某高层住宅建筑火灾疏散模拟分析

彭飞 陈巧珍 凤鹏飞

摘 要：基于对祥源城高层住宅人员的调查研究，利用疏散软件Pathfinder针对出口的数量、出口的宽度、楼梯因素、人的行为因素对建筑内人员疏散的影响。通过模拟疏散发现安全出口的数量和宽度对人员疏散的影响最为明显，楼梯的因素对人员疏散的影响较小，人的行为因素也对疏散起着决定性作用。分析和比较得出疏散过程中可能存在的不同瓶颈，结合高层居民楼建筑自身特点在发生火灾情况下人员的疏散提出了一些对策，能够达到减轻人员伤亡以及财产损失的效果，从而可作为高层居民楼人员疏散的参考依据。

关键词：高层住宅；Pathfinder；人员疏散；疏散效率

中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）02-0081-05

随着经济的发展，高层建筑数量越来越多，由于高层住宅数量的不断增多，发生火灾的可能性也就不断上升。尤其是最近几年，全国各地高层住宅建筑发生火灾的例子很多[1-2]。

2014年5月1日下午，上海龙吴路2 888号一幢高层居民楼发生火灾，据悉，两名消防队员在扑救过程中牺牲，另一名消防队员受重伤被送往上海市第六人民医院进行救治。围观者议论，起火在13楼，或为一处群租房，内部情况较为复杂，具体起火原因还在调查；2015年10月28日上午，浙江宁波一高层住宅内，突发大火。消防员在救援一对被困母子时，由于防盗窗打不开，母子二人不幸身亡；2016年1月14深夜，位于广州市白云区的永康路48#1楼起火，经过广州市消防支队的全力扑救，6名被困居民被就出，火势也得到有效控制。

高层住宅建筑一旦发生火灾，火势发展快、扑灭难度大等特点，本文选取了山湖苑小区为例，通过调查研究主要介绍高层居民楼里人员的行为影响因素及居民的疏散特点。利用疏散软件Pathfinder模拟传统疏散方式，通过改变安全出口数量、宽度，楼梯因素，人员的行为这几个方面进行疏散模拟分析，得出疏散效率较高的疏散措施。

1 人的行为影响因素与居民疏散特点研究

居民特性主要涵盖了居民的性别、年龄分布、居民之间的人际关系等特点。

（1）居民性别

由于男女性别的不同，人在火灾疏散中的反应也会不同。通知别人或者打火警电话，寻求帮助，等待进一步的信息离开房间一般是女性选择的第一反应；而男人更多的则会想办法灭火，帮助家人逃生。根据美国的 Bryan 问卷调查[3]人在火灾时的第一反应类别，也分别对该特性小区的人员进行访问调查，其中包括男性224名，女性183名，调查结果如表1所示。

（2）年龄

在火灾发生后逃生过程中，不同年龄层次的居民成功逃生的可能性是有区别的，相关文献[4-8]结果显示：成功逃生可能性最高的是25～34岁之间的居民，而0～5岁以及65岁以上的居民在火灾中成功逃生的难度加大。

（3）亲情关系

发生火灾时，居民一般不会独自逃生，而要等待家人或朋友聚集后才会进行逃生，而该小区的居民大多是有亲情关系的。

2 高层居民楼火灾中人员的疏散研究

2.1 疏散参数

2.1.1 疏散人数

在进行住宅楼居民疏散研究时，需进行居民人数的统计，本文选取最不利于疏散时的情况即居民楼内数量最多的情况，通过对祥源城小区在2016年12月1号到10号的调查，选取了10天内人数最多的12月10日，晚上8点的时刻，即参与疏散模拟总人数为407人。

2.1.2 人群特征

通过调查，将参与疏散的人员分为四个类别，即6～11岁的儿童占11%、12～29岁的青年人占36%、30～50岁的中年人占32%、51～80岁的老年人占13%。

2.1.3 人员步行速度

针对该小区的人群，对步行速度进行了调查测定，详见表2。

综上所述，在进行疏散模拟时，分别针对各人群，设定儿童的速度区间为0.6～1.2m/s，青年人的速度區间为0.6～1.3m/s，中年人的速度区间为0.5～1.0m/s，老年人的速度区间为0.3～0.6m/s。

2.1.4 建筑物的结构

建筑物中的疏散走道、楼梯以及出口情况与居民逃生关系密切，该居民楼占地面积约450m2，高60m。共20层，每层有4户居民，总共大约400多人。每层楼高3m，总建筑面积8 200m2。每户分别有主卧、次卧、书房、厨房、餐厅、客厅、卫生间，一层共有30个房间。1至20层各房间通过走廊连接，走廊宽 1.3m。

2.2 基于Pathfinder的居民楼模型建立

Pathfinder疏散软件，能够针对居民在火灾发生时进行疏散时的情景进行模拟，能显示楼内多个居民的逃生情况，从而得出每个居民的最优逃生线路及逃生时间。该居民楼内每个房间相互独立，火灾发生时，打开房门后，居民会在尽量短的时间就近选择安全出口逃出室内，综上所述，可利用该软件建立人员疏散模型，见图1。

2.3 安全出口因素对疏散影响的模拟及分析

2.3.1出口个数对火灾疏散的影响

通过在建筑物一楼设置不同的出口数量，从而模拟出其对火灾疏散的影响，出口的宽度均设置为1.0m。

（1）单个安全出口疏散模拟

在高层居民楼建筑中只设计单个安全出口的情况下进行火灾后人员的疏散，疏散模拟结果为515s。

且该建筑里407个居民通过单个疏散出口总共需要386秒，出口1的流量如图2。

（2）两个安全出口疏散模拟

针对建筑物中的两个出口进行居民疏散，模拟结果时间为350s，两个出口的流量如图3。

通过对疏散结果的分析对比，只开放一个1m安全出口door1与两个1米的安全出口的人员疏散模拟情况：疏散时间由原本的515s变化为350s，疏散完成时间有了明显的变化，可以看出，关闭部分安全出口，或出口数量增加，疏散的时间会明显缩短，并且从door1和door2出口的流量可以发现，两个门疏散时疏散效率较稳定，出现空缺的时间段较少，门的利用率更高。由此可发现：可用安全出口的个数增加对疏散有明显的效果，备用安全出口处于开放状态时亦能减少疏散时间，所以要保证备用安全出口的可用性，从而避免火灾发生或突发状况时人员疏散困难导致的拥堵。

2.3.2 出口宽度对疏散结果的影响分析

下面情境设置为：其他条件不变，疏散出口door1的宽度从1m变为2m时，模拟疏散时间为359.8s，经过疏散出口宽度不同的情况进行对比分析发现，出口1的宽度从1m变为2m时，居民疏散的时间，安全出口door1宽度由1m改为2m，疏散时间由原来的515s变为359.8s，表明了安全出口的宽度对疏散有很大的影响作用。结合对比单个1m宽的安全出口和两个1m宽的出口、出口宽度变为2m时的模拟结果，可以发现：出口数量增加，宽度提高均可减少逃生时间提高效率。当设置单一出口且宽度为2m时比设置两个1m的安全出口疏散时间略长，通过模拟显示的拥堵情况，建议选择设置两个1m的疏散出口。

2.4 楼梯因素对疏散影响的模拟及分析

设定在其他变量不变的情况下进行，研究疏散楼梯因素对疏散效率的影响。初始条件楼梯的宽为150cm，深度跟高度都为20cm，改变后楼梯的宽改为200cm，深度跟高度为30cm，疏散时间为504s由结果图知更改楼梯参数后，疏散总共耗时504s，与更改之前的515s相差并不大。由3D效果图显示虽然从楼梯到底层的时间缩短了，但是在出口处出现了拥挤，且发现楼梯宽度对疏散影响不明显，可暂时不予考虑。因此，仍需把出口作为提高疏散效率的重要因素进行分析。

2.5 人的行为因素对疏散影响的模拟及分析

结合对小区的人员调查，参照1.1.1节在疏散时分别给不同人群设置了3种行为方式，分别为：考虑到居民会先找到自己的家人再逃生的行为，设置了行为1，即到达某一固定地点再进行正确的路径疏散，比例为33.8%；有的居民则会先赶到着火区域查看或者尝试灭火，再继续自己的疏散，即行为2，比例为12.3%；在火灾疏散过程中，居民出现拨打火警电话、进行拍照或者携带财务，会在房间停留一段时间再进行疏散，即行为3，比例为37.4%。对小区人员进行宣传教育后，不再出现上述3种行为，即发生火灾后立即逃跑的情况。

由疏散结果可知，人员的疏散的时间从515s变成360s，时间有了明显的减少。可以得出结论：对高层居民楼的居民进行必要的宣传教育，对疏散的效率有明显的提高。

3 结语

通过选取山湖苑高层住宅为例，调查10天内人数最多的时刻，利用疏散软件Pathfinder模拟传统疏散方式，通过对影响建筑内人员疏散的一些因素进行了得出，楼梯相比于出口的个数及宽度对居民疏散影响较小，建筑物内居民的行为因素对疏散也起着关键性的作用。通过调整这些因素，使人员疏散达到更好水平。

参考文献：

[1] 徐永莉.大型商场火灾与人员疏散数值模拟分析[J]. 消防科学与技术，2014，33（5）：510-514.

[2] 江辉仙，林广发，江立辉，等.校园楼宇火灾疏散路径分析和应用[J].系统仿真学报，2013，25（9）：2 171-2 176.

[3] 阎卫东.多层多室建筑火灾人员疏散实验研究[M].成都：西南交大出版社，2010.

[4] 姜立春，陈锦添.KTV火灾人员安全疏散研究[J]. 消防科学与技术，2012，31（11）：1 146-1 149.

[5] 邢志祥，唐永，高文莉.高层住宅建筑火灾人员疏散仿真研究[J].中国安全生产科学技术，2012，8（6）：29-33.

[6] 保彦晴.某地铁站列车火災人员疏散行为研究[J]. 消防科学与技术，2014，33（9）：1 012-1 014.

[7] 何怡婧，曾坚，王子寒，等.高层学生宿舍火灾疏散模拟与逃生行为研究[J]. 消防科学与技术，2013，32（1）：15-18.

[8] 刘晓洁.吕品.地下商业街火灾时期人员疏散安全性研究[J].安徽理工大学学报（自然科学版） ，2013， 33（1）：58-61.

Simulation Analysis of Fire Evacuation in a High-rise Residential Building

——A Case Study of Xiang Yuan City Residential District in a in Hefei High-tech Zone

PENG Fei1， CHEN Qiao-zhen2， FENG Peng-fei1

（1. Traffic Engineering College，Anhui Sanlian College， Hefei 230601， China；2. Anhui Subsidiary Company， Shanghai Wisdom Science and Technology Limited Company， Hefei 230088， China）

Abstract： Based on the investigation of the residents in Xiang Yuan City， using Pathfinder， an evacuation software， the papers discussed the influence of the structure on the residents evacuation from the aspects of the number of exit， the width of the exit， the staircase factors and the impact of human factors. Through the simulated evacuation， it is found that the number and width of the exits have the most evident effect on the residents evacuation. The factors of stairs， however， have less impact. Human behavior factors also play a decisive role in evacuation. The paper points out the different bottlenecks that may exist in the evacuation process through analysis and comparison， put forward some countermeasures combined with the characteristics of high-rise residential buildings in the case of fire evacuation， reducing the casualties and property damage effect， which can be used as a reference for the evacuation of high-rise residential buildings.

Key words： high-rise residential building； pathfinder； evacuation； evacuation efficiency

责任编辑 祁秀春