基于Pathfinder 高校宿舍人员疏散模拟研究

湛莲香，陈 咪

（1.郑州工业安全职业学院，河南 郑州 451191；2.河南省建筑工程质量检验测试中心站有限公司，河南 郑州 450053）

0 引言

高校多属于人员密集场所，发生火灾因素复杂，是消防安全重点管理单位。我国高校规模逐年扩大，火灾事故频发，极大地威胁了广大师生的人身和财产安全[1]。尤其是老旧院校宿舍，消防设施不健全，维保不到位，造成人员安全疏散难度较大。安全疏散是指人员在火灾发生时通过疏散门、疏散走道等快速撤离到安全区域[2]。目前，人员安全疏散技术的研究，主要包括人员疏散行为研究，计算机仿真技术研究，安全疏散应用研究[3]。本文通过Pathfinder 仿真软件对河南某学院老旧宿舍楼进行疏散模拟，定量对比优化后人员疏散的有效时间，提出规划逃生路径，二楼设置室外楼梯等措施可以有效缩短疏散时间，满足安全疏散要求。

1 Pathfinder 仿真工程软件简介

Pathfinder 仿真工程软件是美国Thunderhead Engineering 公司研发的智能人员紧急疏散逃生评估系统[4]，可以直接在Pathfinder 3D 图形界面中，建立人员疏散模拟场景，也可以通过导入建筑CAD 图纸建立人员疏散模拟场景。

2 宿舍建筑仿真模型建立

2.1 建筑物工程概况

本文选取河南某学院7号楼学生宿舍为研究对象。该7号楼宿舍共6层，建筑高度18.3 m，每层层高3 m。总建筑面积约为4 498.12 m2。一层23个宿舍，2～6层均为24个宿舍，共有143个宿舍，每个宿舍6人，1层的宿管中心为2人。宿舍南侧和东侧各有一个敞开疏散楼梯间，楼梯净宽度1.45 m。房间疏散门净宽度为1 m，疏散走道通行无障碍物。

2.2 安全疏散模拟参数的设定

7号楼宿舍疏散模拟的假设参数如下：

（1）7号楼每间住6人，1楼宿管中心住2人，按照最大居住人数854人设定。

（2）假定发生火灾时，学生都是远离着火点，选择最近的路径疏散出去。

（3）模拟选择随机模式，设定的学生平均疏散速度为1.1 m/s。

（4）学生疏散选用Steering 模式[5]。

2.3 学生宿舍疏散时间和安全疏散评价标准

学生宿舍疏散所需疏散时间（Trset）计算公式如下：

式中，Trset为学生疏散总时间，单位s；TA为火灾报警时间，经过研究得知，TA取值30 s；TR为学生听到火灾警报器响到开始疏散的反应时间，该宿舍楼设有广播系统，TR取值20 s；TB为学生听到火灾报警响起开始疏散的时间。判定学生能否安全疏散的重要标志是，发生火灾时，可用于安全疏散允许时间＞Trset时，学生可以安全疏散。根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014 2018版）相关规定，学生宿舍疏散允许时间为5～7 min。

2.4 建立Pathfinder 疏散模型

将7 号楼宿舍CAD 图纸导入到Pathfinder 界面中，根据现 场实际情况以及图纸参数，按照最大人数854人，建立仿真模型，完善疏散走道、疏散楼梯、安全出口等。7号楼宿舍人员疏散仿真模型如图1所示。

图1 7号楼宿舍人员疏散仿真模型

火源位置影响安全疏散时间。宿舍楼层着火点位置不同，学生安全疏散时间不同。因此针对不同楼层，进行火源场景仿真模拟，设置以下6种疏散场景：

场景一：模拟正常情况下，学生从南侧东侧两个安全出口疏散过程。

场景二：模拟着火点在一层南侧楼梯口处，东侧楼梯及安全出口正常通行。

场景三：模拟着火点在一层南侧楼梯口处，东侧楼梯及安全出口正常通行。

场景四：模拟着火点在一层南侧楼梯口处，东侧楼梯及安全出口正常通行。

场景五：模拟着火点在一层南侧楼梯口处，东侧楼梯及安全出口正常通行。

场景六：模拟着火点在一层南侧楼梯口处，东侧楼梯及安全出口正常通行。

通过Pathfinder 仿真模拟后，六种场景下学生的安全疏散时间进行分析汇总，如表1所示。

表1 各场景学生疏散时间及安全性判定

由表1可知，在场景一模式下，宿舍楼两个楼梯及安全出口均能正常使用，学生疏散时间为381.3 s。场景二学生疏散时间最大，为681.8 s，较场景一增长了1.79倍，严重超出了规范要求的5～7 min。场景六模式下，学生疏散时间为408 s，基本满足安全疏散要求。场景二至场景五，则不能满足安全疏散要求。尤其是场景二，一楼南侧楼梯口发生火灾，二楼及以上的学生全部通过东侧安全出口疏散，容易造成楼梯口阻塞，疏散速度大幅降低，所需疏散时间最长。着火点随楼层上移后，受影响的学生人数逐渐下降，疏散时间也呈现逐渐下降趋势。可以看出，在场景二模式下，一楼南侧楼梯口发生火灾，学生宿舍的疏散难度最大。因此选择场景二进行优化设计。

3 场景优化疏散仿真模拟

3.1 场景优化设计

针对上述分析场景二情况下学生疏散难度大的问题，通 过设定疏散 路径 规划两种场 景，进行Pathfinder仿真模拟。

场景七：在场景二的情况下，一、二层的学生全部从宿舍楼东侧的安全出口进行疏散，三、四层的学生先从南侧楼梯疏散到二层后，再通过走道由东侧楼梯疏散到安全区域。

场景八：在场景七疏散路径规划后，二层南侧增设净宽度为1.45 m 的室外疏散楼梯。一层的学生通过东侧的安全出口疏散出去，二层及以上的学生全部由东侧楼梯和南侧室外楼梯疏散出去。

3.2 疏散时间优化分析

上述二种优化场景进行Pathfinder 疏散仿真模拟，疏散时间结果如表2所示。场景七经过规划疏散路径后，学生疏散时间为544.3 s，相比场景二的疏散时间（681.8 s）减少了137.5 s，说明采取规划学生疏散路径后，可以有效减少疏散时间，但是疏散时间仍然超出规范要求。在二层南侧设置室外疏散楼梯时，疏散时间减少为355.8 s，比场景七大幅减少了188.5 s，符合规范规范要求的5～7 min。说明在二层设置室外楼梯时，可以有效缩短疏散时间，保证学生安全疏散。

表2 优化场景下学生疏散时间及安全性判定

4 结束语

本文通过Pathfinder 仿真软件构建7号楼宿舍疏散模型，通过研究不同楼层着火点对学生疏散的影响并分析其规律，得了如下结论：一是Pathfinder 仿真结果表明，随着着火位置由高楼层向低楼层转移，学生的疏散时间由381.3 s 增加为681.8 s，呈明显增加趋势。二是通过场景优化设计，采取路径规划能减少疏散时间。在二楼南侧设置室外疏散楼梯，能有效减少学生疏散时间，满足安全疏散的要求。