白宇甲 占 偉

(福建省三明市公安消防支隊，福建 三明 365000)

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人員必須疏散時間理論在特大型劇場的數(shù)值模擬

白宇甲 占 偉

(福建省三明市公安消防支隊，福建 三明 365000)

以廈門華夏神游園主場館為研究對象，運用人員必需疏散時間公式與理論，模擬了三種常見的疏散方式，計算分析了人員疏散時間及有效疏散方案，驗證了人員必須疏散時間理論的可靠性。

疏散時間，人員疏散方式，劇場，自動滅火系統(tǒng)

本文以廈門華夏神游園主場館為實例研究對象。該項目中的演藝場館總建筑面積為29 797.586 m2，場館的屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)形式，其橢圓鋼構(gòu)屋頂長軸跨度為150 m，短軸跨度為120 m，鋼構(gòu)屋頂高度45 m，本項目觀眾席座位人數(shù)為2 930人，其規(guī)模為特大型劇場[1]。由于在使用功能、空間分布和建筑造型上有其獨特性，表演舞臺位于建筑四周，觀眾席位于建筑中部水體中，且可移動，空間比普通劇院更為高大，此類場所的人員疏散是建筑工程設(shè)計的一大難點，通過運用人員必須疏散時間理論，模擬常見疏散方式，可以較為準(zhǔn)確的計算人員疏散時間及選擇有效的疏散設(shè)計方案。

根據(jù)演出時間的變化，位于水體中的觀眾席會結(jié)合觀影過程變化發(fā)生位移，火災(zāi)發(fā)生時有多種人員疏散方式可供選擇。其中，連接疏散橋的最長疏散距離為129 m，通過池底疏散的最長疏散距離為135 m。本文通過模擬三種疏散方式可以驗證人員必須疏散時間理論的可靠性，確定最合理、安全的疏散方式。

1 人員必需疏散時間公式與理論

研究數(shù)據(jù)表明，人員疏散必需疏散時間TRSET通常由不同的時間間隔組成，因此，在火災(zāi)發(fā)生的時候，場內(nèi)全部人員不能理想的考慮第一時間進(jìn)行有效疏散[2]。為準(zhǔn)確、高效、科學(xué)地計算人員疏散必須時間，方便工程設(shè)計人員進(jìn)行合理設(shè)計，一般而言，消防安全性能化設(shè)計的通用作法是把必須疏散時間分解為報警時間TA、響應(yīng)時間TR和疏散行走時間TM等三個關(guān)鍵數(shù)值，數(shù)值之間在時間關(guān)系上存在間隔性，因此人員疏散的必需疏散時間TRSET的計算公式為：TRSET=TA+TR+1.5×TM。

按照設(shè)計慣例，計算機(jī)軟件模擬出來的人類行走時間常用TM表示和標(biāo)注[3]。但是行走時間為理論值，并沒有考慮到個體行為人的行動能力、對所在場所的熟悉程度、還有自身應(yīng)對危機(jī)時的主動干預(yù)和響應(yīng)能力，是一種推算的臨界時間。因此，在火災(zāi)發(fā)生時，通常要考慮到其他可能影響人類行動能力的不利因素，如人群中存在推搡情況延緩行動，消防指示標(biāo)志沒有準(zhǔn)確指引安全疏散方向延遲疏散距離，部分行動不便的老人、幼兒影響整體行走時間等。所以，為確保絕對安全，最大程度考慮眾多不利點，本項目在通用行走時間TM的數(shù)值前進(jìn)行了合理的安全補(bǔ)償區(qū)間。同時，由于本項目結(jié)構(gòu)為敞開式，人員視野不容易受到影響，因此，綜合不利和有利要素，我們確定了人員疏散安全系數(shù)為1.5。

1.1 報警時間TA的確定

在本文中取值的建筑火災(zāi)報警時間統(tǒng)一設(shè)為60 s。

火災(zāi)發(fā)生到觸發(fā)自動報警系統(tǒng)響應(yīng)的這段時間一般稱之為報警時間。該項目按照規(guī)范，設(shè)計有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，在火災(zāi)初期階段，可以第一時間響應(yīng)，發(fā)出報警信號，監(jiān)控火災(zāi)發(fā)生情況。此外，根據(jù)后期消防監(jiān)督管理要求，本建筑投入使用后，舞臺、疏散通道等消防安全重點單位必須有人值守和2 h巡查一次，通過人防措施確?；馂?zāi)發(fā)生初期階段就能發(fā)現(xiàn)并開始主動疏散。綜上所述，本文采用60 s作為本建筑內(nèi)火災(zāi)報警時間的基本數(shù)值。

1.2 響應(yīng)時間TR的確定

人員在疏散開始行動前到接到火災(zāi)報警信號之間產(chǎn)生的一段時間間隔，一般稱之為人員響應(yīng)時間。不同人員響應(yīng)時間在不同場所有對應(yīng)的時間數(shù)值，按照已有統(tǒng)計規(guī)律和技術(shù)規(guī)范表明，火災(zāi)時人員的響應(yīng)時間與建筑內(nèi)采用的火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型有直接關(guān)系。表1是根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出的各種用途的建筑物采用不同火災(zāi)報警系統(tǒng)時的人員響應(yīng)時間。

表1 各種用途的建筑物采用不同火災(zāi)報警系統(tǒng)時的人員響應(yīng)時間

根據(jù)設(shè)計說明，本項目建筑設(shè)置聲光報警系統(tǒng)并配有全域廣播系統(tǒng)，屬于W1報警系統(tǒng)類型。因表演時間大部分為白天，再考慮觀眾思想意識狀態(tài)方面，設(shè)定為清醒狀態(tài)，人員之間能較為迅速的擴(kuò)散火災(zāi)報警信息，能較為迅速的開始主動疏散行為。因此，本報告將建筑內(nèi)的人員疏散響應(yīng)時間設(shè)定為120 s。

1.3 疏散行走時間TM的確定

本文采用ThunderHead Engineering的疏散軟件PathFinder 2014.2進(jìn)行疏散模擬分析。目前，此軟件由于較為科學(xué)的計算方式和較為準(zhǔn)確的測試，已經(jīng)廣泛運用于世界各地大體量、大跨度、超高層建筑的疏散模擬[4]。國內(nèi)方面，福州體育場、廈門新航站樓、南京SKF商城均采用此軟件進(jìn)行先期人員疏散的性能化設(shè)計。

按照確定的各個參數(shù)，建立各個疏散場景的PathFinde模型[5]。按照以上分析，可以建立出3個疏散場景的PathFinder模型。因篇幅問題，具體疏散場景模擬圖像不具體列出，僅將模擬計算的疏散行走時間乘以1.5倍安全系數(shù)加上報警時間和響應(yīng)時間，得到觀眾區(qū)人員各場景下不同區(qū)域的必需疏散時間TRSET。

2 人員疏散模擬方式及判定

2.1 人員疏散模擬方式

將人員必須疏散時間理論運用到本項目消防安全疏散設(shè)計中的總要求是，在火災(zāi)發(fā)生時，有正常行為能力的人員處于火災(zāi)最不利點的情況下，因此，以下疏散方式均設(shè)計為距離人員疏散最近的安全出口或疏散通道堵塞，或火災(zāi)發(fā)生在距離人員最近的疏散出口處。本文設(shè)置3個主要疏散場景(根據(jù)安全出口布局及設(shè)計方案，可延伸13個疏散場景，本文僅選取在火災(zāi)模擬數(shù)值最不利點的3個最具代表性場景供參考研究)，通過FDS軟件模擬最不利點火災(zāi)場景，對應(yīng)的疏散場景的人員疏散流線和方式如下：

1)疏散場景1疏散流線：觀眾席?？看a頭一，但無法與橋?qū)?，僅池底疏散的疏散方式。人員疏散方式：觀眾從池底進(jìn)行疏散?；馂?zāi)情況下，假設(shè)觀眾席的連接橋無法與碼頭對接，手動或者電動釋放懸梯后人員通過懸梯進(jìn)行疏散，圖中僅疏散橋1可與舞臺直接銜接，采用這種疏散方式的有效總疏散寬度為觀眾席上部樓梯的寬度26.70 m，大于其觀眾人數(shù)計算出的26.64 m。

2)疏散場景2疏散流線：觀眾席停靠碼頭一，觀眾席與橋?qū)硬⑶液统氐滓黄鹗枭⒌姆绞健Ｈ藛T疏散方式：各個疏散出口全部可以正常使用，此時，舞臺觀眾席可以?？吭谑枭⒋笃脚_，人員可以通過兩部分之間的疏散橋?qū)雍螅M(jìn)行疏散。當(dāng)觀眾席?？看a頭一時，上升兩處連接橋，并且電動或手動下放觀眾席體內(nèi)部所有的疏散懸梯，其中疏1可直接與舞臺銜接，觀眾可通過連接的橋和下放到池底的懸梯進(jìn)行疏散。此疏散方式，通過橋連接的疏散寬度有21 m，池底疏散的疏散寬度有24 m，共計45 m，大于其觀眾人數(shù)計算出的26.64 m。

3)疏散場景3疏散流線：驅(qū)動觀眾席的設(shè)備失效，完全通過池底疏散的疏散方式。人員疏散方式：當(dāng)觀眾席無法靠岸時，此時電動或手動下放觀眾席體內(nèi)所有的疏散懸梯，通過13處池底疏散臺階和坡道(疏散臺階總寬 33.0 m)疏散至舞臺，并從舞臺疏散至室外大平臺，完成疏散。此疏散方式的有效總疏散寬度為觀眾席上部樓梯的寬度26.70 m，大于其觀眾人數(shù)計算出的26.64 m。

2.2 人員疏散時間判定標(biāo)準(zhǔn)

為實現(xiàn)安全疏散的功能目標(biāo)，疏散設(shè)計應(yīng)滿足綜合判定標(biāo)準(zhǔn)：可用疏散時間TASET大于必需疏散時間TRSET。

本文選取兩個關(guān)鍵數(shù)值進(jìn)行比較，分別為火災(zāi)模擬條件下人員可用疏散時間和人員必需疏散時間。其中用TASET表示從火災(zāi)發(fā)生到火災(zāi)發(fā)展至危脅人員安全疏散時的間隔時間，為可用疏散時間；用TRSET表示人員從火災(zāi)發(fā)生到疏散至安全區(qū)域所需要的實際時間，為必需疏散時間[5]。

消防安全性能化評估運用在建筑實踐中，首先應(yīng)分析待評估建筑的火災(zāi)危險性，并根據(jù)火災(zāi)危險性設(shè)定合理的火災(zāi)場景；然后用計算機(jī)模擬程序?qū)υO(shè)定火災(zāi)場景下的溫度、煙氣等參數(shù)進(jìn)行計算，得到人員可用疏散時間TASET；再根據(jù)模擬火災(zāi)場景下的人員安全疏散情況，利用人員安全疏散模擬軟件對設(shè)定疏散場景下的人員疏散情況進(jìn)行計算，得到人員必需疏散時間TRSET。最后驗證計算結(jié)果TASET是否大于TRSET，方可判定疏散方式的安全性。若TASET>TRSET，可得到結(jié)論：在模擬火災(zāi)場景下，選取的疏散方式可以確保人員能在火災(zāi)發(fā)生時疏散到安全區(qū)域并確保生命安全不受威脅。相反，如果TASET≤TRSET，則判定為選取的疏散方式不能確保人員的安全疏散要求，需要針對性的做出調(diào)整設(shè)計。

3 模擬數(shù)值計算

本文消防安全性能化設(shè)計的主要目標(biāo)，就是保障火災(zāi)狀態(tài)下，場內(nèi)所有人員能安全疏散，不發(fā)生較大以上亡人火災(zāi)事故[6]。人員是否能安全疏散的指定位置，是設(shè)計之初就必須考慮的重點。通過前文幾組關(guān)鍵數(shù)值的設(shè)定和3種建筑疏散方式的選擇，我們通過計算公式可以較為準(zhǔn)確的得到相關(guān)數(shù)值，用以比較多種情況下疏散方式的安全性，從而進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，確保人員疏散安全。通過列舉三種人員疏散模式，在火災(zāi)場景最不利情況下A01(火災(zāi)數(shù)值模擬過程省略，均取值A(chǔ)01)，運用疏散模擬軟件進(jìn)行計算得到的所需疏散時間TRSET，與各火災(zāi)場景下的環(huán)境可用疏散時間TASET進(jìn)行比較，以判斷各區(qū)域內(nèi)人員疏散的安全性，如表2所示。

表2 人員疏散安全性判定

4 結(jié)果運用

通過表2可得如下結(jié)論：

1)在自動滅火系統(tǒng)和劇場內(nèi)機(jī)械排煙系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)(按6次/h換氣次數(shù)設(shè)計排煙量，按排煙量的20%設(shè)計補(bǔ)風(fēng)量)全部可以正常運作的前提下，對于最不利點火災(zāi)數(shù)值模擬情況下的3種疏散場景，觀眾區(qū)內(nèi)的人員均能夠安全疏散至安全區(qū)域。

2)當(dāng)自動滅火系統(tǒng)和劇場內(nèi)機(jī)械排煙系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)(按6次/h換氣次數(shù)設(shè)計排煙量，按排煙量的20%設(shè)計補(bǔ)風(fēng)量)其中一個系統(tǒng)不能正常運作的前提下，對于最不利點火災(zāi)數(shù)值模擬情況下的3種疏散場景，觀眾區(qū)內(nèi)的人員均能夠安全疏散至安全區(qū)域。其中疏散方式2和疏散方式3的可用疏散時間更久，對比疏散方式1，人員疏散更有保障。

3)當(dāng)自動滅火系統(tǒng)和劇場內(nèi)機(jī)械排煙系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)(按6次/h換氣次數(shù)設(shè)計排煙量，按排煙量的20%設(shè)計補(bǔ)風(fēng)量)全部無法正常運作的情況下，對于最不利點火災(zāi)數(shù)值模擬情況下的3種疏散場景，僅有疏散方式2可以保障人員安全疏散，其余方式均要進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計和完善。

[1] GB 50016—2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

[2] 倪照鵬,王志剛.性能化消防設(shè)計中人員安全疏散的確證[J].消防科學(xué)與技術(shù),2003,22(5):22-23.

[3] Fire Code Reform Center Limited.Fire Engineering Guidelines,First Edition[R].1996.

[4] Klote.J.H.Method of Predicting Smoke Movement in Atria With Application to Smoke Management[R].1994.

[5] 美國消防工程師協(xié)會(SFPE).消防工程手冊[Z].

[6] 公安部天津消防研究所.建筑物性能化防火設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則[R].

Personnel must be evacuated time theory in oversize the numerical simulation of the theatre

Bai Yujia Zhan Wei

(FujianSanmingFireDetachment,Sanming365000,China)

Taking Xiamen Huaxia Shenyou main venue as the research object, using the personnel required evacuation time formula and theory, this paper simulated three kinds of common evacuation methods, calculated and analyzed the personnel evacuation time and effective evacuation plan, verified the reliability of personnel required evacuation time theory.

evacuation time, personnel evacuation mode, theater, automatic fire extinguishing system

1009-6825(2017)10-0011-03

2017-01-21

白宇甲(1984- )，男，工程師

TU998.1

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