王 艷

(合肥市消防救援支隊(duì)，安徽 合肥 230001)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，大量的地下建筑出現(xiàn)，同時(shí)地下建筑場(chǎng)所內(nèi)部的人員分布較為密集，一旦發(fā)生災(zāi)害很容易造成人員傷亡事故。地下建筑內(nèi)部人員的安全疏散問題已經(jīng)成為全社會(huì)的關(guān)心問題，急需研究解決。本文首先對(duì)安徽省池州市的某地下商場(chǎng)內(nèi)人員緊急疏散模擬。其次，采集分析了實(shí)際疏散人員的流量、速度、疏散時(shí)間等參數(shù)。最后，基于pathfinder所構(gòu)建的部分地下商場(chǎng)的場(chǎng)景模擬與實(shí)驗(yàn)的疏散結(jié)果，比較實(shí)驗(yàn)研究和模擬研究的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為地下商場(chǎng)內(nèi)人員疏散設(shè)計(jì)提供應(yīng)用方面的借鑒。

1 疏散模擬軟件

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展為人員疏散的模擬研究提供了快速發(fā)展的機(jī)會(huì)和高效的模擬平臺(tái)，因此出現(xiàn)了多種用于人員疏散仿真模擬研究的軟件：2001年王志剛[1]開發(fā)了火災(zāi)時(shí)期人員疏散計(jì)算機(jī)模型FEgress，該火災(zāi)模擬軟件模型可以計(jì)算在建筑物內(nèi)不同位置處發(fā)生火災(zāi)時(shí)，從火災(zāi)發(fā)生到人員疏散結(jié)束所需的時(shí)間，可以評(píng)價(jià)火災(zāi)時(shí)期人員生命的安全性；王春雪[2]以某幼兒園為背景，分析在幼兒園中發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，分別利用SFPE模式和Steering模式兩種不同的模式進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，Steering模式能避免產(chǎn)生幼兒的擁擠和踩踏事故，縮短疏散所需時(shí)間，有利于安全疏散。

目前應(yīng)用較為廣泛的疏散模擬軟件有：Pathfinder、FDS+EVAC、MULTIGO、STEPS、FIREGO等。本文采用疏散軟件Pathfinder，對(duì)緊急情況下地下商場(chǎng)內(nèi)的行人疏散進(jìn)行仿真模擬研究。

張志魁[3]為有效了解建筑火災(zāi)的蔓延和發(fā)展規(guī)律以及人員安全疏散狀況通過建立模型對(duì)某高校實(shí)驗(yàn)綜合樓進(jìn)行四個(gè)不同火災(zāi)場(chǎng)景下的仿真數(shù)值模擬。表秀峰等[4]通過Pyrosim火災(zāi)模擬軟件與Pathfinder人員疏散模擬軟件進(jìn)行模型建立對(duì)某商業(yè)中合體商場(chǎng)部分進(jìn)行了仿真數(shù)值模擬。得到的兩個(gè)仿真數(shù)值煙氣高度、能見度、氣體溫度、CO濃度達(dá)到危害人體生命安全的臨界時(shí)間與人員疏散必須時(shí)間進(jìn)行比較。仝貴來[5]利用疏散軟件Pathfinder對(duì)某屋面透空型大型地下商業(yè)建筑的特定場(chǎng)景進(jìn)行人員疏散安全性模擬研究，基于其平面特點(diǎn)，最終給出了該地下商業(yè)建筑的人員疏散安全性分析。

也有研究人員在不同省份進(jìn)行相關(guān)研究：何彩虹[6]對(duì)西安某大型地下商場(chǎng)的客流量進(jìn)行了實(shí)測(cè)，研究了兩種流動(dòng)狀態(tài)(離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài))時(shí)人員疏散的行為特征，分析了該地下商場(chǎng)客流量的影響因素。顏麗等[7]以重慶某大型地下商場(chǎng)為調(diào)查對(duì)象，分別在工作日和雙休日對(duì)商場(chǎng)人流量進(jìn)行實(shí)測(cè)，為大型地下商場(chǎng)人員緊急疏散提供人流量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。黃敏[8]以長(zhǎng)沙某地下商場(chǎng)為例,進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究,收集相關(guān)數(shù)據(jù)。建立火災(zāi)場(chǎng)景，進(jìn)行火源設(shè)定，通過計(jì)算比較兩種時(shí)間：ASET和RSET，對(duì)其進(jìn)行火災(zāi)情況下人員安全疏散的評(píng)價(jià)研究。劉丹晨[9]對(duì)淮南某地下商業(yè)街調(diào)查研究，建立商業(yè)街的火災(zāi)模型和疏散模擬模型；對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行合并，統(tǒng)計(jì)，整理和分析，對(duì)人員疏散提出建議。袁婧[10]借助Pathfinder安全疏散軟件，對(duì)不同群體的個(gè)體動(dòng)作進(jìn)行圖示化虛擬演練。

1.1 Pathfinder軟件介紹

人員疏散仿真模擬軟件Pathfinder是美國(guó)的Thunderhead Engineering 公司研究開發(fā)的。用戶能夠在Pathfinder界面中建造人員疏散的仿真場(chǎng)景，也可以將真實(shí)建筑物場(chǎng)景的CAD圖導(dǎo)入至Pathfinder軟件中，從而建立仿真場(chǎng)景。

1.2 運(yùn)動(dòng)模式設(shè)置

Pathfinder軟件對(duì)于行人運(yùn)動(dòng)模式分為SPFE模式和Steering模式。SPFE模式是最為基本的人員運(yùn)動(dòng)行為。Steering模式采用了合理正確的路徑規(guī)劃，并利用指導(dǎo)機(jī)制，以及考慮人員之間的碰撞處理。假如人員間的距離，人員離最近點(diǎn)的路徑超過了設(shè)定的閾值，可以再次生成新的疏散路徑，從而適應(yīng)新的情況和形勢(shì)。

1.3 使用步驟

(1)CAD圖導(dǎo)入和內(nèi)部建模相結(jié)合：將平面CAD圖導(dǎo)入Pathfinder軟件中，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行內(nèi)部建模，完善樓梯、通道、出口等。

(2)疏散人員的建模：在地下商場(chǎng)仿真場(chǎng)景的5個(gè)實(shí)驗(yàn)起始位置處，添加與實(shí)驗(yàn)相同人數(shù)的疏散人員，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定好人員的屬性，包括身體尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。

(3)運(yùn)動(dòng)模式選擇：本模擬采用更接近于真實(shí)情況的Steering疏散模式。

2 模擬場(chǎng)景設(shè)置

2.1 模擬場(chǎng)景構(gòu)建

首先在pathfinder軟件中，選取準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的區(qū)域，構(gòu)建出該地下商場(chǎng)的仿真模擬場(chǎng)景，疏散人員初始分布在5個(gè)位置如圖1所示。5個(gè)不同位置的疏散通道寬度分別為2.79 m、2.84 m、2.79 m、2.27 m和2.25 m，交匯處的通道寬度為2.21 m。疏散出口樓梯的寬度為1.0 m，共30個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階深0.4 m，高0.2 m，樓梯總高度為6.0 m。

圖1 疏散人群分布和疏散路徑

2.2 模擬參數(shù)設(shè)置

場(chǎng)景包括5條疏散初始位置所在的街區(qū)，疏散主干道以及一條疏散樓梯。依照《中國(guó)成年人人體尺寸》(GB 10000-1988)的規(guī)定，設(shè)置人員運(yùn)動(dòng)速度、人員尺寸等模型參數(shù)后，開始模擬。

疏散人群的分布和疏散路徑也如圖1所示。根據(jù)實(shí)際情況，各小組人群在起始疏散位置處是隨機(jī)均勻分布的，因此模擬中也采用隨機(jī)均勻分布。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 疏散人數(shù)和流量

在出口樓梯中的不同階段人群的上樓速度作為模擬的樓梯速度輸入?yún)?shù)，以及采用各個(gè)小組人群起始位置處的速度作為人群初始運(yùn)動(dòng)速度。

3.2 不同疏散策略

通過設(shè)置Pathfinder軟件中的人員疏散延遲時(shí)間，讓不同位置的人先后開始疏散。設(shè)計(jì)的疏散策略為：位置1和位置2的人員首先開始疏散，位置3延遲15 s疏散，位置4延遲5 s疏散，位置5延遲10 s疏散。模擬延時(shí)疏散策略與模擬各小組同時(shí)疏散過程的對(duì)比如圖2所示。

圖2 模擬同時(shí)疏散和延時(shí)疏散策略對(duì)比

根據(jù)Pathfinder軟件模擬結(jié)果，采用延時(shí)疏散策略進(jìn)行模擬疏散時(shí)，所需疏散時(shí)間為149 s，而采用各小組同時(shí)疏散進(jìn)行模擬時(shí)，所需疏散時(shí)間為151 s，可見采用部分人員延時(shí)疏散的策略，能一定程度上加快人員的整體疏散，減少疏散時(shí)間。

4 模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際疏散實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

4.1 疏散實(shí)驗(yàn)數(shù)值

實(shí)驗(yàn)人員身體條件及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的限制，該疏散實(shí)驗(yàn)只做了一次。根據(jù)在商場(chǎng)內(nèi)多處關(guān)鍵地點(diǎn)錄制的實(shí)驗(yàn)視頻，統(tǒng)計(jì)了人群快速疏散的疏散時(shí)間、流量以及速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)對(duì)比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果如圖3所示。從圖3a中可以看出，模擬的疏散時(shí)間與實(shí)驗(yàn)的總疏散時(shí)間基本相同，疏散過程也大致相似，尤其對(duì)于疏散過程的后半段，模擬疏散的前半段斜率較疏散實(shí)驗(yàn)該段的斜率略低，但模擬的整體斜率變化略小。根據(jù)圖3b的結(jié)果，流量隨時(shí)間變化趨勢(shì)整體相似，但模擬過程的流量變化較小，整體在0.75～1.5人/s浮動(dòng)，疏散實(shí)驗(yàn)的平均流量為1.178人/s，軟件進(jìn)行疏散模擬的平均流量為1.102人/s。

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比

5 結(jié) 論

本文對(duì)部分區(qū)域地下商場(chǎng)疏散實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景構(gòu)建了軟件中地下商場(chǎng)部分區(qū)域的人員疏散模擬場(chǎng)景，對(duì)基于Pathfinder所構(gòu)建的部分地下商場(chǎng)的場(chǎng)景模擬疏散與實(shí)驗(yàn)的疏散結(jié)果各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：

(1)模擬與實(shí)驗(yàn)的疏散時(shí)間基本相同，本文建立的疏散模型可以較好的對(duì)地下商場(chǎng)的人員疏散進(jìn)行模擬。

(2)對(duì)比前人研究，增設(shè)了部分人群延時(shí)疏散的疏散策略，與所有人員同時(shí)疏散進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明延時(shí)疏散策略能在一定程度上加快人群疏散，緩解疏散通道交匯處的擁擠程度。

(3)對(duì)整體地下商場(chǎng)開展不同人數(shù)的人員疏散設(shè)計(jì)應(yīng)用有一定實(shí)踐意義。

(4)基于模擬與實(shí)驗(yàn)疏散的吻合度，可以探索不同使用功能的場(chǎng)所更優(yōu)疏散設(shè)計(jì)研究。