周 慧，代張音，張 路，葉玉平，田世祥

(1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410116；3.貴州習(xí)升厚發(fā)科技有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引言

對于建筑火災(zāi)人員疏散，國內(nèi)外學(xué)者先后展開研究：Kubota等[6]指出人們在疏散過程中可能傾向于采用日常路線，而不是應(yīng)急路線；Li等[7]采用Massmotion模擬出口幾何布置對人員逃生機(jī)制的影響；Benthorn等[8]認(rèn)為對疏散標(biāo)識的正確理解和感知，會影響逃生者的出口選擇；周慧等[9]就疏散標(biāo)志安裝高度對疏散效率影響展開研究；張琪[10]指出在應(yīng)急疏散過程中，個(gè)體還會受災(zāi)害環(huán)境、周邊人群行為等其他外界刺激因素影響；文獻(xiàn)[11-12]發(fā)現(xiàn)恐慌心理在疏散時(shí)可能降低人群成功逃跑的可能性，激勵機(jī)制可以提高疏散效率。目前，常用疏散模擬軟件包括Pathfinder、STEPS和SIMULEX，其中Pathfinder人員智能化程度高，人群中的個(gè)體行為特征豐富且與現(xiàn)實(shí)情況十分相符，應(yīng)用最為廣泛[13];文獻(xiàn)[14-18]利用Pathfinder對建筑火災(zāi)人員疏散過程進(jìn)行模擬；Hennemann等[19]結(jié)合FDS與Pathfinder對巴西夜總會火災(zāi)和人群疏散進(jìn)行研究；Kodur等[20]利用Pathfinder研究出口關(guān)鍵參數(shù)對疏散過程的影響；文獻(xiàn)[21-22]結(jié)合火災(zāi)模擬軟件Pyrosim與Pathfinder，對高層建筑進(jìn)行火災(zāi)疏散模擬與策略研究；王建廷等[23]利用Pathfinder模擬綜合性醫(yī)院疏散情景，通過對結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)疏散出口疏散速率不均衡分布，部分出口人流量過大，極易造成踩踏事故。

現(xiàn)有研究重點(diǎn)主要在于火災(zāi)煙氣、溫度、可見度等因素對疏散效率的影響，有關(guān)疫情期間不同安全出口開放狀態(tài)對建筑火災(zāi)時(shí)人群疏散規(guī)律影響研究較少。因此，本文通過實(shí)地調(diào)研了解公共建筑疏散管理情況，以某高校辦公樓為研究對象，利用Pathfinder模擬該樓疫情管控前后人員疏散過程，分析個(gè)人擁堵總時(shí)長、最長連續(xù)擁堵時(shí)長、人員疏散路徑，并提出3種推薦方案，通過疏散模擬得到最優(yōu)出口開放方案，以期為類似進(jìn)行疫情管控的建筑消防管理提出科學(xué)合理建議。

1 疫情管控期間疏散管理調(diào)查

1.1 公共建筑疏散狀況

通過實(shí)地調(diào)查了解到，包括商場、醫(yī)院、圖書館、教學(xué)樓、辦公樓等在內(nèi)的公共建筑均存在疏散指示標(biāo)志無效、應(yīng)急照明損壞、疏散通道堵塞等不利于疏散的現(xiàn)象。疫情管控期間，各公共建筑疏散管理方面存在最大問題在于關(guān)閉部分安全出口，僅開放幾個(gè)甚至1個(gè)出口供人員進(jìn)出，以便于體溫檢測，部分建筑安裝熱成像測溫儀以代替人工測溫，導(dǎo)致出口變窄。上述問題均對火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員疏散造成消極影響，極易造成擁堵、踩踏現(xiàn)象，導(dǎo)致人員不能夠及時(shí)疏散。

1.2 相關(guān)規(guī)范

根據(jù)(GB 50016—2014)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)[24]規(guī)定，公共建筑安全出口數(shù)量應(yīng)根據(jù)建筑面積經(jīng)計(jì)算確定，且不應(yīng)少于2個(gè)；建筑面積小于200 m2且人數(shù)不超過50人的單層公共建筑或多層公共建筑，首層僅可設(shè)置1個(gè)安全出口。在新冠肺炎疫情這一特殊背景下，《新冠肺炎疫情期間重點(diǎn)場所和單位衛(wèi)生防護(hù)指南》(WS/T 698—2020)[25]規(guī)定進(jìn)出重點(diǎn)場所人員必須進(jìn)行體溫檢測。多數(shù)公共建筑采取關(guān)閉部分安全出口，以對進(jìn)入建筑人員嚴(yán)格執(zhí)行體溫檢測。

咨詢消防相關(guān)專家了解到，結(jié)合疫情管控這一實(shí)際情況，面積較小、人員較少的建筑僅開放1個(gè)出口作為主要安全出口，另需保留1個(gè)出口，可不對人員開放但不能上鎖，用以緊急情況發(fā)生時(shí)疏散逃生。

2 不同出口狀態(tài)疏散模擬

2.1 建筑簡介

本文研究對象為某高校學(xué)院辦公樓，具有人員分布密集、易燃物品多、火災(zāi)荷載大、火災(zāi)隱患大等特點(diǎn)。辦公樓日常容納約100人，主要為該校教職工和大學(xué)生，年齡分布在18～50歲，身高在1.50～1.81 m之間，學(xué)歷均為本科及以上，消防知識掌握情況較好。該建筑共5層，建筑面積為715 m2，共4個(gè)安全出口，如圖1所示。

圖1 安全出口示意Fig.1 Schematic diagram of safety exits

2.2 疏散模擬

為探究不同出口開放狀態(tài)對火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員疏散影響，采用Pathfinder軟件模擬疫情前后2種出口狀態(tài)下的疏散情況：

準(zhǔn)備工作就緒后，我們利用班會課給大家公布了“先鋒車站”的行事原則，也任命了小劉的職務(wù)，最后，由小劉宣布“車站”正式成立。先鋒車站的故事就這樣拉開了帷幕。

1)常規(guī)情況。未發(fā)生疫情前，開放出口Ⅰ～Ⅳ。

2)疫情管控期間?？紤]應(yīng)急疏散最困難情況，人員僅通過出口Ⅰ疏散至室外，僅開放出口Ⅰ。疏散模型如圖2所示。

圖2 疏散模型示意Fig.2 Schematic diagram of evacuation model

疏散模擬中，200個(gè)成年人隨機(jī)分散在建筑中，人員疏散過程行走速度參考SPFE手冊[26]，人員尺寸參考《中國成年人人體尺寸》(GB 10000—1988)[27]，最大肩寬取值0.46 m，人員身高在1.5～1.8 m之間均勻分布。

3 結(jié)果與分析

3.1 擁堵時(shí)長

疏散模擬過程中，個(gè)人對應(yīng)擁堵總時(shí)長及個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長如圖3所示。

圖3 擁堵時(shí)長Fig.3 Congestion duration

常規(guī)情況下，人均擁堵時(shí)長為16.01 s，個(gè)人擁堵總時(shí)長最大為A點(diǎn)120.45 s；疫情管控期間，人均擁堵時(shí)長為23.92 s，個(gè)人擁堵總時(shí)長最大為B點(diǎn)168.23 s；C點(diǎn)個(gè)人擁堵總時(shí)長為141.6 s、D點(diǎn)為125.1 s，均大于A點(diǎn)。序號為84～107的人員在疫情管控期間擁堵總時(shí)長均大于常規(guī)情況下?lián)矶驴倳r(shí)長，從平均擁堵總時(shí)長及整體來看，疫情管控期間個(gè)人連續(xù)擁堵時(shí)長大于常規(guī)情況。

常規(guī)情況下，個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長最大為E點(diǎn)28.73 s，人均最長連續(xù)擁堵時(shí)長為4.21 s；疫情管控期間，個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長最大為F點(diǎn)24.82 s，人均最長連續(xù)擁堵時(shí)長為5.13 s；G，H，I，J點(diǎn)個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長分別為24.7，23.2，24.5，23.1 s，4個(gè)點(diǎn)的個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長均大于23 s。從均值及整體來看，疫情管控期間個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長大于常規(guī)情況。

3.2 疏散路徑

為分析疫情管控期間擁堵時(shí)長增大原因并找出疏散過程中存在的問題，繪制疏散路徑示意如圖4所示。

圖4 疏散路徑示意Fig.4 Schematic diagram of evacuation routes

結(jié)合圖1，當(dāng)4個(gè)出口全部打開時(shí)，區(qū)域A中2～5層人員全部匯入樓梯1并通往出口Ⅱ、Ⅲ，1層人員直接通往安全出口Ⅱ、Ⅲ，然后疏散至室外；區(qū)域B中，3～5層人員通往樓梯2至出口Ⅰ，2層靠近出口Ⅳ的人員直接通往出口Ⅳ，2層靠近樓梯2人員匯入3～5層人員，并通往出口Ⅰ，1層人員直接通往安全出口Ⅰ，然后疏散至室外。

僅開放出口Ⅰ時(shí)，區(qū)域A中2～5層樓梯1左側(cè)人員全部匯入樓梯1，并與1層人員共同通往出口Ⅰ，然后疏散至室外；樓梯1右側(cè)人員則與區(qū)域B的人員匯合，全部前往樓梯2，并通往出口Ⅰ，然后疏散至室外，該情況導(dǎo)致樓梯2在疏散過程中出現(xiàn)擁堵行為，截取樓梯2人員密度最大期間(84～126 s)熱力圖如圖5所示。

圖5 人員密度熱力圖Fig.5 Thermal diagram of personnel density

由圖5可知，在疏散時(shí)間84 s時(shí)，4、5層間樓梯人員密度較大，最大為2.75 occs/m2，疏散時(shí)間大于90 s，該層樓梯人員密度逐漸減小至126 s時(shí)的1.10 occs/m2；3,4層間樓梯人員密度由84 s時(shí)最大2.36 occs/m2逐漸增大至108 s時(shí)最大為2.90 occs/m2，然后逐漸減?。?,3層樓梯間在84～96 s時(shí)，人員密度最大為3 occs/m2，然后逐漸減小，在102 s時(shí)人員密度較小，最大為2.7 occs/m2，隨后又逐漸增大至108 s最大為3 occs/m2，并持續(xù)至126 s。

此外，2,3層樓梯為84～126 s期間人員最密集區(qū)域，1,2層人員密度卻相對較小，結(jié)合圖4(b)可知，由于疫情管控該建筑只開放1個(gè)安全出口，導(dǎo)致人員改變疏散路徑，區(qū)域A中3,4,5層人員與區(qū)域B中3,4,5層人員匯合，通過樓梯2疏散至出口Ⅰ，越往下人員數(shù)量越多，至2～3層樓梯時(shí)人員數(shù)量增多，人員疏散速度變慢，不能夠及時(shí)疏散至1～2層樓梯，因此，2～3樓梯層人員密度大于1～2層樓梯。由于樓梯路段疏散過程中比較危險(xiǎn)，疏散改道造成的擁堵、人員恐慌心理以及競爭行為容易使危險(xiǎn)加劇，可能造成踩踏事件。

4 推薦疏散方案

4.1 方案概況

疫情管控期間僅開放1個(gè)出口，對火災(zāi)發(fā)生時(shí)疏散造成消極影響，為減小出口Ⅰ的疏散壓力、縮短疏散過程中擁堵時(shí)長，基于《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中對出口個(gè)數(shù)要求，考慮疫情管控期間增開1個(gè)出口，達(dá)到改善疏散狀況的目的。鑒于此，本文提出3種出口開放方案，并對3種開放方案進(jìn)行模擬，以得到最優(yōu)開放方案。3種方案中，僅改變出口開放情況，人員數(shù)量及位置與常規(guī)情況、疫情管控期間一致。疫情前后以及3種推薦方案出口開放情況如表1所示。

表1 安全出口開放情況Table 1 Conditions of safety exits opening

4.2 數(shù)據(jù)分析

1)疏散時(shí)長

5種出口開放狀態(tài)下建筑內(nèi)剩余人數(shù)-時(shí)間如圖6所示。由圖6可知，常規(guī)情況下，第189 s時(shí)人員疏散完畢；疫情管控期間，第247 s時(shí)人員疏散完畢；方案Ⅰ中，第215 s時(shí)人員疏散完畢，相對于疫情管控期間縮短32 s；方案Ⅱ 中，第224 s時(shí)人員疏散完畢，相對于疫情管控期間縮短23 s；方案Ⅲ 中，第195 s時(shí)人員疏散完畢，相對于疫情管控期間縮短52 s。疫情管控期間曲線高于其余4條曲線，表明在疫情管控期間相同數(shù)量人員疏散至室外所需總時(shí)長均大于其余4種狀態(tài)。

圖6 建筑內(nèi)剩余人數(shù)-時(shí)間Fig.6 Relationship between number of people remaining in building and time

2)擁堵時(shí)長

5種出口開放狀態(tài)下?lián)矶聲r(shí)長統(tǒng)計(jì)如表2所示。對于個(gè)人擁堵總時(shí)長，方案Ⅰ均值最大為31.34 s，相較于疫情管控期間增大7.42 s；方案Ⅲ均值最小為12.17 s，與疫情管控期間相差11.75 s，方案Ⅲ擁堵總時(shí)長均值甚至小于常規(guī)情況均值。對于個(gè)人擁堵總時(shí)長最大值，疫情管控期間最大為168.23 s，方案Ⅲ中最小為94.57 s，相較于疫情管控期間減小73.66 s。

表2 擁堵時(shí)長統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of congestion duration

對于個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長，均值最大為方案Ⅰ的10.32 s，相較于疫情管控期間增大5.19 s，最小為方案Ⅲ中的2.57 s，相較于疫情管控期間減小2.56 s。個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長最大值中最大為方案Ⅰ的86.80 s，相較于疫情管控期間增大57.33 s，最小為方案Ⅲ的23.58 s，相較于疫情管控期間減小1.24 s。

方案Ⅲ中，出口Ⅰ是進(jìn)入該建筑人員常用出口，出口Ⅳ位于2層，建筑上層人員距離該出口更近，且不用通過1～2層樓梯即可疏散至室外，因此，同時(shí)開放出口Ⅰ,Ⅳ，能減小人員疏散時(shí)長、縮短人員擁堵時(shí)長。疫情管控期間同時(shí)開放人員常用出口和建筑上層人員疏散距離最短出口，可提高人員疏散效率，且在一定程度上可避免因擁堵造成樓梯路段發(fā)生踩踏事件。

5 結(jié)論

1)通過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，公共建筑普遍存在疏散通道堵塞、應(yīng)急照明損壞、疏散標(biāo)志無效、防火門封鎖、安全出口開放數(shù)量少等影響人員疏散的問題。

2)模擬結(jié)果表明，區(qū)域A部分人員匯合至區(qū)域B中，導(dǎo)致樓梯2人員密度增大，人員在2～3層樓梯發(fā)生擁堵，導(dǎo)致疫情管控期間人均擁堵時(shí)長(23.92 s)、個(gè)人最大擁堵時(shí)長(168.23 s)大于常規(guī)情況下的人均擁堵時(shí)長(16.01 s)、個(gè)人最大擁堵時(shí)長(120.45 s)，且整體來看，疫情管控期間個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長大于常規(guī)情況。

3)3種推薦方案中，最優(yōu)出口開放方案為同時(shí)開放出口Ⅰ和Ⅳ的方案Ⅲ，疏散時(shí)長較疫情管控期間縮短52 s、個(gè)人擁堵總時(shí)長均值減小11.75 s、個(gè)人最長連續(xù)擁堵時(shí)長減小2.56 s。

4)疫情管控期間，同時(shí)開放人員常用出口和建筑上層人員疏散距離最短出口，可提高人員疏散效率，且在一定程度上可避免樓梯路段由于擁堵發(fā)生踩踏事件。