大型水樂園人員特性疏散模擬淺析

張典帥, 趙玉婷

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

0 引言

近年來,隨著我們國家經濟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方式。不同檔次、不同形式的室內游樂場所在各地悄然興起。水上樂園是國內比較主流的一種主題公園的,在夏季深受人們喜愛。

國內學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]針對某大型室內水樂園超防火分區面積、超疏散距離的消防設計難題,運用FDS和Pathfinder進行消防性能化設計,基于模擬研究結果和相應消防加強措施,保障了現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能夠給人員疏散提供暫時的國度空間,并指出亞安全區是解決現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數值模擬方法,對建筑面積為9 800 m2換乘地鐵站公共站廳進行人員疏散模擬,研究考慮了火災報警時間(Tt)、疏散預動作時間(Tpre)對人員疏散時間的影響。

為了更好地了解水樂園人員疏散的影響,通過比對現行設計情況并結合數值模擬軟件客觀分析水樂園人員疏散特性。

1 工程概況

以國內某室內大型水樂園為例,開展相關人員疏散研究工作。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、兒童戲水區、成人滑梯區組成。該建筑已于2021年取得建設工程消防驗收意見書。

2 水樂園疏散設計情況

2.1 亞安全區

參照謝元一的研究,現水樂園內設置1個亞安全區,將室內劃分為4個區域,詳見圖1。防火區域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;亞安全區總面積為2 103 m2。

圖1 水樂園亞安全區劃分方式

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,中間區域最遠點至最近安全疏散門的距離超過GB 50016-2006《建筑設計防火規范》第 5.5.17 條第 4 款37.5 m的要求[4]。對于此類大空間場所,部分國際相關規范對疏散距離有以下的規定和建議[5-8]:

美國NFPA101《生命安全規范》中明確在設置有自動噴水滅火系統的建筑中安全疏散距離最高可以達到60 m;美國NFPA 130 《固定式軌道交通和客運鐵路系統標準》規定站臺的疏散距離可以達到91.4 m;美國NFPA 5000《建筑結構和安全規范》中指出對于車站等人員匯集場所疏散行走距離可以達到76 m。英國DD 9999《英國標準》中提出,由于高大空間相對較低空間具有更大的儲煙能力,煙氣下降時間長,火場環境不會迅速惡化,可提供人員更多疏散時間,所以大空間可相應地延長疏散距離或減小樓梯寬度。

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

3 數值模擬

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

3.1 人員類型

根據水樂園人流監控數據,日常客流92%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,結合四川消防研究所在國家“973”課題研究過程中進行的人員疏散演習實驗,計算人員的疏散速度:平面上人員自由移動速度: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),本項目中疏散寬度足夠但看臺上人員較集中,計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,國內外目前對此缺乏研究數據。假設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。報告保守考慮一部分戲水人員不會游泳,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速度進行確定時,需要首先確定相關區域的人員密度,根據現有設計疏散人數,當人員均勻分布在看水池內時,池內人員密度約0.25人/m2。但考慮到火災發生時水池內人員將迅速向疏散通道集中,此時通道內的人員密度至少達到3人/m2以上,在水池至岸邊等有坡度的地面上此時人員行進速度約為0.5 m/s。疏散計算中,設置人員在上岸坡道或臺階上的行進速度為0.5 m/s。

3.3 疏散人數確定

國內現行設計規范中針對水樂園疏散人數無明確規定的情況下,參照日常水樂園運營高峰期人數及相關國內外人員密度規范,疏散模擬人數的計算方法有3種。

3.3.1 參照國內類似場所人員密度

水樂園水域參照JGJ31-2003《體育建筑設計規范》[10]第7.4.4條對游泳池訓練設施的規定取4 m2/人,地面區域參照GB 50016-2006《建筑設計防火規范》第5.5.21-4規定:其他歌舞娛樂放映游藝場所的疏散人數,應根據廳、室的建筑面積按照不小于0.5人/m2計算。

3.3.2 美國NFPA101

美國NFPA101《建(構)筑物火災中的生命安全規范》中對于使用荷載的規定:游泳池人均面積4.6 m2;防滑臺面人均面積2.8 m2。按照以上原則計算疏散人數為1 105人(表2)。

表2 國內人員密度與美國人員密度對比

3.3.3 運營數據

為滿足合理舒適的體驗感受,結合設備容納能力、節假日高峰客流、單次游玩時長和往返時間但因素,現階段水樂園最大容納人數為5 200人。

綜上,根據3種疏散人數的計算方法,取最大值作為水樂園的疏散人數,即6 777人。該區域的整體疏散寬度須滿足規范要求。

3.4 疏散場景

研究共設置2個疏散場景。疏散場景1(S1):水樂園防火分區整體疏散,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):水樂園防火分區整體疏散,假設靠近防火區域3的一個直通室外出口因火災被封堵失效,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間假設,在充分考慮疏散報警和預動作時間的基礎上,還將對行動時間考慮1.5的安全系數。

3.5 模擬假設條件

本研究利用STEPS進行水樂園人員疏散模擬過程中,相關模型邊界條件設置:

(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;

(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刻能一起開始疏散,且人員在疏散過程中不會中途退回選擇其他疏散路徑;

(4)人員從各個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對水樂園內人員疏散進行模擬計算,預測人員疏散需要的時間及各出口疏散情況,其中人員的布局將根據建筑平面圖進行分布。以疏散場景1為例,疏散模擬模型及實時人員疏散情況詳見圖2。

3.7 小結

根據上述相關參數進行計算機仿真疏散模擬計算,各疏散場景的疏散總時間統計見表3。

表3 水樂園疏散場景疏散時間匯總 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,則疏散時間增加了74 s。結合模擬結果,在后期的運營和管理過程要保障疏散路徑的暢通和疏散出口的有效,并加強工作人員在緊急時刻進行人員疏散引導,保障水樂園內人員能夠在最短時間內疏散至安全區域。

4 結論與建議

筆者以國內某大型水樂園為研究對象,針對現行疏散設計方式展開了人員特性研究。研究結合國內外規范,并參照計算機仿真結果,得出結論:

(1)現行國家規范標準未明確水樂園的人員密度,通過對比水樂園運營最大容納人數、國內規范人數計算方法和美國NFPA101人數計算方法,按照3種計算放方法的最大值(即6 777人)作為研究的人員疏散總數。

(2)計算機仿真計算過程中,水樂園水池區域人員疏散速度為0.3 m/s;人員在上岸坡道或臺階上的行進速度為0.5 m/s。

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

考慮到水樂園的特殊性,建議水樂園內的設備設施以及景觀等布置不應影響人員疏散,疏散出口附近不應布置娛樂設備和景觀植物、假山等;水上游樂設備應具備火災等突發情況下斷電時自動復位功能,確保設備上人員能在火災時及時離開設備逃生;為確保大空間內火災時疏散路徑清晰,視線良好,建議增設適合大空間的大型吊裝燈具;疏散出口指示應采用大尺寸標志(長邊大于500 mm),設置位置應綜合游樂設施布置的需求,不應被遮擋和隨意移動。