基于Pathfinder 高校宿舍人員疏散模擬研究

湛蓮香，陳 咪

（1.鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河南省建筑工程質(zhì)量檢驗測試中心站有限公司，河南 鄭州 450053）

0 引言

高校多屬于人員密集場所，發(fā)生火災(zāi)因素復(fù)雜，是消防安全重點管理單位。我國高校規(guī)模逐年擴大，火災(zāi)事故頻發(fā)，極大地威脅了廣大師生的人身和財產(chǎn)安全[1]。尤其是老舊院校宿舍，消防設(shè)施不健全，維保不到位，造成人員安全疏散難度較大。安全疏散是指人員在火災(zāi)發(fā)生時通過疏散門、疏散走道等快速撤離到安全區(qū)域[2]。目前，人員安全疏散技術(shù)的研究，主要包括人員疏散行為研究，計算機仿真技術(shù)研究，安全疏散應(yīng)用研究[3]。本文通過Pathfinder 仿真軟件對河南某學(xué)院老舊宿舍樓進(jìn)行疏散模擬，定量對比優(yōu)化后人員疏散的有效時間，提出規(guī)劃逃生路徑，二樓設(shè)置室外樓梯等措施可以有效縮短疏散時間，滿足安全疏散要求。

1 Pathfinder 仿真工程軟件簡介

Pathfinder 仿真工程軟件是美國Thunderhead Engineering 公司研發(fā)的智能人員緊急疏散逃生評估系統(tǒng)[4]，可以直接在Pathfinder 3D 圖形界面中，建立人員疏散模擬場景，也可以通過導(dǎo)入建筑CAD 圖紙建立人員疏散模擬場景。

2 宿舍建筑仿真模型建立

2.1 建筑物工程概況

本文選取河南某學(xué)院7號樓學(xué)生宿舍為研究對象。該7號樓宿舍共6層，建筑高度18.3 m，每層層高3 m。總建筑面積約為4 498.12 m2。一層23個宿舍，2～6層均為24個宿舍，共有143個宿舍，每個宿舍6人，1層的宿管中心為2人。宿舍南側(cè)和東側(cè)各有一個敞開疏散樓梯間，樓梯凈寬度1.45 m。房間疏散門凈寬度為1 m，疏散走道通行無障礙物。

2.2 安全疏散模擬參數(shù)的設(shè)定

7號樓宿舍疏散模擬的假設(shè)參數(shù)如下：

（1）7號樓每間住6人，1樓宿管中心住2人，按照最大居住人數(shù)854人設(shè)定。

（2）假定發(fā)生火災(zāi)時，學(xué)生都是遠(yuǎn)離著火點，選擇最近的路徑疏散出去。

（3）模擬選擇隨機模式，設(shè)定的學(xué)生平均疏散速度為1.1 m/s。

（4）學(xué)生疏散選用Steering 模式[5]。

2.3 學(xué)生宿舍疏散時間和安全疏散評價標(biāo)準(zhǔn)

學(xué)生宿舍疏散所需疏散時間（Trset）計算公式如下：

式中，Trset為學(xué)生疏散總時間，單位s；TA為火災(zāi)報警時間，經(jīng)過研究得知，TA取值30 s；TR為學(xué)生聽到火災(zāi)警報器響到開始疏散的反應(yīng)時間，該宿舍樓設(shè)有廣播系統(tǒng)，TR取值20 s；TB為學(xué)生聽到火災(zāi)報警響起開始疏散的時間。判定學(xué)生能否安全疏散的重要標(biāo)志是，發(fā)生火災(zāi)時，可用于安全疏散允許時間＞Trset時，學(xué)生可以安全疏散。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014 2018版）相關(guān)規(guī)定，學(xué)生宿舍疏散允許時間為5～7 min。

2.4 建立Pathfinder 疏散模型

將7 號樓宿舍CAD 圖紙導(dǎo)入到Pathfinder 界面中，根據(jù)現(xiàn) 場實際情況以及圖紙參數(shù)，按照最大人數(shù)854人，建立仿真模型，完善疏散走道、疏散樓梯、安全出口等。7號樓宿舍人員疏散仿真模型如圖1所示。

圖1 7號樓宿舍人員疏散仿真模型

火源位置影響安全疏散時間。宿舍樓層著火點位置不同，學(xué)生安全疏散時間不同。因此針對不同樓層，進(jìn)行火源場景仿真模擬，設(shè)置以下6種疏散場景：

場景一：模擬正常情況下，學(xué)生從南側(cè)東側(cè)兩個安全出口疏散過程。

場景二：模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處，東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。

場景三：模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處，東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。

場景四：模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處，東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。

場景五：模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處，東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。

場景六：模擬著火點在一層南側(cè)樓梯口處，東側(cè)樓梯及安全出口正常通行。

通過Pathfinder 仿真模擬后，六種場景下學(xué)生的安全疏散時間進(jìn)行分析匯總，如表1所示。

表1 各場景學(xué)生疏散時間及安全性判定

由表1可知，在場景一模式下，宿舍樓兩個樓梯及安全出口均能正常使用，學(xué)生疏散時間為381.3 s。場景二學(xué)生疏散時間最大，為681.8 s，較場景一增長了1.79倍，嚴(yán)重超出了規(guī)范要求的5～7 min。場景六模式下，學(xué)生疏散時間為408 s，基本滿足安全疏散要求。場景二至場景五，則不能滿足安全疏散要求。尤其是場景二，一樓南側(cè)樓梯口發(fā)生火災(zāi)，二樓及以上的學(xué)生全部通過東側(cè)安全出口疏散，容易造成樓梯口阻塞，疏散速度大幅降低，所需疏散時間最長。著火點隨樓層上移后，受影響的學(xué)生人數(shù)逐漸下降，疏散時間也呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。可以看出，在場景二模式下，一樓南側(cè)樓梯口發(fā)生火災(zāi)，學(xué)生宿舍的疏散難度最大。因此選擇場景二進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3 場景優(yōu)化疏散仿真模擬

3.1 場景優(yōu)化設(shè)計

針對上述分析場景二情況下學(xué)生疏散難度大的問題，通 過設(shè)定疏散 路徑 規(guī)劃兩種場 景，進(jìn)行Pathfinder仿真模擬。

場景七：在場景二的情況下，一、二層的學(xué)生全部從宿舍樓東側(cè)的安全出口進(jìn)行疏散，三、四層的學(xué)生先從南側(cè)樓梯疏散到二層后，再通過走道由東側(cè)樓梯疏散到安全區(qū)域。

場景八：在場景七疏散路徑規(guī)劃后，二層南側(cè)增設(shè)凈寬度為1.45 m 的室外疏散樓梯。一層的學(xué)生通過東側(cè)的安全出口疏散出去，二層及以上的學(xué)生全部由東側(cè)樓梯和南側(cè)室外樓梯疏散出去。

3.2 疏散時間優(yōu)化分析

上述二種優(yōu)化場景進(jìn)行Pathfinder 疏散仿真模擬，疏散時間結(jié)果如表2所示。場景七經(jīng)過規(guī)劃疏散路徑后，學(xué)生疏散時間為544.3 s，相比場景二的疏散時間（681.8 s）減少了137.5 s，說明采取規(guī)劃學(xué)生疏散路徑后，可以有效減少疏散時間，但是疏散時間仍然超出規(guī)范要求。在二層南側(cè)設(shè)置室外疏散樓梯時，疏散時間減少為355.8 s，比場景七大幅減少了188.5 s，符合規(guī)范規(guī)范要求的5～7 min。說明在二層設(shè)置室外樓梯時，可以有效縮短疏散時間，保證學(xué)生安全疏散。

表2 優(yōu)化場景下學(xué)生疏散時間及安全性判定

4 結(jié)束語

本文通過Pathfinder 仿真軟件構(gòu)建7號樓宿舍疏散模型，通過研究不同樓層著火點對學(xué)生疏散的影響并分析其規(guī)律，得了如下結(jié)論：一是Pathfinder 仿真結(jié)果表明，隨著著火位置由高樓層向低樓層轉(zhuǎn)移，學(xué)生的疏散時間由381.3 s 增加為681.8 s，呈明顯增加趨勢。二是通過場景優(yōu)化設(shè)計，采取路徑規(guī)劃能減少疏散時間。在二樓南側(cè)設(shè)置室外疏散樓梯，能有效減少學(xué)生疏散時間，滿足安全疏散的要求。