Livehouse火災(zāi)人員疏散數(shù)值模擬研究

摘要：Livehouse是一種人員密集的新型公共娛樂場所。為了研究這類場所的火災(zāi)疏散問題，本文以大連市某Livehouse實地數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用Pyrosim和Pathfinder對火災(zāi)進行煙氣模擬和人員疏散仿真，分析不同人員密度下的疏散時間，得到理想情況下可實現(xiàn)安全疏散的最大人員密度與疏散寬度。基于研究結(jié)果，對Livehouse人員密度和最小百人疏散寬度指標(biāo)給予建議，對該類新型場所的火災(zāi)防護與安全疏散具有現(xiàn)實意義，對現(xiàn)有消防規(guī)范的修訂和完善具有一定參考價值。

關(guān)鍵詞：Livehouse；火災(zāi)；人員疏散；FDS；Pathfinder

引言

Livehouse是觀看樂隊舞臺表演的歌舞娛樂場所，內(nèi)部設(shè)置有演出舞臺和小型酒吧吧臺，近年來成為眾多年輕人青睞的休閑去處。與傳統(tǒng)娛樂場所相比，Livehouse場內(nèi)沒有觀眾席座位，人員密度大、光線暗、環(huán)境嘈雜，疏散難度極大。一旦發(fā)生火災(zāi)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡。目前筆者暫未查閱到研究Livehouse場所火災(zāi)疏散的文獻以及相關(guān)的消防條文規(guī)范，因此研究此類場所火災(zāi)及疏散問題尤為必要。本文以大連某Livehouse為例，建立了火災(zāi)煙氣模型和人員疏散模型，模擬并探究了該場所在不同人員密度下發(fā)生火災(zāi)時的人員疏散問題。

一、Livehouse火災(zāi)模擬模型建立

（一）建筑簡介

本文選用的Livehouse實際建筑位于地上1層，建筑高度為5m，總面積約460m2：觀影區(qū)400m2，包括西南角的五階階梯觀影區(qū)60m2、舞臺區(qū)60m2，場地壁面和頂面使用三聚氰胺吸聲板，舞臺頂部懸掛12組舞臺燈，配備1塊5×3LED屏幕、3套演出設(shè)備、4臺聲音輸出設(shè)備，舞臺左右兩側(cè)各懸掛1組10m×4m舞臺幕布、平面場地配置中控設(shè)備1臺、Livehouse吧臺1處、場內(nèi)數(shù)字電視2臺、聲音輸出設(shè)備4臺。

參考《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）^[1]，根據(jù)該規(guī)范中對劇場、電影院、禮堂等場所中耐火等級一級平坡地面的規(guī)定，每100人所需最小疏散凈寬度為065m。根據(jù)實地調(diào)查，設(shè)定本場所最多容納800人，計算得出此場所最小疏散凈寬度為52m。設(shè)置安全出口共4個，其中西側(cè)設(shè)置安全出口2個，北側(cè)與南側(cè)各設(shè)置安全出口1個。考慮到實際情況，出口尺寸設(shè)置為15m×24m，疏散總寬度為6m。由于演出的氣氛需要，室內(nèi)未設(shè)置可開啟的外窗。模擬所使用的Livehouse場地平面圖及安全出口分布如圖1所示。

（二）研究方法

經(jīng)實地考察，應(yīng)用火災(zāi)模擬軟件Pyrosim和人員疏散模擬軟件Pathfinder建立該Livehouse的火災(zāi)煙氣模型和人員疏散模型，對數(shù)據(jù)進行分析，研究不同人員密度下的Livehouse火災(zāi)疏散情況，得到理想情況下實現(xiàn)安全疏散的最大人員密度，提出同等規(guī)格Livehouse場所建議人員密度和最小百人疏散寬度指標(biāo)值。

（三）火源設(shè)置

據(jù)統(tǒng)計，歌舞娛樂場所發(fā)生火災(zāi)原因主要有如下兩點。第一，電氣線路故障產(chǎn)生火花；第二，意外引燃可燃物。參考事故調(diào)查報告以及現(xiàn)場布置情況，設(shè)定舞臺上的裝飾物為模擬火災(zāi)的火源位置。根據(jù)規(guī)范《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB51251-2017）^[2]及相關(guān)研究^[3-4]，燃燒符合t2火模型與中速火發(fā)展規(guī)律，火災(zāi)增長系數(shù)為0011kW/s2，當(dāng)火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時熱釋放速率為2MW^[5]，考慮裝修和板材使用等實際情況，將熱釋放速率設(shè)置為3MW。設(shè)定火災(zāi)模擬總時間為300s。根據(jù)火災(zāi)最不利原則，在火災(zāi)模擬研究中假設(shè)Livehouse的排煙設(shè)施、自動噴水裝置均不能正常工作。

（四）危險狀態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)

參考《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB51251-2017）、澳大利亞《消防工程師指南》及相關(guān)研究^[6-7]，確定本文安全標(biāo)準(zhǔn)為距各出口2m，高度2m處的溫度≤60℃、煙氣層高度≤2m、能見度≥5m、CO濃度≤500ppm。

二、火災(zāi)仿真模擬結(jié)果分析

（一）溫度

300s內(nèi)各出口2m處溫度變化如圖2所示。123s后出口3溫度最先上升，出口1、出口2、出口4的溫度也分別在150s前后有顯著上升。在模擬結(jié)束時，出口3處溫度最高達(dá)4369℃，未達(dá)到危險臨界溫度。其余出口均未達(dá)到40℃，遠(yuǎn)低于設(shè)定的危險臨界溫度。

（二）煙氣層高度

300s內(nèi)各出口2m處煙氣層變化如圖3所示。出口3處煙氣波動最大且最先達(dá)到危險臨界值，在145s后煙氣層高度一直低于危險臨界值。其余出口的煙氣層高度也陸續(xù)達(dá)到了危險臨界值，達(dá)到危險臨界值時間如表1所示。

（三）能見度

300s內(nèi)各出口2m處能見度變化如圖4所示。出口3處的能見度在140s左右時最先下降，并在183s最先達(dá)到危險臨界值。其余各出口的能見度隨后陸續(xù)達(dá)到危險臨界值，各個時間如表2所示。

（四）CO濃度

300s內(nèi)各出口2m處CO濃度變化如圖5所示。150s左右出口3處CO濃度明顯上升，該處CO濃度一直高于其余三個出口的CO濃度。截至模擬結(jié)束，所有出口CO濃度均遠(yuǎn)小于設(shè)定的危險臨界值。

（五）小結(jié)

在模擬過程中，煙氣層高度最先達(dá)到危險臨界值，對人員疏散的影響最大。本文將南側(cè)的出口3處煙氣層高度下降達(dá)到危險臨界值的時間設(shè)定為該場景的可用疏散時間（Available Safe Egress Time，ASET）為145s。

三、Livehouse人員疏散模擬

（一）人員疏散安全性判定準(zhǔn)則

火災(zāi)的發(fā)展階段分為起火階段、初期增長階段、充分發(fā)展階段、火勢減弱階段^[8]。本文僅考慮在火災(zāi)的起火階段和初期增長發(fā)展階段進行人員疏散。人員的疏散階段引入安全疏散時間這一概念，分別為可用疏散時間ASET和必需疏散時間REST。其中，可用疏散時間ASET由模擬結(jié)果中危險因素達(dá)到臨界值的時間決定；必需疏散時間REST由火災(zāi)探測與報警時間（ta）、人員識別與響應(yīng)時間（tpre）、人員疏散時間（teva）構(gòu)成。根據(jù)某公共娛樂場所火災(zāi)發(fā)生時的視頻信息得知，被研究的火災(zāi)中人員覺察并確定火災(zāi)的時間最長為45s^[9]。考慮到本文所取場地面積更大，人員更加密集，設(shè)定火災(zāi)探測與報警時間和人員識別與響應(yīng)時間ta+tpre=60s，因此人員疏散時間需要控制在85s內(nèi)才能保證疏散的安全進行。

（二）人員疏散模型建立

根據(jù)調(diào)查Livehouse演出的實際售票情況設(shè)置疏散人員的數(shù)量，使用Pathfinder建立人員疏散模型，模擬觀眾的疏散場景。本文對比了不同人員密度下所需的疏散時間。該場所觀影面積為400m2，人數(shù)設(shè)置范圍為560人—720人，人員密度取值范圍為13人/m2—18人/m2。根據(jù)美國消防工程協(xié)會《消防工程手冊》：疏散速度與人員密度有關(guān)，當(dāng)人員密度為054人/m2—38人/m2時，人員疏散速度如可以以式（1）進行計算：

S=k（1-0226D）（1）

式中，k為疏散路徑因素常數(shù)，取140；D為人員密度（人/m2）。根據(jù)上式，本文在進行不同人員密度下的模擬時使用的疏散速度如表3所示。

在不同人員密度下，該場所的疏散完成時間的關(guān)系如圖6所示。根據(jù)模擬結(jié)果顯示，當(dāng)人員密度為13人/m2和14人/m2時，疏散完成時間分別為768s和845s，均小于可用疏散時間，符合安全疏散標(biāo)準(zhǔn)；人員密度為15人/m2、16人/m2、17人/m2、18人/m2時，疏散完成時間分別為948s、1013s、1085s、1218s，均大于可用疏散時間，不符合安全疏散標(biāo)準(zhǔn)。

基于以上數(shù)據(jù)，可以得出在理想情況下，該場所的極限人員密度為14人/m2。考慮受到煙氣和高溫的影響、地形環(huán)境熟悉程度低與觀眾的恐慌心理等因素，發(fā)生火災(zāi)時實際的疏散速度勢必會低于模擬得出的數(shù)據(jù)，因此提出Livehouse場所建議人員密度為13人/m2，即在建筑面積400m2時可容納的最大人數(shù)為520人。超過建議

人員密度時，將無法保證在火災(zāi)情況下對觀眾進行安全疏散。在此基礎(chǔ)上，以式（2）計算同等規(guī)格Livehouse每100人最小疏散凈寬度：

百人疏散寬度=總寬度（m）疏散人數(shù)（人）100（2）本文設(shè)置的出口總寬度為6m，建議容納最大人數(shù)為520人。根據(jù)計算，取Livehouse場所每100人最小疏散凈寬度為116m。

結(jié)語

規(guī)格近似面積400m2、高度5m的Livehouse場所在出口凈寬度按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）設(shè)置的情況下，理想情況下可安全疏散的極限人員密度為14人/m2，考慮實際情況，建議人員密度為13人/m2。若人員密度大于該建議值，可能導(dǎo)致疏散人員被困。建議同等規(guī)格Livehouse每100人最小疏散凈寬度為116m。

參考文獻

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作者簡介：涂海玉（2000— ），女，漢族，四川廣元人，碩士研究生，研究方向：建筑火災(zāi)科學(xué)；李鈺（1970— ），男，漢族，河南濮陽人，碩士研究生，教授，研究方向：建筑火災(zāi)科學(xué)。