趙文浩

(煙臺市消防支隊，山東 煙臺　264000)

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大型地下超市人員疏散模擬研究

趙文浩

(煙臺市消防支隊，山東 煙臺264000)

運用火災場模擬軟件FDS以及疏散模擬軟件PathFinder對某大型地下超市進行火災情況下人員疏散模擬研究。依據(jù)相關要求設置火災場景，進行模擬，得出該超市在火災情況下的能見度、溫度、CO濃度達到人體耐受極限的時間，確定可用疏散時間。在疏散模擬中，根據(jù)相關規(guī)定以及實際情況設置疏散參數(shù)，確定必需疏散時間,得出該超市在緊急情況下人員可全部安全疏散的結(jié)論，并針對該超市安全度較低的情況提出了建議。

地下超市；火災數(shù)值模擬；人員疏散

0　引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展進步，大型地下超市正在逐漸興起，其具有以下特點：(1)多為大空間結(jié)構(gòu)，營業(yè)部分面積大；(2)無直接對外開口；(3)節(jié)假日會出現(xiàn)購物者高度集中的現(xiàn)象，人員密度大；(4)商品及裝飾品多數(shù)為可燃物。所以大型地下超市一旦發(fā)生火災，極易蔓延，產(chǎn)生的煙氣會對人體產(chǎn)生極大的危害，所以超市內(nèi)的人員能否在可用安全疏散時間內(nèi)疏散到安全地點極其重要。針對上述問題，本文以某大型地下超市為研究對象，設計相應的火災場景，運用數(shù)值模擬方法進行火災情況下人員安全疏散的研究。

1　超市概況

該超市位于某大型商業(yè)綜合體建筑地下一層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積9 061 m2，層高5.8 m，共劃分為7個防火分區(qū)。圖1中顯示了超市整體布局情況，包括入口位置、樓梯位置以及貨物擺放等情況。超市內(nèi)的可燃物主要包括衣服、紙類產(chǎn)品、酒類產(chǎn)品，以及貨架、容納商品的紙箱、促銷活動時的裝飾品等。

圖1　超市平面示意圖

2　可用安全疏散時間的確定

2.1模型的建立

依據(jù)該地下超市的CAD圖紙，包括建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)、防火卷簾、防火門、排煙補風口等位置，建立超市的計算模型。圖2為基于CAD圖紙在FDS環(huán)境中建立的模型整體概況圖。

圖2　FDS模型平面圖

2.2火災場景的確定

火災場景為對某特定火災類型從引燃時刻或者從某個設定狀態(tài)燃燒到火災熱釋放速率增長峰值的描述，同時還包括對建筑物的結(jié)構(gòu)特性及預計火災所導致危害的說明。具體火災場景的確定，需要對多方面因素進行綜合考慮，其中包括建筑結(jié)構(gòu)特點和平面布局、使用性質(zhì)、所包含可燃物特點以及安裝的消防設施情況等[1]。

2.2.1火災增長速率的確定

建筑物的火災危險性可通過火災增長速率衡量，其中纖維類火災增長曲線可用t2火模型表征。按照火災增長系數(shù)α的數(shù)值大小，t2火可分為慢速火、中速火、快速火和超快速火。超市內(nèi)的可燃物種類多，各商品的擺放方式不一致，目前缺乏該類型場所的詳細火災統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)相關研究資料，考慮到超市內(nèi)所包括的具體可燃物的燃燒特性及蔓延特性，多數(shù)商品的火災危險性不會高于服裝類商品的火災危險性，因此選取服裝為該超市典型可燃物。根據(jù)公安部天津消防科研所對服裝火災試驗研究結(jié)果，可認為超市內(nèi)火災類型為t2快速火[2]。

2.2.2火災最大熱釋放速率的確定

確定某一特定類型火災最大熱釋放速率的理想做法是進行實體燃燒試驗測定，但是成本過高，不易實現(xiàn)，一般可通過(1)式計算火災熱釋放速率。

(1)

式中，Q為火災熱釋放速率，kW；α為火災增長系數(shù)，kW·s-2；t為時間，s。

該超市設有濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，火災場景考慮受自動噴水滅火系統(tǒng)控制的火災。通常認為，自動噴水滅火系統(tǒng)啟動一段時間后火災熱釋放速率不再增加，并維持一段時間后逐漸衰減。自動噴水滅火系統(tǒng)的動作時間可通過計算機軟件DETACT-T2確定。所需計算參數(shù)為：火源處頂棚高度5.8 m，灑水噴頭的響應時間指數(shù)50 (m·s)1/2，灑水噴頭動作溫度68 ℃，噴頭距火源中軸線距離2.5 m，環(huán)境溫度20 ℃，火災初期增長系數(shù)α=0.046 89 kW·s-2。經(jīng)計算可得出噴頭啟動時間為156 s，利用公式(1)可計算出自動噴水滅火系統(tǒng)啟動時的火災熱釋放速率為1 141 kW，在此基礎上考慮不小于1.5倍安全系數(shù)，最終得到火災熱釋放速率為1.8 MW。

2.2.3火源位置的確定

進行具體火災場景設置時，基于建筑物空間結(jié)構(gòu)特點及平面布局，考慮火災可能規(guī)模大小、疏散出口分布情況、可燃物分布情況、煙控措施等因素，最終確定火源位置。綜合考慮以上因素，模擬中設置火源位于超市中部針織品區(qū)。

2.3火災模擬結(jié)果分析

火災煙氣的熱作用和毒性會對人員的生命健康產(chǎn)生危害，且煙氣聚集會造成能見度下降，對人員安全疏散產(chǎn)生不利影響。因此通常從火災煙氣特性角度分析火災時人員疏散情況，確定可用疏散時間，主要對煙氣層高度、溫度、有毒氣體濃度、能見度這4個因素隨時間變化情況進行分析。

本項目設計目標是保證危險來臨時間大于人員安全疏散時間，根據(jù)《建設工程性能化消防設計與評估導則》中相關規(guī)定，設置危險高度為2 m，安全判據(jù)為：能見度≥5 m，煙氣溫度≤60 ℃，CO濃度≤500 ppm，判定標準均指安全高度以下空間內(nèi)各指標值。模擬結(jié)果顯示，該超市在危險高度2 m處能見度下降比較迅速，在500 s時大部分區(qū)域的能見度可以保證在5 m以上，隨著火災的發(fā)展蔓延，能見度繼續(xù)下降，在700 s時大部分區(qū)域能見度均小于5 m，人員無法繼續(xù)進行疏散。另外，模擬中在火源處以及各疏散樓梯處均在高度為2 m處設置溫度探測元件，對不同時刻的溫度進行測量。根據(jù)FDS模擬結(jié)果，在661 s時大部分區(qū)域以及大部分疏散出口處的溫度均大于人體耐受極限。在模擬過程中，CO濃度在安全范圍內(nèi)。根據(jù)以上分析，可用安全疏散時間為661 s。

3　人員必需疏散時間的確定

3.1疏散參數(shù)的確定

《建筑設計防火規(guī)范》[3]對商店建筑疏散人數(shù)計算方法及換算系數(shù)和面積折算值的具體取值要求有詳細規(guī)定，該超市位于地下一層，按照規(guī)范要求，計算疏散人數(shù)時換算系數(shù)應取0.6，最終計算得到疏散人數(shù)為3 365人。由于該地下超市附屬于大型商業(yè)綜合體建筑，在人員類型組成上不能只按照一般超市類建筑考慮，應考慮大型商業(yè)綜合體建筑中人員類型情況?？紤]到建筑性質(zhì)及使用功能，可認為人員類型主要包括成年男士、成年女士、兒童和老者。各人員類型組成數(shù)值比例可參照國際通用的一般公共娛樂建筑場所的推薦比例數(shù)值，其中成年男士占40%，成年女士占40%，兒童占10%，老者占10%。

疏散出口的有效寬度通過疏散出口寬度減去有效寬度折減值進行計算。有效寬度折減值的定義是人在通過疏散走道或疏散門時與走道或者門邊緣所保持的習慣性距離?！断拦こ淌謨浴分锌偨Y(jié)了常見通道類型的有效寬度折減值，其中樓梯、墻壁處為15 cm，扶手處為9 cm，走廊處為20 cm，大門處為15 cm?？筛鶕?jù)以上數(shù)值對各疏散出口的有效疏散寬度進行計算，進而建立人員疏散模型。該超市安全出口與疏散樓梯設置布局情況見圖1。

必需疏散時間為報警時間、人員響應時間和疏散行走時間三者相加之和。該超市內(nèi)安裝有火災自動報警系統(tǒng)，可認為報警時間為60 s。該超市內(nèi)安裝有聲音廣播系統(tǒng)，可認為人員響應時間為120 s。人員疏散行走時間通過設計疏散場景進行數(shù)值模擬確定。

3.2疏散場景分析

設計疏散場景的原則為考慮發(fā)生火災時人員安全疏散的最不利情況，一般設計火源在某一疏散出口附近，使人員不能通過該出口進行疏散。該超市包含多個防火分區(qū)，存在多個出口共用一部疏散樓梯的情況，即使發(fā)生火災，其他防火分區(qū)也可利用火源附近疏散樓梯的不同出口進行疏散，故設置為火災時火源附近通向疏散樓梯的出口不可用。根據(jù)上文設置的火災場景，在設置疏散場景時將疏散樓梯6與疏散樓梯7的出口封堵，不能用于人員疏散。

3.3疏散行走時間的確定

采用ThunderHead Engineering的疏散軟件PathFinder 2009.2進行疏散模擬分析。該軟件可實現(xiàn)CAD圖紙導入建模，建立模型簡潔直觀，可看到人員疏散過程。在PathFinder中利用該超市總平面CAD圖紙進行基礎建模，并將之前確定的疏散場景中各項條件代入模型，建立疏散模型，進行模擬分析，觀察疏散過程。圖3、圖4為模擬疏散過程中疏散總?cè)藬?shù)及疏散人流量隨時間變化情況。由圖可得，人員于報警后開始進行疏散，疏散人流量隨時間呈上升趨勢，在150 s，人員疏散流量達到峰值，而后樓梯間入口處人員擁堵導致滯留，疏散過程不暢，疏散人流量呈下降趨勢，疏散時間有所延遲。

圖3　疏散總?cè)藬?shù)隨時間變化情況

圖4　疏散人流量隨時間變化情況

由于該超市所有樓梯間均為防煙樓梯間，所以在疏散過程中，人員到達樓梯間內(nèi)部即可判定為安全。通過模擬可得疏散至每個防煙樓梯間內(nèi)的人流量與時間，模擬計算得到從疏散過程開始到最后一個人進入樓梯間所用總時間(即疏散行走時間)為462.3 s，將其與上文中確定的報警時間和人員響應時間相加，可得出必需疏散時間為642.3 s。通過FDS模擬確定可用疏散時間為661 s，即該超市在火災情況下必需疏散時間小于可用疏散時間，可以認為該超市在緊急情況下能進行安全疏散。

4　結(jié)論和建議

通過對該地下超市進行火災場景以及人員疏散情況模擬，分析模擬數(shù)據(jù)，確定該超市可用疏散時間為661 s，必需疏散時間為642.3 s，可用疏散時間大于必需疏散時間，所以認為在緊急情況下，該超市內(nèi)人員能安全疏散完畢。

但同時也可以看出，該超市的安全度較低，針對此問題提出以下建議：(1)安排具有職業(yè)資質(zhì)的人員進行消防設施維護管理工作，對疏散通道、安全出口及消防設施進行日常檢查，出現(xiàn)問題及時解決，保證安全出口處無物品堵塞，消防設施在火災時能及時啟動。報警系統(tǒng)應能及時探測到初期火災發(fā)出的警報并聯(lián)動啟動相關設施。保證噴淋系統(tǒng)管路中充滿水且能可靠啟動，對初期火災實施撲救。確保超市營業(yè)區(qū)域內(nèi)防火卷簾下落處及疏散通道上無商品貨物堆積，疏散指示標志清晰。(2)由于建筑內(nèi)電氣線路復雜，發(fā)生電氣火災的可能性較大，為避免電氣火災的發(fā)生，及時發(fā)現(xiàn)電氣火災隱患，建筑內(nèi)應安裝漏電火災自動報警系統(tǒng)。(3)定期組織工作人員進行消防培訓，并在營業(yè)區(qū)域安排具有專業(yè)消防知識的人員進行日常檢查。制定合理的消防預案，定期進行演練，使員工熟悉超市內(nèi)疏散出口位置與疏散路線，以便在發(fā)生火災時引導、指揮超市內(nèi)人員迅速找到疏散出口進行安全疏散。

[1] 蘇彩云,謝斌.FDS在性能化防火設計中的應用[J].內(nèi)江科技,2007(9):96,143.

[2] 王志剛,倪照鵬,王宗存，等.設計火災時火災熱釋放速率曲線的確定[J].安全與環(huán)境學報,2004,4(S0):50-54.

[3] 中華人民共和國公安部.建筑設計防火規(guī)范:GB 50016—2014[S].北京:中國計劃出版社,2015.

(責任編輯李蕾)

On Human Evacuation Simulation in a Large Underground Supermarket

ZHAO Wenhao

(YantaiMunicipalFireBrigade,ShandongProvince264000,China)

In this paper, Fire Dynamics Simulator and the evacuation software Path Finder were applied to simulate the human evacuation under the fire condition in a large underground supermarket. A fire scenario is set according to the relevant requirements to carry on the simulation. The time that the visibility, the temperature and the concentration of CO reaches human tolerance limit of the supermarket under fire condition determine the available safety evacuation time. In the evacuation simulation, evacuation parameters are set up according to the relevant provisions and the actual situation to obtain the required safety evacuation time. It is concluded that the supermarket in case of emergency, people can evacuate safety. The paper puts forward some suggestions to the low degree of safety of the supermarket.

underground supermarket; fire numerical simulation; personnel evacuation

2016-03-16

趙文浩(1983—)，男，山東萊西人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2016)08-0052-04