王 艷

(合肥市消防救援支隊，安徽 合肥 230001)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，大量的地下建筑出現(xiàn)，同時地下建筑場所內(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)成為全社會的關(guān)心問題，急需研究解決。本文首先對安徽省池州市的某地下商場內(nèi)人員緊急疏散模擬。其次，采集分析了實際疏散人員的流量、速度、疏散時間等參數(shù)。最后，基于pathfinder所構(gòu)建的部分地下商場的場景模擬與實驗的疏散結(jié)果，比較實驗研究和模擬研究的各項運動參數(shù)，為地下商場內(nèi)人員疏散設(shè)計提供應(yīng)用方面的借鑒。

1 疏散模擬軟件

近年來，計算機技術(shù)的高速發(fā)展為人員疏散的模擬研究提供了快速發(fā)展的機會和高效的模擬平臺，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)時期人員疏散計算機模型FEgress，該火災(zāi)模擬軟件模型可以計算在建筑物內(nèi)不同位置處發(fā)生火災(zāi)時，從火災(zāi)發(fā)生到人員疏散結(jié)束所需的時間，可以評價火災(zāi)時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，分別利用SFPE模式和Steering模式兩種不同的模式進行模擬，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，對緊急情況下地下商場內(nèi)的行人疏散進行仿真模擬研究。

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某高校實驗綜合樓進行四個不同火災(zāi)場景下的仿真數(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行模型建立對某商業(yè)中合體商場部分進行了仿真數(shù)值模擬。得到的兩個仿真數(shù)值煙氣高度、能見度、氣體溫度、CO濃度達到危害人體生命安全的臨界時間與人員疏散必須時間進行比較。仝貴來[5]利用疏散軟件Pathfinder對某屋面透空型大型地下商業(yè)建筑的特定場景進行人員疏散安全性模擬研究，基于其平面特點，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行相關(guān)研究：何彩虹[6]對西安某大型地下商場的客流量進行了實測，研究了兩種流動狀態(tài)(離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài))時人員疏散的行為特征，分析了該地下商場客流量的影響因素。顏麗等[7]以重慶某大型地下商場為調(diào)查對象，分別在工作日和雙休日對商場人流量進行實測，為大型地下商場人員緊急疏散提供人流量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。黃敏[8]以長沙某地下商場為例,進行實地調(diào)查研究,收集相關(guān)數(shù)據(jù)。建立火災(zāi)場景，進行火源設(shè)定，通過計算比較兩種時間：ASET和RSET，對其進行火災(zāi)情況下人員安全疏散的評價研究。劉丹晨[9]對淮南某地下商業(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；對模擬結(jié)果進行合并，統(tǒng)計，整理和分析，對人員疏散提出建議。袁婧[10]借助Pathfinder安全疏散軟件，對不同群體的個體動作進行圖示化虛擬演練。

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景，也可以將真實建筑物場景的CAD圖導(dǎo)入至Pathfinder軟件中，從而建立仿真場景。

1.2 運動模式設(shè)置

Pathfinder軟件對于行人運動模式分為SPFE模式和Steering模式。SPFE模式是最為基本的人員運動行為。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。

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)實際測量的參數(shù)進行內(nèi)部建模，完善樓梯、通道、出口等。

(2)疏散人員的建模：在地下商場仿真場景的5個實驗起始位置處，添加與實驗相同人數(shù)的疏散人員，根據(jù)實際情況，設(shè)定好人員的屬性，包括身體尺寸參數(shù)、運動參數(shù)等。

(3)運動模式選擇：本模擬采用更接近于真實情況的Steering疏散模式。

2 模擬場景設(shè)置

2.1 模擬場景構(gòu)建

首先在pathfinder軟件中，選取準(zhǔn)備實驗的區(qū)域，構(gòu)建出該地下商場的仿真模擬場景，疏散人員初始分布在5個位置如圖1所示。5個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個臺階，每個臺階深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《中國成年人人體尺寸》(GB 10000-1988)的規(guī)定，設(shè)置人員運動速度、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)實際情況，各小組人群在起始疏散位置處是隨機均勻分布的，因此模擬中也采用隨機均勻分布。

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)，以及采用各個小組人群起始位置處的速度作為人群初始運動速度。

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間，讓不同位置的人先后開始疏散。設(shè)計的疏散策略為：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。模擬延時疏散策略與模擬各小組同時疏散過程的對比如圖2所示。

圖2 模擬同時疏散和延時疏散策略對比

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

4 模擬實驗與實際疏散實驗數(shù)據(jù)對比

4.1 疏散實驗數(shù)值

實驗人員身體條件及實驗場景的限制，該疏散實驗只做了一次。根據(jù)在商場內(nèi)多處關(guān)鍵地點錄制的實驗視頻，統(tǒng)計了人群快速疏散的疏散時間、流量以及速度等運動參數(shù)。

4.2 實驗結(jié)果和模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)對比

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

圖3 實驗結(jié)果與模擬結(jié)果的對比

5 結(jié) 論

本文對部分區(qū)域地下商場疏散實驗場景構(gòu)建了軟件中地下商場部分區(qū)域的人員疏散模擬場景，對基于Pathfinder所構(gòu)建的部分地下商場的場景模擬疏散與實驗的疏散結(jié)果各項運動參數(shù)進行對比分析。結(jié)果表明：

(1)模擬與實驗的疏散時間基本相同，本文建立的疏散模型可以較好的對地下商場的人員疏散進行模擬。

(2)對比前人研究，增設(shè)了部分人群延時疏散的疏散策略，與所有人員同時疏散進行對比，結(jié)果表明延時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)對整體地下商場開展不同人數(shù)的人員疏散設(shè)計應(yīng)用有一定實踐意義。

(4)基于模擬與實驗疏散的吻合度，可以探索不同使用功能的場所更優(yōu)疏散設(shè)計研究。