基于FDS和Pathfinder高校宿舍楼安全疏散仿真研究

陈 咪，湛莲香

（1.河南省建筑工程质量检验测试中心站有限公司，河南 郑州 450003；2.郑州工业安全职业学院，河南 郑州 450003）

0 引言

高校宿舍多属于人员密集场所，床被、蚊帐、书籍等可燃物较多[1]，发生火灾因素复杂，是消防安全重点管理单位。尤其是老旧院校宿舍，消防管理不健全，消防设施老化，一旦发生火灾很难安全疏散[2]。本文通过FDS建模和Pathfi nder软件，对不同场景火灾下烟气扩散和人员安全疏散的规律进行研究，为高校宿舍消防管理提供参考依据。

1 宿舍楼模型建立

1.1 建立宿舍楼仿真模型

河南某高校宿舍楼建于1995年，共六层，高19.5m，宿舍楼单层面积约767m2，总建筑面积为4 602m2，每个宿8人，最大居住人数为1 138人。宿舍楼安全出口净宽度为1.5m，楼内设消火栓系统，应急疏散指标志，应急广播系统以及4A级灭火器。数值模型如图1所示。

图1 河南某高校宿舍楼仿真模型

1.2 火灾场景设置

模拟设置2种火灾场景，按照最不利原则，火源位置在1 F靠楼梯侧房间内下层床铺。对于设置自动喷水灭火系统有效的火灾规模设置为1.5MW，未设置自动喷水灭火系统的火灾规模设置为6MW[3]，火灾为快速火。模型划分的网格大小为0.4×0.4×0.4 m，网格总数为86 420个。距离着火层地面上方1.6 m处设置监测切面，在楼梯口顶部设置监测点，分别监测烟气能见度和顶棚温度。火灾模拟时间设置为800 s，具体火灾场景设置见表1。

表1 火灾场景对比表

2 基于FDS火灾模拟结果分析

2.1 着火层烟气能见度分析

根据《建筑防烟排烟系统技术标准》的要求，着火层1.6m高度允许的最小烟气能见度为5m。2种火灾场景下烟气能见度云图如图2和图3所示。

由图2、图3可知，该宿舍楼着火层高度1.6m处烟气能见度降至5m的时间分别为342s、396s，说明自动喷水灭火系统有效时，能有效减缓达到最小烟气能见度的时间。

图2 火灾场景1下Z=1.6 m烟气能见度5 m时（342 s）

图3 火灾场景2下Z=1.6 m处烟气能见度5 m时（396 s）

2.2 安全出口临界危险温度分析

根据相关文献[4]，人员在高于60℃的环境下承受的时间很短，因此选择60℃为临界危险温度。2 种火灾场景下，着火层安全出口的顶棚温度随时间的变化曲线如图4所示。

图4 着火层楼梯口处顶棚温度

由图4可见，火灾场景2下该宿舍楼着火层安全出口处顶棚温度峰值及其增长速率明显低于火灾场景1。火灾场景1下达到60℃的时间为279s，火灾场景2下达到60℃的时间为362s。这主要是因为2火灾场景下，自动喷水系统有效的火灾规模小于火灾场景1，安全出口处顶板温度上升较慢。通过上述分析可知，保障人员安全疏散时间 Aset，分别取最小烟气能见度和安全出口临界危险温度的最小时间。灾场景1为279 s，灾场景2为362 s。

3 人员疏散安全性分析

3.1 人员所需安全疏散时间

人员所需安全疏散时间计算公式[5]如下：

式中，Rset为人员疏散总时间，单位s；TA为火灾报警响应时间，取20 s；TR为人员听到报警声音的反应时间，取15 s；TB为开始疏散的时间。

3.2 人员疏散仿真模型

人员疏散模式采用Steering模式，平均疏散速度为1.2 m/s，疏散人数共计1 138人。疏散模拟设置两种方案：一是全部人员从宿舍楼的两个楼梯疏散；二是每个宿舍6人，最大居住人数为854人，其他情况如方案一。人员疏散模型如图5所示。

图5 宿舍楼人员疏散模型

3.3 人员疏散安全性分析

通过两种疏散方案，模拟出该宿舍楼人员在发生火灾时的疏散时间，并进行安全判定。模拟结果如表2所示。

表2 无消防电梯时人员疏散安全性模拟结果

由表2可知，宿舍人数为8人时，危险来临时间Aset均小于所需安全疏散时间Rset，此时安全出口处顶棚温度已经超过60℃，超出人员所能承受的温度，人员处于危险状态。在疏散场2下，自动喷水灭火系统有效，宿舍人数减少至6人，所需安全疏散时间Rset大于危险来临时间Aset，人员在顶棚达到临界危险温度前能安全疏散。

4 结束语

本文通过FDS和Pathfi nder软件分别模拟了某宿舍楼火灾扩散和人员疏散过程，对比分析其模拟结果发现：

（1）火灾场景1下，达到最小烟气能见度和临界安全出口临界温度的时间均小于火灾场景2，说明自动喷水灭火系统对安全疏散的影响较大。

（2）学校应减小宿舍人员密度，每个宿舍由8 人减少至6人，在火灾来临时能大幅度减少安全疏散时间。

（3）学校应做好消防设施的维护保养工作，同时对学生进行消防安全逃生相关知识的培训，提高学生的消防自救意识。