離是本文研究的主要內容，并且希望研究結論可以給實際工程案例提供參考依據。

一、內外安全出口距離設計理論分析

從理論方面討論內外安全出口距離對安全疏散的影響,如圖1所示，是本文在理論分析之前，建立一個直觀避難走道安全疏散示意圖。

圖1 內外安全出口位置圖

圖中包括連接避難走道和防火分區的內部安全出口寬度d,避難走道直通室外安全出口b,防火分區內所容納的人員數目N，N主要由建筑內人員密度決定N=面積（A）×密度（ρ）,寬度為a的避難走道，內外安全出口距離為L米,內外安全出口之間的走道面積記為R區域。分析人員在疏散過程中主要經歷以下幾個環節：首先從人員疏散過程開始發生，人員在防火分區的某個位置疏散至內部安全出口處，然后人員通過內部安全出口進入避難走道進行疏散，從進入避難走道開始到人員到達直通室外的安全出口處，最后通過安全出口到達室外安全區域。

為了分析內外安全出口距離應當滿足的條件，首先將以上安全疏散過程中的時間段加以定義。一是從人員經過內部安全出口進入避難走道內部開始計算，到第一個疏散人員通過直通室外安全出口的時間記為T1；二是當對外安全出口門流量小于內部安全出口門流量時,避難走道內部人員的密度會隨著時間的增加而增加,將避難走道內人員密度達到最大值的時間記為T2；三是連接避難走道的防火分區內人員全部疏散至避難走道的時間記為T3。以上三個時間在疏散場景不同的條件下，時間會有重合部分，數值上三個時間的大小關系也會變化。例如當人員數目N較小時,將會出現T3小于等于T1的情況,表示建筑內所有人員已經全部進入避難走道,反而沒有人到達對外安全出口處,這種情況安全性很高，此時避難走道內人員密度達不到最大值。

為了研究內外安全出口的距離問題，主要討論防火分區內人數N值較大的情況。該情況下T3大于T1,存在一個時刻使得疏散走道內人的密度最大即T2時刻。

根據T2和T3的定義來看，如果對外安全出口通行能力大于或者等于內部安全出口的通行能力時，那么T2=T1，即就是當第一個人到達對外安全出口處時，避難走道內的人群密度是最大的。當對外安全出口通行能力小于內部安全出口通行能力時，又分三種不同的情況：第一種，當避難走道內人群密度未達到飽和狀態，防火分區內人員全部疏散完畢；第二種，當避難走道內人群密度達到飽和狀態時，防火分區內人員恰好疏散完畢；第三種，當避難走道內人群密度達到飽和狀態時，防火分區內人員未疏散完畢。

從危險程度看，當對外安全出口通行能力小于內部安全出口通行能力時的第三種最不利于人員疏散，該條件下T1、T2、T3之間的大小關系為T1

公式中P1為內部安全出口處的單位人流密度,P2為對外安全出口處的單位人流密度。假設避難走道的容納能力滿足不了防火分區內人數疏散壓力，避難走道和內部安全出口處都存在大量擁堵的公式條件為：

那么要避免上述最不利的安全疏散情況，必須使T3≤T2，使（1.2）中的擁擠條件不存在。利用以上等式關系（1.1）和（1.2）以及不等式T3≤T2,建立數學不等式：

T1根據定義可以代入L/V；代入公式（1.3）得；

公式（1.4）中S表示避難走道內外安全出口之間的區域面積，在疏散過程中，為了達到安全疏散的要求，必須滿足能夠容納進入避難走道的人員總數。

由公式（1.5）可得，距離L的理論合理值范圍由以下幾個主要因素決定：疏散人數N、避難走道寬度a、內外安全出口門流量P1和P2、內外安全疏散門寬度d和b、人員行走速度v、避難走道人員最大密度ρ0。

表1 進入避難走道時間和疏散總時間和距離數據

二、模擬仿真研究

本節采用計算機模擬方法對距離公式（1.5）進行檢驗，按照理論圖1所示建立疏散模型，設定一定規模的疏散場景。具體參數如：疏散人數609人，內安全出口寬度4m，對外安全出口寬度1.6m,避難走道寬度5m,人員行走速度1.2m/s。

圖2 疏散時間隨距離的變化關系

利用Pathfinder疏散軟件計算內外安全出口距離L不斷增加時，安全疏散時間和進入避難走道時間，模擬計算結果如表1所示。

通過對模擬結果進行擬合，得出圖2疏散時間隨距離的變化關系。

由圖2可以直觀看出，隨著距離L的增大，人員全部疏散至避難走道的時間T2不斷減小。當距離L在20～30m范圍內時，進入避難走道的時間基本保持不變；隨著L的增大，人員全部疏散至安全區域的疏散總時間T3呈現不斷增大趨勢。

當內部安全出口與對外安全出口距離較近時,疏散人員離開防火分區進入避難走道的時間T2較大,這是由于避難走道中R區域容納人數較少，即容納能力不足，出現擁堵現象嚴重。隨著內外安全出口距離L的增加,避難走道R區域的面積S不斷增大，給人員疏散開辟了很大的空間,T2減小幅度明顯。T2和避難走道寬度的變化關系為：

通過總安全疏散時間和內外L的關系圖來看，距離L過長也會導致不利于安全疏散。因為隨著距離不斷增大，人員在避難走道內部停留時間越來越長，總安全疏散時間T3不斷增大，且隨著L的增大而增大，其函數關系為y=0.7694x+115.22，在實際疏散情況下會導致人員在緊急情況下產生一種消極情緒；所以考慮到實際情況存在一個合理的安全距離L值,應當同時考慮T2和T3隨著L增大的變化趨勢，當L大于21.5m，人員進入避難走道時間減小不再那么明顯，因此我們考慮在設置距離L時，該情況不宜超過21.5m，設置距離為21.5m是合理值。

根據理論不等式（1.5），代入相應參數值，可求得上述參數條件下L＞=21.18m；計算機模擬結果和理論計算值差別不大，所以該研究結論在一定情況下是可靠的。

綜上所述，根據理論推導的內外安全出口距離公式和模擬仿真方法得出的結果可以應用于實際的工程案例中去，在實際設計避難走道內外安全出口距離時提供一定的數據和理論支撐，并且同規范規定相結合共同指導避難走道內外安全出口距離的設定。

三、結論

（1）根據本課題研究內容得出，內外安全出口距離L由以下幾部分因素決定：疏散人數N、避難走道寬度a、內外安全出口疏散能力P、內外安全疏散門寬度d和b、人員行走速度v、避難走道內人員最大人群密度ρ0。

（2）內外安全出口距離L的理論公式為：

（3）通過理論計算和模擬仿真結果進行對比，驗證了理論上內外安全出口距離L計算公式的可靠性。

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TU

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1673-0046（2016）9-0177-03