基于數值模擬的某密室逃生場所火災風險分析

楊倚天 關雪 葉文韜 肖愛玉 于佳鷺 朱凱

摘要：線下真人密室逃脫逐漸風靡全球各地，各城市的實景密室規模日益壯大，其消防安全問題也日益突出。本文通過對多家實景密室的調查，模擬起火點，分析煙氣擴散范圍以及不同條件下實景密室場所火災危險性大小，最大限度避免火災事故發生。

關鍵詞：密室逃脫；數值模擬；煙氣；火災風險

一、緒論

實景密室逃脫作為一種新型娛樂活動，得到越來越多年輕人的喜愛。據不完全統計，截止到2020年3月，我國已有2000余家實景密室，門店超10000家，且2019年消費人次達280萬次，密室逃生場所的產業規模見圖1^[1]。同時，因為實景密室空間狹小、結構復雜、可燃物多且后續裝修改造大，導致其火災風險高，不利于人員疏散，一旦發生火災，易造成人員傷亡事故。例如，2019年1月，波蘭一密室逃脫營業場所發生火災，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部發生火災，造成1人死亡^[3]。

目前針對實景密室逃脫類場所，尚無專門的規范與標準。雖然應急管理部消防救援局發布了《密室逃脫類場所火災風險指南（試行）》與《密室逃脫類場所火災風險檢查指引（試行）》，分別從火災風險與消防安全管理方面對該類場所的火災風險檢查重點內容進行了說明，一定程度上規范了此類場所的消防安全問題^[4]。但此類場所的標準化與正規化，尚缺少相應規范標準，導致行業內存在一定亂象。

正因實景逃脫類場所火災風險大、監督監管難度大、行業不規范，需要深入研究此類場所的火災風險問題。目前國內學者也對該類場所的消防安全與火災風險問題進行了相關研究。

盛晨^[5]實地深入調研黃浦區的多家密室場所，針對性研究分析有效的防火、滅火、疏散對策。李尚明^[6]通過結合現行規范，分析了密室逃脫類場所火災特點及其現狀，從建筑布局、防火分隔、裝飾裝修、消防設施等方面介紹了此類場所的消防設計要點。陽晶^[7]針對密室逃脫類場所的消防現狀，結合相關消防行業規范標準，提出該類場所的消防安全技術標準，為企業管理提供參考。張峰^[8]分析了密室逃脫類場所的消防安全現狀，指出應該進一步規范消防安全管理。劉升赟^[9]等人結合工作情況，從制定消防安全管理標準、明確監管主體、創新監管模式等方面提出了密室逃脫類場所提升消防安全管理水平的建議。黎放橋^[10]等人從消防監督管理方面入手，分析了密室逃脫類場所在消防監督管理方面存下的問題，總結了此類場所消防監督檢查的主要原理及技術要點。高杰^[11]分析了新型娛樂場所（密室逃脫場所、劇本殺場所等）消防安全管理的定性問題與技術問題，并提出相應對策。

上述學者的研究多集中在消防安全管理、消防安全檢查等方面，多是結合現有規范分析密室逃脫場所消防安全方面存在的問題，給出對策與建議。本文結合某實景密室逃脫場所，使用FDS建立模型，模擬不同著火條件下場所內火災發展情況，定量分析場所的火災危險性大小，可以為該類場所火災風險評估、消防系統設計與改造提供參考。

二、數值模擬的模型構建

結合某實景密室逃脫場所的具體結構，對模擬的模型與參數進行設計與建立。

（一）幾何模型的建立

某實景密室的總面積400m²左右，設計容納40人，該區域共7個房間，共70m²左右。前5個房間布景類似，房間層層嵌套呈環形布置，在第一個房間與第六個房間處設置兩個疏散出口。場所設有干粉滅火器、煙霧報警、自動噴淋、排煙風機等消防設施，接待區與主題疏散出口處設有疏散出口指示標識。

該實景密室位于一寫字樓內部，單獨密室的內部結構建造見圖2（a）、2（b），整個房間在大樓內部的位置建模見圖2（c）。

（二）起火原因分析與確定

在設置火源時，應結合實際模擬的場景，進行綜合考慮，設置火源位置。在本次模擬中，結合實地調研結果以及火災危險性大小的考量，綜合確定起火地點與原因。設定的起火原因總結如表1，調研結果如圖3。

（三）參數設置與工況設計

考慮到計算需要及實際條件，在密室逃生所的房間及走廊、樓梯間劃分網格，其余區域不設網格。網格大小經過計算，在密室逃脫房間內，設置大小為0.1×0.1×0.1的網格，在走廊與樓梯間設置大小為0.2×0.2×0.2的網格。

初始溫度均設置為室溫20℃，各網格交接面保持連接，保證煙氣暢通。考慮到火災條件下所有密室門打開，故設置所有的門處于開放狀態。在z=0.8m，z=1.6m處設置切片，監測溫度、CO濃度、可見度等數據進行分析。火源設置選擇為burner，火源功率參考沙發等軟包材料的熱釋放速率進行設置。模擬時間為300s。因真人實景密室裝修頻繁，考慮最不利條件，即所有消防設備失效，水噴淋不動作，機械排煙失效，進行火災模擬。

考慮到密室逃脫場所的復雜性，選擇改變火源位置，分別在各個房間設置火源，設置工況，如表2。

（四）網格敏感性檢驗

為確保模擬結果的準確性與合理性，應進行網格尺寸靈敏度分析，確保模擬結果合理。依據FDS用戶指南，計算出火災特征直徑D*。

網格分辨率 R=D*/dx 的推薦值在 4～16 之間，可達到計算精度要求，同時計算時間較為合理。計算出來網格取值范圍最小值為0.12m≤δ_x≤0.48m。因此，網格大小選擇在房間內0.2m，在走道內0.4m，符合要求，既能兼顧計算精度，又可減小計算負擔。

三、結果分析

（一）煙氣擴散范圍分析

根據設置的三個工況，選擇火焰充分發展階段，其火災煙氣擴散的范圍如圖4。

由圖4可看出：

（1）所有工況下，煙氣均能擴展充滿整個房間范圍。除工況B外，煙氣在密室逃脫場所出入口打開的條件下，同時會向整個樓道明顯擴散。

（2）所有工況下，起火房間內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近，煙氣濃度降低。

（3）工況B條件下，煙氣擴散到出口會受影響。這是因為房間B空間狹小，距離出口最遠，且出口面積較小，在同樣的模擬時間內（300s），煙氣擴散速度不如其余工況下的煙氣擴散速度。

（4）工況H條件下，樓道內煙氣濃度明顯更濃，這是因為該兩種工況下，火源距離出口更近，煙氣擴散速度更快。

（二）可見度與CO濃度

對于人員疏散而言，可見度與CO濃度十分重要，尤其是對于處于人眼高度上的可見度與CO濃度，需要格外關注。依據《中國成年人人體尺寸》（ 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，選擇模擬時間300s，其可見度如圖5。

由圖5可看出：

（1）所有工況下，整個實景密室范圍內的可見度均下降。

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

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

（4）工況H條件下，因為煙氣擴散到出口，煙氣擴散受到影響，所以會出現部分內部房間可見度下降較小的情況。

（5）工況H條件下，樓道內可見度明顯降低，但對人員疏散的影響有限。

選擇z=1.6m高度，選擇模擬時間300s，其CO濃度如圖6。

由圖6可看出：

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

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

（三）溫度場分析

除了可見度與CO濃度之外，溫度也會影響疏散人員安全，同時決定整個著火場所的火災發展總體趨勢，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170℃，最小值約100℃。

（2）當起火點位于里層與外層的房間時，高溫區域基本集中分布在起火房間的內部；當起火點位于中間房間（房間C、E）時，因為其連通的房間較多，導致高溫區域不僅僅分布在起火房間內，還會使得周圍相鄰房間內的溫度較高。

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

（4）當火源位于房間A、B、D內時，因為其房間結構特性，此時處于逃生關鍵位置上的房間H內溫度并不高，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，溫度會很高，處于危險狀態，應分析其溫度情況，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270℃，最小值約170℃。

（2）當起火點位于里層與外層的房間時，高溫區域基本集中分布在起火房間的內部；當起火點位于中間房間（房間C、E）時，高溫區域不僅僅分布在起火房間內，還會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致走道內部出現溫度上升。其余工況下，走道內溫升幾乎可忽略。

（4）當火源位于房間A、B、D內部時，因為其房間結構特性，此時處于逃生關鍵位置上的房間H內溫度并不高，溫度影響較小。

（5）對于面積小的房間，火災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）因為煙氣蔓延作用，當火源位于C、E、H房間內時，走道內頂棚處因熱煙氣聚集，溫度會上升。但只有當火焰位于H房間內時，走道內z=1.6m高度處溫度才會有小幅上升。

（3）與z=1.6m高度相比，頂棚處高溫區域分布更為集中。

結語

通過建立某實景密室逃生場所FDS模型，設置不同的著火位置，模擬不同條件下密室逃生場所發生火災的情景。通過分析煙氣擴散范圍、可見度、CO濃度、溫度分布等，分析不同條件下實景密室逃生場所的火災危險性大小。通過對數值模擬結果的分析，我們可得出如下結論：

（1）實景密室場所著火后，煙氣很快會蔓延至整個場所并向走道內擴散。

（2）起火房間內的火災危險性最高。當火源位于各個不同房間內部時，著火房間內的可見度下降最快，CO濃度最高，溫度最高，相應的火災危險性最大。

（3）當起火點位于中間房間時，周圍連通房間內危險性也會受到極大影響;在火源位于房間C、E時，因為其連接房間多，周圍房間內的有害物聚集也非常迅速。

（4）當火源位于最外層房間F、G時，最內側房間受溫度影響小，但CO濃度同樣會影響疏散。

綜上所述，實景密室逃生場所具有空間狹小、結構復雜、可燃物多的特點，一旦發生火災，熱煙氣將迅速擴散到相鄰區域，危險來臨時間快，人員可用疏散時間較少。因此，要注意加強火災監控，盡量避免火災發生，同時應加強對實景密室逃生場所的人員消防疏散引導，提高疏散效率，保證人員快速安全撤離。

參考文獻

[1]孫宏艷.青少年接觸密室逃脫，劇本殺的現狀及對策[J].中國校外教育，2022（03）：15.

[2]波蘭一密室逃脫現場火災5死1重傷密室逃脫火災原因是什么？[ol].2019-01-05.

[3]危險！警惕人員密集場所火災風險[ol].2022-07-17.

[4]肖方.消防救援局：對密室逃脫類場所進行嚴查嚴管[J].中國消防，2021（10）：1.

[5]盛晨.真人密室逃生場所火災隱患分析及安全管理對策[J].今日消防，2021，6（08）：85-89.

[6]李尚明.關于密室逃脫類場所的消防設計思考[J].中國消防，2022（03）：44-47.

[7]陽晶.密室逃脫類場所消防安全管理及技術標準建議[J].中國標準化，2022（16）：24-26+41.

[8]張峰.密室逃脫場所的消防安全現狀及對策[J].消防界（電子版），2021，7（21）：34+36.

[9]劉升赟，高文敏.“密室逃脫”類場所消防安全管理探討[J].今日消防，2020，5（08）：104-106.

[10]黎放橋，謝碧波.密室逃脫類場所消防監督管理探討[J].消防界（電子版），2022，8（07）：89-91+94.

[11]高杰.新型娛樂場所的消防安全管理問題及對策[J].消防界（電子版），2022，8（06）：98-100.

[12]國家技術監督局．GB 10000-88，中國成年人人體尺寸［S］．北京： 中國標準出版社，1988．