避难走道内外安全出口距离研究

薛新虎，宁冬波

（山西省永济市公安消防大队，山西 运城 044500）

避难走道内外安全出口距离研究

薛新虎，宁冬波

（山西省永济市公安消防大队，山西 运城 044500）

本课题研究的主要目的和意义是为避难走道设计提供参考依据，根据内外安全出口位置情况建立数学模型，得出内外安全出口距离L的理论范围值，并分析出影响内外安全出口距离L的主要因素。笔者通过利用Pathfinder软件对理论得出的距离公式进行模拟验证，利用这两种方法综合考虑内外安全出口之间的距离设计问题，为实际工程中如何设计避难走道的内外安全出口提供参考依据。

避难走道；数学模型；内外安全出口；距离；Pathfinder

随着社会经济的发展，现代化建筑艺术特点不断突出，结构越来越复杂，建筑结构的复杂化导致人员疏散过程中，不能使得人员到达安全出口的距离满足规范要求，这样给消防安全验收和审核以及日常检查工作带来了很大的难处，所以避难走道作为一个安全区域进入了人们的视野。在许多建筑中,避难走道成了最好的选择来缓解疏散距离不足的困难，使建筑内人员在紧急情况下能够安全疏散；在实际生活中，地下商业建筑、大型体育场馆、大型电影院、工业厂房等现在多采用设计避难走道的方法提高人员疏散的安全性和可靠性；那么，不同的建筑结构和建筑功能性差异很大，具体在设计避难走道时，需要分析人员利用避难走道进行疏散的基本场景，例如人员从所在的防火分区内的某个角落首先到达内部安全出口，然后分析是否在安全出口处发生拥堵现象，确定拥堵发生的时间。其次人员通过内部安全出口进入避难走道的过程、人员在避难走道内的拥堵情况、人员在避难走道内的疏散时间都要利用数学公式进行分析确定。最后就是人员到避难走道直通室外的安全出口处，通过对外安全出口到达室外。

根据以上利用避难走道作为安全疏散设施进行疏散的简单介绍，笔者认为避难走道内外安全出口的距离是影响安全疏散的一个主要因素，如何设计这个距离是本文研究的主要内容，并且希望研究结论可以给实际工程案例提供参考依据。

一、内外安全出口距离设计理论分析

从理论方面讨论内外安全出口距离对安全疏散的影响,如图1所示，是本文在理论分析之前，建立一个直观避难走道安全疏散示意图。

图1 内外安全出口位置图

图中包括连接避难走道和防火分区的内部安全出口宽度d,避难走道直通室外安全出口b,防火分区内所容纳的人员数目N，N主要由建筑内人员密度决定N=面积（A）×密度（ρ）,宽度为a的避难走道，内外安全出口距离为L米,内外安全出口之间的走道面积记为R区域。分析人员在疏散过程中主要经历以下几个环节：首先从人员疏散过程开始发生，人员在防火分区的某个位置疏散至内部安全出口处，然后人员通过内部安全出口进入避难走道进行疏散，从进入避难走道开始到人员到达直通室外的安全出口处，最后通过安全出口到达室外安全区域。

为了分析内外安全出口距离应当满足的条件，首先将以上安全疏散过程中的时间段加以定义。一是从人员经过内部安全出口进入避难走道内部开始计算，到第一个疏散人员通过直通室外安全出口的时间记为T1；二是当对外安全出口门流量小于内部安全出口门流量时,避难走道内部人员的密度会随着时间的增加而增加,将避难走道内人员密度达到最大值的时间记为T2；三是连接避难走道的防火分区内人员全部疏散至避难走道的时间记为T3。以上三个时间在疏散场景不同的条件下，时间会有重合部分，数值上三个时间的大小关系也会变化。例如当人员数目N较小时,将会出现T3小于等于T1的情况,表示建筑内所有人员已经全部进入避难走道,反而没有人到达对外安全出口处,这种情况安全性很高，此时避难走道内人员密度达不到最大值。

为了研究内外安全出口的距离问题，主要讨论防火分区内人数N值较大的情况。该情况下T3大于T1,存在一个时刻使得疏散走道内人的密度最大即T2时刻。

根据T2和T3的定义来看，如果对外安全出口通行能力大于或者等于内部安全出口的通行能力时，那么T2=T1，即就是当第一个人到达对外安全出口处时，避难走道内的人群密度是最大的。当对外安全出口通行能力小于内部安全出口通行能力时，又分三种不同的情况：第一种，当避难走道内人群密度未达到饱和状态，防火分区内人员全部疏散完毕；第二种，当避难走道内人群密度达到饱和状态时，防火分区内人员恰好疏散完毕；第三种，当避难走道内人群密度达到饱和状态时，防火分区内人员未疏散完毕。

从危险程度看，当对外安全出口通行能力小于内部安全出口通行能力时的第三种最不利于人员疏散，该条件下T1、T2、T3之间的大小关系为T1

公式中P1为内部安全出口处的单位人流密度,P2为对外安全出口处的单位人流密度。假设避难走道的容纳能力满足不了防火分区内人数疏散压力，避难走道和内部安全出口处都存在大量拥堵的公式条件为：

那么要避免上述最不利的安全疏散情况，必须使T3≤T2，使（1.2）中的拥挤条件不存在。利用以上等式关系（1.1）和（1.2）以及不等式T3≤T2,建立数学不等式：

T1根据定义可以代入L/V；代入公式（1.3）得；

公式（1.4）中S表示避难走道内外安全出口之间的区域面积，在疏散过程中，为了达到安全疏散的要求，必须满足能够容纳进入避难走道的人员总数。

由公式（1.5）可得，距离L的理论合理值范围由以下几个主要因素决定：疏散人数N、避难走道宽度a、内外安全出口门流量P1和P2、内外安全疏散门宽度d和b、人员行走速度v、避难走道人员最大密度ρ0。

表1 进入避难走道时间和疏散总时间和距离数据

二、模拟仿真研究

本节采用计算机模拟方法对距离公式（1.5）进行检验，按照理论图1所示建立疏散模型，设定一定规模的疏散场景。具体参数如：疏散人数609人，内安全出口宽度4m，对外安全出口宽度1.6m,避难走道宽度5m,人员行走速度1.2m/s。

图2 疏散时间随距离的变化关系

利用Pathfinder疏散软件计算内外安全出口距离L不断增加时，安全疏散时间和进入避难走道时间，模拟计算结果如表1所示。

通过对模拟结果进行拟合，得出图2疏散时间随距离的变化关系。

由图2可以直观看出，随着距离L的增大，人员全部疏散至避难走道的时间T2不断减小。当距离L在20～30m范围内时，进入避难走道的时间基本保持不变；随着L的增大，人员全部疏散至安全区域的疏散总时间T3呈现不断增大趋势。

当内部安全出口与对外安全出口距离较近时,疏散人员离开防火分区进入避难走道的时间T2较大,这是由于避难走道中R区域容纳人数较少，即容纳能力不足，出现拥堵现象严重。随着内外安全出口距离L的增加,避难走道R区域的面积S不断增大，给人员疏散开辟了很大的空间,T2减小幅度明显。T2和避难走道宽度的变化关系为：

通过总安全疏散时间和内外L的关系图来看，距离L过长也会导致不利于安全疏散。因为随着距离不断增大，人员在避难走道内部停留时间越来越长，总安全疏散时间T3不断增大，且随着L的增大而增大，其函数关系为y=0.7694x+115.22，在实际疏散情况下会导致人员在紧急情况下产生一种消极情绪；所以考虑到实际情况存在一个合理的安全距离L值,应当同时考虑T2和T3随着L增大的变化趋势，当L大于21.5m，人员进入避难走道时间减小不再那么明显，因此我们考虑在设置距离L时，该情况不宜超过21.5m，设置距离为21.5m是合理值。

根据理论不等式（1.5），代入相应参数值，可求得上述参数条件下L＞=21.18m；计算机模拟结果和理论计算值差别不大，所以该研究结论在一定情况下是可靠的。

综上所述，根据理论推导的内外安全出口距离公式和模拟仿真方法得出的结果可以应用于实际的工程案例中去，在实际设计避难走道内外安全出口距离时提供一定的数据和理论支撑，并且同规范规定相结合共同指导避难走道内外安全出口距离的设定。

三、结论

（1）根据本课题研究内容得出，内外安全出口距离L由以下几部分因素决定：疏散人数N、避难走道宽度a、内外安全出口疏散能力P、内外安全疏散门宽度d和b、人员行走速度v、避难走道内人员最大人群密度ρ0。

（2）内外安全出口距离L的理论公式为：

（3）通过理论计算和模拟仿真结果进行对比，验证了理论上内外安全出口距离L计算公式的可靠性。

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TU

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1673-0046（2016）9-0177-03