基于大型商業建筑的應急安全疏散研究

李百毅，史楊華，南穎道，李宗潤，宋曉勇，林 鵬

（1.西南交通大學，四川 成都 610000；2.四川省建設工程消防和勘察設計技術中心，四川 成都 610000；3.四川省材科院消防科技有限公司，四川 成都 610000；4.四川消防總隊，四川 成都 610000）

1 研究對象

研究對象位于四川省成都市某大型下沉式商業建筑群，商業建筑群主體建筑功能為五層，以絕對標高478.450分為上下兩個部分，上部為兩層商業營業廳及配套用房，下部為三層為機動車庫及局部商業。

北館L2層為17474.42m2的大型商業建筑首層，對其進行應急安全疏散研究，整體建筑高13.5m（絕對標高478.450）為二層下沉式商業建筑。

2 人員安全疏散時間

人員安全撤離是指發生火災事故時，建筑物內人員在火情進展到危及人員安全的階段以前已達到“安全區域”，即人員在安全撤離時溫度應低于火災已到達危險范圍狀態（如高溫、空氣中一氧化碳、二氧化碳等有害氣體濃度升至威脅人體安全系數、煙霧的可見度、密度）。

工作人員撤離時限按照火災報警時限、工作人員的撤離預動時限以及工作人員從開始撤離到抵達安全場所的行動時限之和計算[1]。

其中：Td——火災報警時間；Tpre——人員疏散預動時間；Tt——人員疏散行動時間。

3 火災報警時間Td

火災報警可以利用人對火勢信息的感覺來完成，也可利用建筑物內火災監測及報警裝置的傳感器來完成。由火災自動探測器或人員發覺火災的時候叫做火災探測時段（簡稱Td）；但由火災自動探測器或人員發覺火災后，一般無法及時發布火災預警，必須在經過現場、CCTV監控儀等方法確定后，由消防自動控制中心發布，這一時期叫做報警時段，但時間一般取決于消防監控進度。

通常來講，目前在建筑中所采用的感煙偵察儀可以檢測到100kW的火災事故，并開啟告警。

采用T方火對火災探測器的告警持續時間做出了統計，而這類火災事故在初期階段的發展規律如下。

其中：T——火災發生的時間；Qf——火災熱釋放速率，kW，假設在報警時間的計算中本值取100kW；α——火災增長系數，kW/s2，本報告火災場景中α設計為0.044kW/s2。

中國的《火災報警控制器》（GB 4717—2005）中明文規定“火災報警控制器內或其控制權發生的檢查、暫停、判定和信息處理等動作，其中接受火災報警信息的延時不應大于10s”。

而在現實的滅火管理工作中，為避免火警誤報，一般使用探測同一區域內二個火災報警器信號之間的“與”邏輯的方法確定火災報警器，即只有在火災警報控制設備上確定到二個火災報警器信號之后才認為有火災發生，才會聯動滅火裝置，如發布起火警告、開啟滅火廣播、開啟消防排煙風機等；而如果只是一個火災報警器信號時，則只能直接在火災報警控制器上報警，并告知工作人員檢查現場，人員核實后才能發出火災報警器。所以，在現實的報警中具有由控制器確定或人為確定火警時間的流程。而根據保守考察，取火災報警持續時間約為60s。

4 人員疏散預動時間Tpre

工作人員的撤離預動作時期，是指由火災監測與報警系統報警到工作人員開展撤離行動的這一時期，也包括了工作人員發現火源并作出反應所需的時間。不同類別的建筑物或者區域內工作人員對火災事故的核實與反應的時限有較大差別，對不同報警系統類別的工作人員確認火災事故時限的統計數據如下。

商店、展覽館、博物館、休閑中心等市民處于清醒狀態，對建筑物、報警系統和疏散措施不熟悉的情況下，W1＜2、W2=3、W3＞6[2]。

其中：W1——實況播出指示，通常使用音頻播出控制系統，如在閉路電視機設備的監控室；W2——非直播（預錄）的音頻系統通過、和/或視覺消息警告廣播；W3——使用警鈴、警笛或任何相關告警設備的告警控制系統。

如在大中型的商貿建筑物，其消防系統一般采取消防行控中心類型，包括消防廣播系統、事故廣播、聲光報警設備等，為了對整個商業建筑物火警情況進行監控還應安裝緊急實況廣播系統。而按照我國的目前消防標準，報警系統類型一般為W1一類型。根據表一中的具體用途和特點，其人員的響應時間均不超過二分鐘。采用的數據為保守估計，取發生火災后人員的撤離預動作時限約為2min，即Tpre=120s。

5 人員疏散行動時間Tt

疏散行動時間，為所有人員抵達最近疏散出口所需要的行動時間。行動時間主要受行走距離和出口寬度所影響，室內的任何點位與出口的間距會決定疏散人員的行走時間，而出口長度則會決定疏散人員是否會到出口旁邊排隊等待。

人員疏散行動時間采用疏散軟件Pathfinder進行模擬，對于模擬行動時間報告還將乘以1.5的安全系數。

6 模擬參數設計

6.1 疏散速度

SFPE hand-book[3]和日本的疏散計算方法[4]提供了人員疏散的步行速度如下。

根據人員特點，可將疏散人員分為以下3種。

（1）對建筑的位置、通行路線胡熟悉的人。

（2）對建筑的位置、通行路線熟悉且身心健康的人。

（3）不能自行行動的人員。

又根據人員的步行速度為以上三類人員分配以水平疏散、樓梯向上疏散、樓梯向下疏散三種速度（以下a、b、c類對應上述人員類別1、2、3）。

a.水平疏散速度1m/s、樓梯向上疏散速度0.45m/s、樓梯向下疏散速度0.6m/s。

b.水平疏散速度1.3m/s、樓梯向上疏散速度0.58m/s、樓梯向下疏散速度0.78m/s。

c.水平疏散速度0.8m/s、樓梯向上疏散速度0.33m/s、樓梯向下疏散速度0.5m/s。

6.2 人員數目

根據《建筑設計防火規范（2018年版）》（GB 50016—2014）[5]要求，L2地下商場疏散人數按以下原則確定。

商業及餐飲等功能按規范對商業人員密度計算確定疏散人數，即L2標高層商業部分按0.43×商業防火分區面積確定疏散人數。

得出疏散人數=17474.42×0.43=7514（人）。

6.3 人員數目

計算中采用Simulex所建議的人員體積，具體如下。

成年男性=0.52m寬×0.32m厚×1.75m高。

成年女性=0.46m寬×0.28m厚×1.65m高。

兒童=0.38m寬×0.24m厚×1.00m高。

老人=0.48m寬×0.30m厚×1.60m高。

由于Simulex軟件是由歐洲國家研發，其建議的人員體積也是參照歐洲國家，亞洲人一般體積較小。因此，計算中采用的數據得出的結果較保守的肩寬：男性0.470m、女性0.435m；身體厚度：男性0.235m、女性0.270m。

7 計算假設條件

Pathfinder軟件在進行人員疏散模型計算時需要給出合理的初始條件，初始條件將影響到軟件模擬結果，L2模擬人員計算假設條件如下。

（1）在模擬計算時，同一類人員設置相同的參數條件，他們都具備相應的身體和行動條件疏散至安全場所。

（2）疏散人員按各樓層不同功能區域按相應的人員密度均勻分布。

（3）疏散人員在疏散開始的時刻一起開始疏散，疏散人員在疏散過程中會根據疏散出口距離、出口寬度、出口擁擠程度等條件綜合評定并選擇其疏散路徑。

（4）人員在疏散過程中，人流量與門頁長度成正比，即疏散時出口長度越大則出口的人流量系數也越大，該出口在單位時間內的疏散通行能力越強。

（5）疏散人員從各個安全出口疏散，人員的平面移動速度根據不同類型人員在平面上的移動速度進行確定。

8 模擬場景設定

北館L2層，設置S1～S5，5個下沉廣場作作為室外疏散安全區域，出現火災時人員可通過就近的疏散安全區域直接疏散到地面公園層，具體分區如圖1所示。

圖1 目標場景室與外疏散安全區關系

為了研究不同安全疏散口對應的疏散方式對安全疏散時間的影響，擬設置三種場景進行數值模擬，具體場景如下。

場景A：北館發生火災，L2層人員全員疏散至室外（絕對標高478.450）消防車道，室外大樓梯疏散至城市綠道、室外樓梯至L1層室外露天空間（館外疏散）。

場景B：北館發生火災，伴隨著某種特殊工況發生，如整館出口卷簾無法制動或異常制動致使館內人員只能從樓梯疏散至L1層（館內疏散）。

場景C：正常情況下，北館發生火災，疏散至安全區域（同時疏散）。圖2為各疏散場景疏散完畢所需時間。

圖2 各疏散場景疏散完畢所需時間（單位：s）

9 模擬結果

根據上述報警時間、人員疏散預動作時間和模擬計算得到疏散行動時間，L2層對應的各個疏散場景的疏散總時間（RSET）統計見表1，火災疏散剩余人數與疏散時間關系如圖3所示。

表1 疏散時間 單位：s

圖3 火災疏散剩余人數與疏散時間關系

10 結語

對比數值模擬得出的三組疏散時間T_RSET可知，人員疏散行動時間主要受疏散口寬度的重要因素，疏散口寬度越大，疏散時間越短。

針對特殊工況的場景A與場景B，建筑使用方應注意，業主方每年都必須委托生產專門消防裝備的維護維保企業，對產品進行定期維護，使防煙樓梯卷簾、室內疏散導向標志等作導向性功能的機制都能正常工作，并嚴格執行消防巡邏管理制度，確定巡邏的內容、地點和巡邏間隔時間，如果出現違規作業，巡邏管理人員須及時報告，如出現初起大火應立即報警并進行撲救，保證人員的使用、業主財產安全。