高校圖書館火災(zāi)人員疏散模擬研究

摘要：以H高校圖書館為研究對象，進(jìn)行實(shí)地調(diào)研梳理出其存在的問題，并利用Pathfinder建立疏散模型，對圖書館的火災(zāi)安全疏散進(jìn)行模擬分析，得出火災(zāi)時(shí)期圖書館人員的緊急疏散動(dòng)態(tài)過程以及安全疏散完畢所需的時(shí)間，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對策優(yōu)化可行性分析，并結(jié)合圖書館實(shí)際情況提出相應(yīng)對策。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)；高校圖書館；人員疏散；Pathfinder

中圖分類號：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）01-0020-03

圖書館中木質(zhì)、紙質(zhì)材料居多，使圖書館火災(zāi)具有易發(fā)生及著火面積大且擴(kuò)散迅速的特征。高校圖書館又是人流量大、人員集中的場所，一旦發(fā)生火災(zāi)，將會造成不可估量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。然而，各高校通常情況下是通過疏散演習(xí)來進(jìn)行火災(zāi)人員疏散模擬。傳統(tǒng)的疏散演習(xí)存在參與人員態(tài)度不嚴(yán)肅、真實(shí)性不足、評估體系不完善等問題，導(dǎo)致演習(xí)實(shí)際效果被弱化，得到的數(shù)據(jù)存在偏差。通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行人員疏散模擬能夠減少風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約成本和時(shí)間，更加直觀準(zhǔn)確地模擬出應(yīng)急疏散的動(dòng)態(tài)過程，有助于消防管理人員進(jìn)行消防安全管理和人員安全疏散設(shè)計(jì)。

1 高校圖書館火災(zāi)特性及疏散問題探究

1.1" 火災(zāi)特性分析

H高校圖書館為高層圖書館，層數(shù)為八層。圖書館工程項(xiàng)目等級為一級，耐火等級為一級。在火災(zāi)場景下該建筑有兩個(gè)特性值得分析：

1.1.1" H高校圖書館為中庭式建筑

中庭式建筑是指建筑物內(nèi)部至少存在一個(gè)連續(xù)多層垂直聯(lián)通在一起的空間，這種建筑結(jié)構(gòu)在消防上是一個(gè)大麻煩，一旦發(fā)生火災(zāi)有火勢發(fā)展迅速、煙氣擴(kuò)散迅速、火災(zāi)預(yù)警困難的特點(diǎn)。

1.1.2" 建筑物內(nèi)紙質(zhì)木質(zhì)材料居多且屬于易燃材料

圖書館中藏書150萬冊，數(shù)量極其龐大，且桌椅板凳皆為木質(zhì)材料，易被附近熱源引燃，其特殊性導(dǎo)致圖書館火災(zāi)具有結(jié)構(gòu)耐火等級低、火災(zāi)負(fù)荷大、火勢發(fā)展迅速、火災(zāi)救援難度大的特點(diǎn)。

1.2" 圖書館疏散問題分析

經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)圖書館疏散樓梯寬度不夠，若在圖書館人員眾多時(shí)發(fā)生火災(zāi)，極易造成人流堵塞，對學(xué)生的生命安全造成威脅。除二樓正廳安全出口開放外，其余出口皆用鋼鎖鎖住，若發(fā)生火災(zāi)極有可能因逃離路徑單一導(dǎo)致人員擁堵。部分常閉式防火門長期處于開啟狀態(tài)，且存在無法嚴(yán)閉的問題。樓梯間等疏散通道擺放書籍和小馬扎，人員通行不暢。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，圖書館的硬件設(shè)施不完善及學(xué)生的消防意識薄弱，都會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

2 高校圖書館人員疏散情況調(diào)查

針對H高校圖書館，分別從人員數(shù)量、學(xué)生情況、消防條件三方面進(jìn)行了實(shí)際調(diào)查，為進(jìn)行疏散模擬提供更合理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1nbsp; 人員數(shù)量調(diào)查

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，依據(jù)H高校課程排布及圖書館開放時(shí)間選取了具有代表意義的不同時(shí)間段對圖書館的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出圖書館中人數(shù)的最大值和每層的人員分布情況。調(diào)查結(jié)果顯示，圖書館中人數(shù)最多的情況是一層未開放0人、二層86人、三層134人、四層93人、五層87人、六層77人、七層63人、八層45人。

2.2" 學(xué)生情況調(diào)查

火災(zāi)中人員的行為是不可控的也是混亂的，每一個(gè)人都有不同的想法，不同的緊張程度，不同的消防知識儲備，也會選擇不同的逃生方法和逃生路線。即使同一個(gè)人在不同場景中，也會選擇不同的逃生路線和方法。通過調(diào)查問卷得出，大部分同學(xué)不熟悉消防安全知識也不會主動(dòng)了解，基本沒有參加過消防演練，不了解學(xué)校圖書館的安全疏散路徑，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，容易心情緊張、手足無措，很難選擇正確的方式逃離火災(zāi)現(xiàn)場。

2.3" 消防條件調(diào)查

圖書館建筑結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其中墻、柱、梁、樓板、屋頂承重構(gòu)件皆為不可燃燒材料，建筑耐火等級為一級。圖書館為中庭式設(shè)計(jì)，使用特級防火卷簾來實(shí)現(xiàn)防火分區(qū)，設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)及自動(dòng)掃描高空水炮滅火系統(tǒng)，一、二層疏散樓梯為7部，疏散寬度為22.1m；三至八層疏散樓梯為6部，疏散寬度為19.3m。1、4、5號電梯為消防電梯，其中5號電梯為停用狀態(tài)。設(shè)有消火栓27個(gè)，滅火器54個(gè)，報(bào)警裝置32個(gè)，且均為分散設(shè)置，疏散路線圖、緊急疏散標(biāo)識均按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

3 高校圖書館火災(zāi)人員疏散模擬

3.1" 確定疏散參數(shù)

對疏散模擬進(jìn)行如下假設(shè)：①人員均為青少年，具有良好的身體素質(zhì)；②人員均處于清醒狀態(tài)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)同時(shí)進(jìn)行疏散，不會發(fā)生中途更換逃生路徑的情況；③人員均選擇最近的路徑進(jìn)行逃生；④考慮火災(zāi)最不利的情況；⑤同一疏散路徑上的人員均為同一速度進(jìn)行逃生；⑥對模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，簡化不影響模擬結(jié)果。

模型的人員數(shù)量依據(jù)調(diào)研結(jié)果設(shè)置，人員疏散速度采用現(xiàn)在國際上比較認(rèn)可的SFPE《消防工程手冊》來設(shè)定，選用手冊中人在學(xué)校、辦公樓、住宅行走的速度：上樓35m/min、下樓47m/min、其他78m/min[1]。

3.2" 建立疏散模型

圖書館整體是一個(gè)連通的大空間，只有廁所、熱水房、樓梯間可以進(jìn)入，其他房間處于關(guān)閉狀態(tài)。模型中電梯參數(shù)根據(jù)圖書館施工圖紙規(guī)定設(shè)置為：1、4號電梯運(yùn)行速度為2m/s，載重為1050kg，站數(shù)為9；2、3號電梯非消防電梯停止運(yùn)行。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，館內(nèi)人員會選擇最優(yōu)的路線逃離圖書館[2]。疏散模型見圖1。

3.3" 模擬分析疏散過程和時(shí)間

Pathfinder能夠根據(jù)圖書館3D模型模擬人員的動(dòng)態(tài)疏散過程。從整體模擬結(jié)果可以看出，各層人員集中到樓梯間及電梯間的時(shí)間較短且基本一致。但是，不難發(fā)現(xiàn)在樓梯口及電梯口出現(xiàn)了等候現(xiàn)象，疏散速度放慢。在整體疏散模擬過程中，館內(nèi)人員均能順利離開圖書館，疏散過程的行走時(shí)間為299.5s。模擬分析示意圖見圖2。

3.4" 計(jì)算疏散時(shí)間

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，只有火源地點(diǎn)的人員能夠迅速開始疏散，遠(yuǎn)離火源的人員一般不會立即進(jìn)行疏散。人員的疏散時(shí)間包括三個(gè)時(shí)間段：報(bào)警時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、疏散行走時(shí)間[3]，可表示為：

Ts=TB+TY+TX （1）

式中：Ts——疏散時(shí)間，s；

TB——報(bào)警時(shí)間，s；

TY——響應(yīng)時(shí)間，s；

TX——疏散行走時(shí)間，s。

人員應(yīng)急疏散的行走時(shí)間通過上文的模擬分析已經(jīng)得出，但是由于在實(shí)際情況下存在很多不確定因素，均會對人員在火災(zāi)場景下的逃生速度產(chǎn)生影響。因此，在進(jìn)行疏散時(shí)間計(jì)算時(shí)，對Pathfinder模擬出的疏散行走時(shí)間加權(quán)安全補(bǔ)償系數(shù)1.5，使疏散行走時(shí)間更加貼近實(shí)際，疏散過程所需時(shí)間公式改寫為：

Ts=TB+TY+TX×1.5 （2）

報(bào)警時(shí)間是指從火災(zāi)發(fā)生到火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警的時(shí)間。考慮到圖書館內(nèi)火災(zāi)報(bào)警裝置較多，學(xué)生也處于清醒狀態(tài)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并觸發(fā)報(bào)警裝置，本文將火災(zāi)報(bào)警時(shí)間設(shè)定為60s。

疏散響應(yīng)時(shí)間是指從火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警到館內(nèi)人員開始疏散的時(shí)間。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，學(xué)校采用聲音廣播系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間小于1min，結(jié)合圖書館的具體情況，將疏散響應(yīng)時(shí)間設(shè)定為60s。

依據(jù)報(bào)警時(shí)間、疏散響應(yīng)時(shí)間、疏散行走時(shí)間，即可得出圖書館在火災(zāi)場景下所需的疏散完畢時(shí)間為569.25s。

3.5" 圖書館安全性判定

安全疏散的判定標(biāo)準(zhǔn)為安全疏散的可利用時(shí)間大于疏散完畢時(shí)間。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》可知，一、二級耐火等級的公共建筑與高層民用建筑允許的疏散時(shí)間為5～7min。H高校圖書館屬于一級耐火等級的公共建筑，采取最保守的方式來對圖書館的安全性進(jìn)行判定，將館內(nèi)人員安全疏散的可利用時(shí)間設(shè)定為420s。569.25s＞420s，圖書館的人員未能在安全時(shí)間內(nèi)完全撤離圖書館。

4 高校圖書館安全疏散對策研究

根據(jù)圖書館特性及存在的問題設(shè)定出不同的疏散情景，并依據(jù)疏散模擬軟件進(jìn)行模擬。

情景1：圖書館中人員可任意選擇逃生路徑，逃生電梯設(shè)置為4部，人員在平面和樓梯的逃生速度設(shè)置為平均1.3m/s，安全出口僅為二樓大廳東側(cè)正門，此時(shí)人員疏散行走時(shí)間為246.8s。

情景2：禁止三層以上人員從中庭樓梯處通過，一方面是為了防止碰撞以及人員擁堵的情況發(fā)生；另一方面，中庭建筑的煙氣集中于中庭位置，從此位置逃生會受到煙氣的影響。逃生電梯設(shè)置為4部，人員在平面和樓梯的逃生速度設(shè)置為平均1.3m/s，安全出口僅為二樓大廳東側(cè)正門，此時(shí)人員疏散行走時(shí)間為279.5s。

通過計(jì)算，在報(bào)警時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間均為60s的情況下，人員疏散行走時(shí)間低于200s，圖書館中所有人員方能在安全時(shí)間內(nèi)逃離圖書館。情景1、情景2均未達(dá)標(biāo)，但是可以發(fā)現(xiàn)隨著圖書館疏散條件的優(yōu)化及人員疏散速度的提高，人員疏散行走時(shí)間大幅下降。這說明如果學(xué)校優(yōu)化消防安全管理措施，學(xué)生逃生能力也保持優(yōu)秀水平，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)學(xué)生就能在安全時(shí)間內(nèi)離開圖書館。

4.1" 消防安全管理優(yōu)化

學(xué)校要加強(qiáng)防火檢查，專門檢查必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，日常檢查必須認(rèn)真落實(shí)，在防火檢查過程中要重點(diǎn)檢查以下內(nèi)容：疏散通道上有無影響疏散的雜物；防火門能否正常使用；消防安全指示標(biāo)志的位置及功能是否正常；應(yīng)急照明燈是否正常、位置是否正確；消火栓能否正常使用。對于防火檢查記錄，工作人員必須認(rèn)真記錄并及時(shí)糾正發(fā)現(xiàn)的問題。

4.2" 人員管理優(yōu)化

學(xué)校要利用校報(bào)、校園廣播等進(jìn)行消防知識以及疏散逃生知識的普及，并開展消防活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的消防安全意識，提高學(xué)生的疏散逃生能力。同時(shí)，加強(qiáng)對圖書館管理人員的培訓(xùn)，使其熟悉圖書館的緊急疏散流程，掌握火災(zāi)逃生的知識，一旦發(fā)生火災(zāi)，能夠沉著、冷靜地面對，并有效地組織學(xué)生離開火災(zāi)區(qū)域。還要將圖書館的消防安全責(zé)任嚴(yán)格落實(shí)到各工作人員和領(lǐng)導(dǎo)身上，使其認(rèn)真對待圖書館的消防安全工作[4]。

5 結(jié)束語

高校圖書館作為人員密集場所，其安全應(yīng)當(dāng)被放在首要位置。通過實(shí)地調(diào)研及火災(zāi)疏散模擬研究進(jìn)行一系列分析，提出了有針對性的建議。將圖書館火災(zāi)安全疏散模擬結(jié)果和實(shí)際疏散問題結(jié)合起來進(jìn)行分析是一種有效的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法，采用這種方法不僅可以找出圖書館火災(zāi)安全疏散存在的問題，還能為圖書館改進(jìn)消防措施和制定應(yīng)急疏散預(yù)案提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]謝欣，呂輝，滕黛潔，等.基于Pathfinder和虛擬現(xiàn)實(shí)的民用機(jī)庫應(yīng)急疏散仿真[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2024，24（22）：9664-9671.

[3]戰(zhàn)乃巖，尹海燕，姜澤旭，等.基于Pyrosim和Pathfinder大型工廠車間火災(zāi)及疏散模擬[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，45（3）：110-117.

[4]葛衍非.高校教學(xué)樓火災(zāi)與人員疏散模擬及應(yīng)急管理研究[J].消防界（電子版），2024，10（13）：7-9.