倪慧琳 王紅囡 寧遠 胡若婷 駱勝歡

（上海師范大學建筑工程學院，上海 200233）

0 引言

高校學生宿舍是學校消防安全重點單位之一。據(jù)調(diào)查，近年來多起高校火災的發(fā)生地點在學生宿舍。學生宿舍人員密度大，書籍、棉被、衣物、蚊帳等易燃物品多，電器集中，且學生安全意識淡薄，存在諸多安全隱患。一旦失火，火勢蔓延速度快，將會威脅學生生命安全和造成財產(chǎn)損失［1］。而建筑逃生客觀上仍存在諸多困境，傳統(tǒng)的逃生通道一定程度上難以全面覆蓋目前的逃生需求，由此建筑逃生設施建設的客觀需求也隨之不斷提升。近年來，國內(nèi)外對不同建筑的逃生設施進行了大量研究，出現(xiàn)了逃生緩降器、逃生軟梯、電磁逃生系統(tǒng)、自動逃生索等［2］。

考慮客戶的主觀需求，本項目進行了問卷調(diào)查。統(tǒng)計結(jié)果顯示，69.31%的受訪者認為當前的民用建筑仍然存在逃生設施單一、疏散困難的情況，說明對逃生設施優(yōu)化有相當一部分的需求；91%的受訪者認為有必要增設逃生設施；98%的受訪者對逃生設施科普持積極態(tài)度，表示愿意通過其他途徑去接觸新型逃生設施，說明消防設施的普及對受訪者來說仍具有一定的吸引力，并且絕大多數(shù)的受訪者也認同應當繼續(xù)加強消防設施的普及，具有較強的主動性；82.18%的受訪者認為學校宿舍樓最應該增強消防規(guī)劃；有六成以上的受訪者表示應該提升校園內(nèi)公共場所消防力度，說明進行校園場所尤其是宿舍樓的消防改造以及規(guī)劃具有現(xiàn)實意義。

本文基于前人研究，針對高校學生宿舍特點，提出了增設逃生設施的優(yōu)化方案，并運用PyroSim 及Pathfinder 軟件進行火災模擬分析，進一步驗證逃生設施安裝及應用的可行性，提供具有一定創(chuàng)新改良性的建筑逃生設施方案，可為高校學生宿舍消防安全管理提供參考。

1 逃生設施優(yōu)選

1.1 設施選擇

根據(jù)問卷調(diào)查的結(jié)果可知，雖然受訪者對新型逃生設施的了解程度不夠，但愿意通過宣講會等形式去了解，這為新型逃生設施的實行提供了可能。高校學生宿舍的特點如下：①樓層不高，大多為6 層建筑；②建筑外立面規(guī)則平整，大多有不封閉的陽臺或者較大窗戶；③人員密度大，大多數(shù)宿舍為4 人間或者6 人間；④學生20 歲左右，學習能力較強，身手靈活，反應迅速。

目前市面上常見的逃生設施有3 類，逃生緩降器、逃生滑梯和逃生氣墊的性能對比見表1。針對高校學生宿舍特點，綜合考慮安全性、經(jīng)濟性、高效性、耐用性、可操作性指標，最終選擇逃生緩降器［3］。逃生緩降器又稱逃生繩，主要起到讓逃生者通過窗臺實現(xiàn)緩降下落至平地的作用，為預安裝設施，可以重復利用，原理類似于吊索，而往復式逃生緩降器提供雙渠道，可以在前1 個人下落至平面時讓下1 個人直接使用，大大提升了逃生效率。

表1 3 種常見逃生設施五維度綜合對比

1.2 位置選擇

逃生緩降器利用窗臺給人提供逃生的可能，所以安裝位置選擇為寢室的陽臺或窗臺。對實際操作性較差的寢室，如窗臺遮擋、窗臺小，該處無法著陸等，考慮經(jīng)濟因素以及實際效用不作安裝；對安裝可行性較好的寢室，安裝位置參考標準如下：

1）經(jīng)濟性。不必每層樓的每個房間都安裝，綜合考量，選擇性安裝。

2）疏散困難優(yōu)先原則。疏散壓力大（疏散用時較長）的房間、人流密度較大的關(guān)卡拐點安裝優(yōu)先級較高，離安全出口較近的房間滯后考慮。

3）應急情況備案?？紤]到著火點位置導致安全疏散通道阻斷、疏散樓梯不能使用的情況，2 樓及以上每層樓至少安裝1 個逃生設施。

4）下行路徑因素?？紤]到逃生緩降器使用過程中空間的最大化利用，選擇錯位安裝。

2 應用方案

2.1 模型建立

某高校學生宿舍樓為6 層砌體結(jié)構(gòu)，有3 個單元（圖1、圖2 所示為二單元，即中間單元），共有3 個樓梯，每層共有27 間宿舍。運用Revit 軟件建立了相應的建筑模型。圖1 為實地考察后繪制建立的Revit模型，圓點處是設計的逃生緩降器的安裝位置（以二單元為例展示）。

圖1 逃生緩降器布置方案

圖2 6 樓平面在3 s 時的模擬疏散情況

2.2 人員參數(shù)規(guī)定

為了保證模擬的真實性，根據(jù)相關(guān)試驗報告［4-5］對參試人員的各項參數(shù)規(guī)定如下：①反應時間為0.2 s。②速度為1.3 m/s。③舒適距離為0.7 m。④等待時長。排隊通過1 個出口的平均等待用時，正常可以通過的門不受限，模擬加了逃生緩降器后的疏散情況時，以窗臺出口的等待用時作為逃生緩降器的使用時間。⑤側(cè)身通過系數(shù)。以人的肩寬作為基數(shù)，其與側(cè)身通過系數(shù)的乘積為人可以通過的最窄通道寬度。

2.3 設施安裝位置選擇

除了上述裝置選擇的通用標準，在考慮該模型的逃生疏散情況時，還參照了黃金3 min的時間要求以及多數(shù)高校的消防成本作為硬性指標要求。

1）經(jīng)濟性。在選擇性安裝、緩解主通道疏散壓力的同時，一定程度上降低消防成本。

2）疏散困難優(yōu)先原則。在一定消防成本下，對于疏散時人流密度較高的1、2、5、6、7、8、9 號寢室優(yōu)先考慮安裝逃生設施；對于疏散時人流密度較低的廁所以及離主通道較近的3、4 號寢室滯后考慮。

3）應急情況備案。2 樓及以上每層樓至少安裝1 個逃生設施。

4）下行路徑因素。考慮到逃生緩降器使用過程中空間的最大化利用，選擇錯位安裝，本樓層安裝逃生緩降器的寢室正上下2 層的相關(guān)寢室不作安裝。隔層之間安裝的逃生緩降器在橫向上也錯開。完整安裝設計方案示意見圖1。

圖2 為火災發(fā)生后，人員疏散3 s時人流密度分布狀況。由圖2 可見，1、2、8、9 號房間形成袋型走廊，且人數(shù)最多，故疏散時走廊人流密度最大。

2.4 煙氣流動仿真模擬

結(jié)合PyroSim 煙氣流動分析，可觀測到火勢由小到大對某一位置平面整體溫度變化的動態(tài)影響。火源逐漸沿著走廊蔓延到逃生樓梯時，逃生樓梯周邊溫度較高，給人員逃生增加了一定壓力，當火源靠近下層時逃生樓梯的逃生壓力更大，此時逃生緩降器作為輔助逃生設施可以應對此類極端情況下人員的逃生工作，提升建筑的抗災害軟實力?；诖?，在預算范圍內(nèi)，本項目在原有設計方案的基礎(chǔ)上對逃生緩降器應裝盡裝，盡可能滿足極端情況下對逃生設施的需求，并采用兩兩寢室相隔安裝方式，以期使得效益最大化。

3 疏散安全性分析

針對案例模擬安裝前（逃生者有序排隊撤離，未安裝逃生緩降器）和安裝后（逃生者無序撤離，已安裝逃生緩降器）的撤離情況，模擬疏散時人員根據(jù)實際逃生情況選擇疏散時間最快的出口離開。

3.1 安裝前模擬分析

為了更直觀地對比，以寢室最后1 位逃生者撤離安全出口（逃生緩降器使用完畢或離開消防門）的時間作為該寢室的逃生時長，橫向?qū)Ρ韧N情況下各寢室的逃生情況，以此在原先的理論基礎(chǔ)上，通過模擬對原有逃生緩降器的布置方案作進一步整改。

圖3（a）和圖3（b）分別為安裝前及安裝后以寢室為單位得到的逃生時間數(shù)據(jù)匯總，橫坐標為房間號，縱坐標為樓層，通過色塊反映該房間的逃生時間，時間越長顏色越深。從圖3（a）可以看到，對不同樓層的同號房間來說，樓層高的房間逃生時間較樓層低的長；對于同樓層不同房間，因為本次模擬的是安裝前僅使用逃生樓梯的情況，所有人員都從逃生樓梯疏散，總體而言，離樓梯較遠的房間疏散較慢，而離樓梯較近的房間疏散較快。根據(jù)分析結(jié)果，提出了逃生設施位置選擇方案：首先，2 層及以上樓層考慮每層至少安裝1 個逃生緩降器，以防出現(xiàn)低樓層樓梯著火或堵塞無法通行的情況；其次，為提升疏散效率，對高樓層放置較多的逃生緩降器；最后，考慮到經(jīng)濟因素以及實際使用情況，對逃生緩降器的施放采取兩兩錯開的設計，避免下行路徑有沖突。

圖3 逃生時間數(shù)據(jù)匯總（單位：s）

3.2 安裝后模擬分析

對比安裝前后的最大撤離和平均撤離用時，評估安裝方案的效用與可行性。從房間內(nèi)逃離開始計算時間，到達或排到逃生緩降器，使用逃生緩降器安全落地為止。為提高模擬精度，設定了門（窗）的打開時間，并且加上了依次使用逃生緩降器的排隊時間。

由圖3（b）可以看出，6 樓2 號房間的逃生最長用時由237 s 減少到172 s，所有房間逃生的平均用時從116 s 減少到了71 s。根據(jù)模擬結(jié)果，也可對逃生緩降器的投放進一步優(yōu)化，比如針對用時還是較為緊張的6 樓2 號房間，單獨考慮增添逃生緩降器，或者在預算足夠的情況下，也可以利用空置的廁所增添逃生緩降器等。

4 結(jié)論

1）高校學生宿舍火災隱患極大，一旦發(fā)生火災，煙氣短時間很容易積聚，學生很可能選擇退避到陽臺，所以在陽臺設置逃生緩降器可以增加逃生可能性，減少人員傷亡。

2）高校學生宿舍大多為多層建筑，逃生緩降器質(zhì)量輕，安全方便，占用空間小，實用性強，經(jīng)濟性好。

3）合理布置逃生緩降器可以有效地縮短逃生時間，尤其是為較高樓層的被困人員提供了更快捷的逃生路徑，降低人員傷亡的可能性，值得在高校學生宿舍中大力推廣。