周 明，譚偉健，劉 晨，陳東華

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510010）

作為校園主要學(xué)術(shù)交流場(chǎng)所的學(xué)術(shù)報(bào)告廳，具有人員密度高的特點(diǎn)，同時(shí)，報(bào)告廳的建筑結(jié)構(gòu)及其功能上也有其特殊性，分析典型的報(bào)告廳火災(zāi)事故，可以得知，擁堵現(xiàn)象是安全疏散的主要問題［2］，嚴(yán)重情況可能發(fā)生踩踏事件［3］，顯然，合理制定疏散路線，提高疏散效率，對(duì)于減少人員傷亡具有重要意義［4］。

本文主要以學(xué)術(shù)報(bào)告廳為對(duì)象，運(yùn)用Pathfinder人員疏散模擬軟件研究疏散過程，分析不同的疏散策略對(duì)人員疏散的影響，找出最佳的疏散策略，達(dá)到最短的疏散時(shí)間［5］。

本報(bào)告計(jì)算采用國(guó)內(nèi)外最廣泛運(yùn)用的Pathfinder 2019人員逃生模擬軟件結(jié)合方案設(shè)計(jì)階段完成的BIM模型，通過模擬比對(duì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案與疏散策略提出合理高效的建議。

1 Pathfinder軟件介紹

Pathfinder是一款專業(yè)的火災(zāi)疏散模擬軟件，該軟件將強(qiáng)大的仿真引擎與對(duì)人群行為的靈活控制相結(jié)合，能夠更快地評(píng)估疏散模型并生成更逼真的圖形，從而分析出人員疏散的最佳時(shí)間，減少人員傷亡。

軟件包含2種人員運(yùn)動(dòng)基本模式，即SFPE和Steering模式。SFPE模式，是以出口流量為基礎(chǔ)的人員運(yùn)動(dòng)模式。而Steering模式是使用路徑規(guī)劃指導(dǎo)機(jī)制與碰撞處理相結(jié)合控制人員運(yùn)動(dòng)的，因而Steering模式能夠比較科學(xué)地反映人員疏散的真實(shí)情況［6］。

2 某學(xué)術(shù)報(bào)告廳概況

某學(xué)術(shù)報(bào)告廳平面布局如圖1所示?？偯娣e為1 727.74 m2，長(zhǎng)57.4 m，寬26.2 m，成階梯狀布置。設(shè)計(jì)座椅容納總?cè)藬?shù)為1 350人，擬定舞臺(tái)及放映室各類人員合計(jì)20人，總疏散人數(shù)共1 370人。共計(jì)6個(gè)安全出口，每個(gè)安全出口寬1.8 m，高2.1 m（見圖1）。

圖1 學(xué)術(shù)報(bào)告廳平面（設(shè)計(jì)方案1）Fig.1 Floor Plan of the Academic Lecture Hall（Design 1）

3 人員疏散模型

3.1 模型的建立

本文采用BIM模型結(jié)合Pathfinder建立學(xué)術(shù)報(bào)告廳疏散模型，具有簡(jiǎn)單、易于搭建的優(yōu)點(diǎn)（見圖2）。

圖2 學(xué)術(shù)報(bào)告廳BIM模型Fig.2 BIM Model of the Academic Lecture Hall

⑴創(chuàng)建BIM模型

⑵將BIM模型導(dǎo)出為DXF格式，再導(dǎo)入Path?finder創(chuàng)建人員疏散模型（見圖3）。

圖3 人員疏散三維模型Fig.3 Evacuation 3D Model

3.2 模型的假設(shè)

根據(jù)研究目標(biāo)，在建模過程中對(duì)學(xué)術(shù)報(bào)告廳人員疏散模型作如下基本假設(shè)［7-8］。

⑴學(xué)術(shù)報(bào)告廳人數(shù)按滿員狀態(tài)下的最不利條件計(jì)算。

⑵疏散人員生理及心理上處于正常狀態(tài)，能以自身能力到達(dá)安全區(qū)域，疏散區(qū)域內(nèi)人員均勻分布。

⑶疏散人員向疏散空間布局圖標(biāo)識(shí)方向疏散。

⑷本文以學(xué)術(shù)報(bào)告廳人員疏散策略為研究重點(diǎn)，不同程度的火災(zāi)會(huì)對(duì)疏散人員的生理及心理狀況造成一定程度的影響，因此，本次模擬不考慮火災(zāi)對(duì)人員疏散的影響，而僅作為學(xué)術(shù)報(bào)告廳進(jìn)行人員疏散的前置條件，即火災(zāi)已發(fā)生，學(xué)術(shù)報(bào)告廳內(nèi)所有人員需要疏散。

⑸人員疏散時(shí)間由火災(zāi)的探測(cè)報(bào)警時(shí)間、人員的響應(yīng)時(shí)間和人員的疏散行動(dòng)時(shí)間構(gòu)成，探測(cè)報(bào)警時(shí)間及人員響應(yīng)時(shí)間對(duì)外部條件較為敏感（建筑：報(bào)警裝置、應(yīng)急照明等；人員：警惕性、行動(dòng)能力等），對(duì)于不同疏散策略無重大影響，因此本文只考慮疏散人員的行動(dòng)時(shí)間。

3.3 模型參數(shù)的定義

本項(xiàng)目類型為學(xué)校類型，功能區(qū)內(nèi)人員構(gòu)成相對(duì)較為簡(jiǎn)單，均為行動(dòng)能力較強(qiáng)的青少年及小量成年人，疏散速度主要參考《SFPE消防工程手冊(cè)》［9］及疏散計(jì)算軟件的建議設(shè)置，疏散人員的移動(dòng)速度為1.19 m/s。

隨著疏散的進(jìn)行，建筑內(nèi)各區(qū)域的人員疏散速度會(huì)隨著人員密度的增大而逐漸降低，該過程將由疏散模擬軟件自動(dòng)完成。

4 學(xué)術(shù)報(bào)告廳疏散策略設(shè)定

疏散策略是指在人員疏散模型中指定各個(gè)不同區(qū)域的人員往不同安全出口疏散的疏散路徑，即指引不同區(qū)域內(nèi)的人員通過最有效的疏散路線和安全出口，以達(dá)到逃生時(shí)間最短的目的。結(jié)合設(shè)計(jì)方案1的建筑布局，制定了3種疏散策略，這3種策略以不同疏散區(qū)域劃分，分別通過不同的安全出口進(jìn)行疏散。

4.1 疏散策略1

主要分為上下2個(gè)疏散區(qū)域，如圖4?所示。當(dāng)紅色區(qū)域的人員到達(dá)橫向通道的時(shí)候，可經(jīng)由安全出口1、3或4疏散，當(dāng)綠色區(qū)域的人員到達(dá)橫向通道的時(shí)候，可經(jīng)由安全出口2、5或6疏散。

圖4 疏散策略Fig.4 Evacuation Strategy

4.2 疏散策略2

主要分為4個(gè)疏散區(qū)域，如圖4?所示。左上角座椅區(qū)往安全出口1和3疏散，左下角座椅區(qū)往安全出口2和5疏散，右上角和右下角分別往安全出口4和安全出口6疏散。

4.3 疏散策略3

分為8個(gè)疏散區(qū)域，如圖4?所示。本策略依據(jù)通道是否有得到充分利用的原則制定，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，學(xué)術(shù)報(bào)告廳中部綠色及藍(lán)色區(qū)域人員往安全出口1及2疏散，紅色區(qū)域人員往安全出口3及4疏散；淺粉色區(qū)域人員往安全出口5及6疏散，紫色區(qū)域人員由安全出口4疏散，深藍(lán)色區(qū)域人員往安全出口6疏散，橙色及黃色區(qū)域分別通過上部通道及下部通道往安全出口3及5疏散，疏散區(qū)域如圖4?所示。

5 結(jié)果與分析

5.1 結(jié)果分析

假定學(xué)術(shù)報(bào)告廳初始狀態(tài)為人員滿座，根據(jù)圖4的3種疏散策略，可以得到不同的疏散結(jié)果。3種策略的疏散時(shí)間分別為343 s、270 s、220 s，策略1、策略2、策略3的疏散過程分別如圖5～圖7所示（人員密度：藍(lán)?紅=低?高）。

圖5 策略1的疏散過程示意圖Fig.5 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 1

策略1中從疏散開始到最后一個(gè)人離開的時(shí)間是343 s。策略l采用的是人員上下疏散路線，疏散人數(shù)在各個(gè)疏散區(qū)域的密度分布差距很大（見圖5），兩側(cè)安全出口利用率較低，人員集中在安全出口1及2進(jìn)行撤離，導(dǎo)致人員疏散效率過低，滯留人數(shù)過多。由于兩側(cè)安全出口未得到充分利用，導(dǎo)致整個(gè)疏散過程所需的時(shí)間大幅增加。

策略2中從疏散開始到最后一個(gè)人離開的時(shí)間是270 s。策略2分為4個(gè)區(qū)域疏散，疏散人數(shù)在各個(gè)安全出口的人員密度分布差距很大（見圖6），后部疏散通道利用率較低，人員集中在座椅區(qū)前部，導(dǎo)致前部人員過度密集，人員疏散效率過低，停留的人數(shù)過多，通過安全出口速度變慢。由于前疏散通道未得到充分利用，導(dǎo)致整個(gè)疏散過程所需的時(shí)間仍然較長(zhǎng)，但相較于策略1疏散時(shí)間快了73 s。

圖6 策略2的疏散過程示意圖Fig.6 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 2

策略3中從疏散開始到最后一個(gè)人離開的時(shí)間是220 s。策略3分為8個(gè)區(qū)域疏散，在疏散前期，前半部人員仍然過度密集（見圖7，t=80 s）；到疏散中期，疏散人員在各個(gè)安全出口的人員密度分布較為均勻（見圖7，t=160 s），而且，各個(gè)疏散區(qū)域及安全出口基本同時(shí)疏散完畢，這意味著各個(gè)通道和安全出口與策略2相比，都得到了較好的利用，使整個(gè)疏散過程消耗的時(shí)間最少。

圖7 策略3的疏散過程示意圖Fig.7 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 3

從圖5～圖7可以看出，學(xué)術(shù)報(bào)告廳前半部（靠近舞臺(tái)側(cè)觀眾席）與后半部的疏散情況相比，前半部的人員比較密集，3個(gè)疏散策略中，學(xué)術(shù)報(bào)告廳后半部的疏散速度明顯比前半部更快，導(dǎo)致前半部人員密度過大，對(duì)于安全出口位置的布置，仍有優(yōu)化空間。

5.2 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案

安全出口3、5移動(dòng)到舞臺(tái)兩側(cè)，通過對(duì)安全出口位置的優(yōu)化，使各安全出口的位置分布均勻、更為合理（見圖8）。

圖8 優(yōu)化后的學(xué)術(shù)報(bào)告廳平面（設(shè)計(jì)方案2）Fig.8 The Optimized Floor plan of the Academic Reporting Hall（Designing Scheme 2）

優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案，采用同樣的人員疏散策略-分區(qū)疏散策略，各個(gè)疏散分區(qū)按安全出口的位置設(shè)定，人員數(shù)量基本相同、分布均勻。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，考慮到疏散人員所處的座椅區(qū)和學(xué)術(shù)報(bào)告廳安全出口的位置（6個(gè)出口均勻分布在學(xué)術(shù)報(bào)告廳的前、中及后部），采用就近疏散的原則，人員疏散空間布局如圖9所示，疏散時(shí)間如圖10所示。

圖9 優(yōu)化后的疏散策略4Fig.9 The Optimized Strategy 4

圖10 優(yōu)化后的策略4的疏散過程示意圖Fig.10 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 4

優(yōu)化后的疏散策略4中從疏散開始到最后一個(gè)人離開的時(shí)間是137 s。優(yōu)化后的疏散策略設(shè)計(jì)使得通過各個(gè)安全出口的人數(shù)大致相同，各區(qū)域疏散人員的人數(shù)變化基本一致，各個(gè)安全出口都得到了充分利用，大幅減少整個(gè)疏散過程所需的時(shí)間。

6 結(jié)語

通過研究發(fā)現(xiàn)，最佳疏散策略的制定需要考慮以下幾個(gè)因素：①各個(gè)疏散通道的利用效率；②各個(gè)安全出口的通行人數(shù)；③各安全出口位置分布是否合理。

本文以某學(xué)術(shù)報(bào)告廳為例，使用BIM模型結(jié)合Pathfinder建立了基于不同疏散策略的人員疏散模型，并進(jìn)行了仿真模擬，通過模擬比對(duì)，分析了疏散策略的合理性，最后從建筑設(shè)計(jì)角度提出優(yōu)化建議，得到合理的設(shè)計(jì)方案和高效的疏散策略。研究結(jié)果表明，通過不同疏散策略的仿真模擬比對(duì)，能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，為現(xiàn)實(shí)中緊急情況下的人員疏散提供具有實(shí)際價(jià)值的指導(dǎo)。