文、圖／北京市應(yīng)急管理科學(xué)技術(shù)研究院 楊建博

本文以商業(yè)綜合體為研究對(duì)象，運(yùn)用Pathfinder軟件進(jìn)行仿真模擬，對(duì)比分析了SFPE和steering兩種疏散模式，分析了模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題并進(jìn)行了加寬樓梯、增加安全出口、加外部樓梯三種優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，steering模式所用時(shí)間更短，也更符合實(shí)際情況；并通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)減少所需安全疏散時(shí)間，提高人們的疏散效率。

工程項(xiàng)目概況以及模型建立

本文以某市新時(shí)代商業(yè)中心為研究對(duì)象，來(lái)進(jìn)行此次研究。新時(shí)代商業(yè)中心是一種大型商業(yè)綜合體，其樓層高約為54m，占地面積約為4000m2，樓層數(shù)為地下兩層，地上四層。具體分布如表1所示。

表1 新時(shí)代商業(yè)中心各層區(qū)域劃分

本文以CAD平面圖為基礎(chǔ)，再結(jié)合Pathfinder軟件構(gòu)建基礎(chǔ)模型。

安全疏散模擬的基本參數(shù)確定

在建模之后，便要考慮模型中的疏散人數(shù)。疏散人數(shù)的確定，有多方面的影響因素，本文便是根據(jù)不同的劃分區(qū)域、不同的肩寬和不同的人員類(lèi)型等多種因素綜合分析得出結(jié)果。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，各劃分區(qū)域的人員數(shù)量取決于該區(qū)域面積、人員密度和身高肩寬等方面。人員密度具體引用的數(shù)據(jù)有：西安市某大型商業(yè)綜合體進(jìn)行人員密度現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)，地上四層取0.22人/m2；地上三層取0.31人/m2；地上二層取0.34人/m2；地上一層取0.32人/m2；地下一層取0.28人/m2；地下二層和一層一樣取0.28人/m2。對(duì)大型超市賣(mài)場(chǎng)的客流密度調(diào)研取0.2人/m2。對(duì)餐飲店人員密度調(diào)研取0.051人/m2。綜合上述的數(shù)據(jù)和所建立模型各區(qū)域的分布面積得出具體人員分布結(jié)果如表2所示。

表2 模型疏散人數(shù)

通過(guò)查找相關(guān)資料，確定得出不同區(qū)域的人員配比。由于人員速度受到多方面影響，所以在本文中參考了國(guó)外的一些標(biāo)準(zhǔn)的估值，具體有男人1.35m/s、女人1.15m/s、兒童0.9m/s、老人0.8m/s。

兩種疏散模式對(duì)比分析

SFPE疏散模式是使用了消防工程的SFPE手冊(cè)中提出的假設(shè)組，并能給出與其相似的答案，其控制機(jī)制是門(mén)隊(duì)列，人員會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移至最近的出口。通常情況下來(lái)看，SFPE模式的CPU運(yùn)行時(shí)間比steering更快。steering疏散模式中存在防撞和人員的交互作用，其中包含有路徑規(guī)劃指導(dǎo)機(jī)制。在這種模式下，人員能夠自由選擇自己所需要的路徑。通過(guò)基礎(chǔ)模型和上述安全疏散模擬的基本參數(shù)，添加人員，開(kāi)始模擬，模擬過(guò)程中電梯禁用。

通過(guò)模擬結(jié)果可知，SFPE模型所需安全疏散時(shí)間為1396.3s，即23.16min；steering模式所需安全疏散時(shí)間為1171.8s，即19.31min。綜合兩種疏散模式的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)steering模式所用時(shí)間更短，也更符合實(shí)際情況，所以后面所做的優(yōu)化等工作都是以steering模式進(jìn)行。

模擬結(jié)果分析

通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題：一是疏散人員數(shù)量巨大，樓梯口會(huì)出現(xiàn)擁擠行為，導(dǎo)致人員密度過(guò)大；二是初始模擬時(shí)，由人員的疏散軌跡及軟件圖表分析可以看出各樓梯利用率高低不同；三是位于地上一層的兩個(gè)大型出口供不應(yīng)求，因?yàn)橥ㄏ虻叵聝蓪拥臉翘葺^少，地下兩層亦沒(méi)有設(shè)置出口，所以最后導(dǎo)致整體疏散時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的反而是地下兩層人員擁堵，使得整體疏散效率變慢。

優(yōu)化設(shè)計(jì)

綜合上述情況，結(jié)合2018版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》筆者對(duì)本文的模型做了如下優(yōu)化。

規(guī)范規(guī)定公共建筑安全疏散出口（包括門(mén)）的凈寬度不應(yīng)小于0.9m，疏散走道和樓梯的凈寬度不應(yīng)該小于1.1m。而本文所做的初始模型中，樓梯寬度最小凈寬度為1.2m，疏散門(mén)的最小凈寬度為1m。兩者全部符合規(guī)范規(guī)定。但由于商業(yè)綜合體屬于人員密集場(chǎng)所的公共建筑，由初始的模型模擬可知，其在樓梯處滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，疏散效率太低。為了使人員疏散效率提升，本文將把樓梯進(jìn)行加寬。由1.2m加寬至1.35m，亦符合建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范。

本文所做的初始模型在地上一層設(shè)有兩個(gè)大型安全出口，符合規(guī)范規(guī)定。但由于模擬時(shí)將地下停車(chē)場(chǎng)的安全出口禁用，嚴(yán)重影響人員的疏散效率，所以在地下一層加一個(gè)大型安全出口，以緩解地下停車(chē)場(chǎng)由于出口禁用而增大的人流。此層出口為斜坡式安全出口，直通地面，和現(xiàn)實(shí)大型地下超市所設(shè)計(jì)的安全出口類(lèi)似。其出口設(shè)置在正北方，兩個(gè)小型辦公室的中間。

加外部樓梯模型圖

由于此模型都設(shè)置為封閉樓梯，但一般的商業(yè)綜合體都設(shè)有外部樓梯和電梯（本文電梯禁用），故為了提升人員疏散效率，可仿照現(xiàn)實(shí)商業(yè)綜合體加設(shè)外部樓梯，可在火災(zāi)發(fā)生緊急疏散時(shí)使用。外部樓梯設(shè)置在兩邊的樓梯中間，樓梯寬度和改進(jìn)后樓梯寬度相同均為1.35m，一眼看去感覺(jué)像三個(gè)“口”字連接，貫穿一到四層，看起來(lái)也很美觀，如圖所示。

驗(yàn)證分析

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)再次模擬，其結(jié)果如下：

加寬樓梯后疏散時(shí)間為1051.5s，疏散時(shí)間減少了120.3s。

地下一層加一個(gè)大型安全出口后疏散時(shí)間為1007s，疏散時(shí)間減少了164.8s。

在地上一層到四層加外部樓梯后疏散時(shí)間為1081.8s，疏散時(shí)間減少了90s。

現(xiàn)在在原模型的基礎(chǔ)上，先加寬樓梯，接著在地下一層加一大型安全出口，最后加一至四層的外部樓梯，然后進(jìn)行模擬。結(jié)果為：加寬樓梯的模擬時(shí)間為1051.5s，疏散時(shí)間減少了120.3s；在加寬樓梯的基礎(chǔ)上增加安全出口的模擬時(shí)間為896.8s，疏散時(shí)間共減少了275s；在前兩者的基礎(chǔ)上加外部電梯的模擬時(shí)間為759.5s，疏散時(shí)間共減少了412.3s。經(jīng)過(guò)三步優(yōu)化，把此模型所需的疏散時(shí)間由初始的1171.8s降到759.5s，共減少疏散時(shí)間412.3s，使模型得到了優(yōu)化，明顯提升了人員的疏散效率。

結(jié)論

本文通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)減少了所需安全疏散時(shí)間，提高人們的疏散效率。

不管怎么優(yōu)化，商業(yè)綜合體的人流量巨大是個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。這也是Pathfinder軟件本身的缺陷，無(wú)論做何種優(yōu)化，樓梯口的人員擁堵是無(wú)法解決的問(wèn)題。

上述文中的三步優(yōu)化沒(méi)有誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，他們都是為了減少模型所需疏散時(shí)間而服務(wù)。三步優(yōu)化共同作用所減少的疏散時(shí)間，肯定和三步單獨(dú)對(duì)原模型優(yōu)化時(shí)間的機(jī)械相加不同。也就是說(shuō)三步優(yōu)化之間有作用力，雖然三步優(yōu)化最終減少了所需安全疏散時(shí)間，但是每?jī)煞N疏散優(yōu)化有時(shí)會(huì)抵消一部分對(duì)方的積極作用，有時(shí)反而會(huì)促進(jìn)對(duì)方的優(yōu)化。

優(yōu)化雖然減少了所需安全疏散時(shí)間，但是也凸顯了樓梯利用率的問(wèn)題。在初始模擬時(shí)，雖然樓梯利用率不同，但模型中所有樓梯都在使用；在優(yōu)化模型后，側(cè)邊角的樓梯使用率大大降低，也可以通過(guò)軟件圖表分析發(fā)現(xiàn)有十個(gè)樓梯在疏散過(guò)程中根本沒(méi)有使用，利用率為0。