学术报告厅人员安全疏散策略及设计优化研究

周 明，谭伟健，刘 晨，陈东华

（广东省建科建筑设计院有限公司 广州 510010）

作为校园主要学术交流场所的学术报告厅，具有人员密度高的特点，同时，报告厅的建筑结构及其功能上也有其特殊性，分析典型的报告厅火灾事故，可以得知，拥堵现象是安全疏散的主要问题［2］，严重情况可能发生踩踏事件［3］，显然，合理制定疏散路线，提高疏散效率，对于减少人员伤亡具有重要意义［4］。

本文主要以学术报告厅为对象，运用Pathfinder人员疏散模拟软件研究疏散过程，分析不同的疏散策略对人员疏散的影响，找出最佳的疏散策略，达到最短的疏散时间［5］。

本报告计算采用国内外最广泛运用的Pathfinder 2019人员逃生模拟软件结合方案设计阶段完成的BIM模型，通过模拟比对，对设计方案与疏散策略提出合理高效的建议。

1 Pathfinder软件介绍

Pathfinder是一款专业的火灾疏散模拟软件，该软件将强大的仿真引擎与对人群行为的灵活控制相结合，能够更快地评估疏散模型并生成更逼真的图形，从而分析出人员疏散的最佳时间，减少人员伤亡。

软件包含2种人员运动基本模式，即SFPE和Steering模式。SFPE模式，是以出口流量为基础的人员运动模式。而Steering模式是使用路径规划指导机制与碰撞处理相结合控制人员运动的，因而Steering模式能够比较科学地反映人员疏散的真实情况［6］。

2 某学术报告厅概况

某学术报告厅平面布局如图1所示。总面积为1 727.74 m2，长57.4 m，宽26.2 m，成阶梯状布置。设计座椅容纳总人数为1 350人，拟定舞台及放映室各类人员合计20人，总疏散人数共1 370人。共计6个安全出口，每个安全出口宽1.8 m，高2.1 m（见图1）。

图1 学术报告厅平面（设计方案1）Fig.1 Floor Plan of the Academic Lecture Hall（Design 1）

3 人员疏散模型

3.1 模型的建立

本文采用BIM模型结合Pathfinder建立学术报告厅疏散模型，具有简单、易于搭建的优点（见图2）。

图2 学术报告厅BIM模型Fig.2 BIM Model of the Academic Lecture Hall

⑴创建BIM模型

⑵将BIM模型导出为DXF格式，再导入Path⁃finder创建人员疏散模型（见图3）。

图3 人员疏散三维模型Fig.3 Evacuation 3D Model

3.2 模型的假设

根据研究目标，在建模过程中对学术报告厅人员疏散模型作如下基本假设［7-8］。

⑴学术报告厅人数按满员状态下的最不利条件计算。

⑵疏散人员生理及心理上处于正常状态，能以自身能力到达安全区域，疏散区域内人员均匀分布。

⑶疏散人员向疏散空间布局图标识方向疏散。

⑷本文以学术报告厅人员疏散策略为研究重点，不同程度的火灾会对疏散人员的生理及心理状况造成一定程度的影响，因此，本次模拟不考虑火灾对人员疏散的影响，而仅作为学术报告厅进行人员疏散的前置条件，即火灾已发生，学术报告厅内所有人员需要疏散。

⑸人员疏散时间由火灾的探测报警时间、人员的响应时间和人员的疏散行动时间构成，探测报警时间及人员响应时间对外部条件较为敏感（建筑：报警装置、应急照明等；人员：警惕性、行动能力等），对于不同疏散策略无重大影响，因此本文只考虑疏散人员的行动时间。

3.3 模型参数的定义

本项目类型为学校类型，功能区内人员构成相对较为简单，均为行动能力较强的青少年及小量成年人，疏散速度主要参考《SFPE消防工程手册》［9］及疏散计算软件的建议设置，疏散人员的移动速度为1.19 m/s。

随着疏散的进行，建筑内各区域的人员疏散速度会随着人员密度的增大而逐渐降低，该过程将由疏散模拟软件自动完成。

4 学术报告厅疏散策略设定

疏散策略是指在人员疏散模型中指定各个不同区域的人员往不同安全出口疏散的疏散路径，即指引不同区域内的人员通过最有效的疏散路线和安全出口，以达到逃生时间最短的目的。结合设计方案1的建筑布局，制定了3种疏散策略，这3种策略以不同疏散区域划分，分别通过不同的安全出口进行疏散。

4.1 疏散策略1

主要分为上下2个疏散区域，如图4⒜所示。当红色区域的人员到达横向通道的时候，可经由安全出口1、3或4疏散，当绿色区域的人员到达横向通道的时候，可经由安全出口2、5或6疏散。

图4 疏散策略Fig.4 Evacuation Strategy

4.2 疏散策略2

主要分为4个疏散区域，如图4⒝所示。左上角座椅区往安全出口1和3疏散，左下角座椅区往安全出口2和5疏散，右上角和右下角分别往安全出口4和安全出口6疏散。

4.3 疏散策略3

分为8个疏散区域，如图4⒞所示。本策略依据通道是否有得到充分利用的原则制定，当火灾发生时，学术报告厅中部绿色及蓝色区域人员往安全出口1及2疏散，红色区域人员往安全出口3及4疏散；浅粉色区域人员往安全出口5及6疏散，紫色区域人员由安全出口4疏散，深蓝色区域人员往安全出口6疏散，橙色及黄色区域分别通过上部通道及下部通道往安全出口3及5疏散，疏散区域如图4⒞所示。

5 结果与分析

5.1 结果分析

假定学术报告厅初始状态为人员满座，根据图4的3种疏散策略，可以得到不同的疏散结果。3种策略的疏散时间分别为343 s、270 s、220 s，策略1、策略2、策略3的疏散过程分别如图5～图7所示（人员密度：蓝➝红=低➝高）。

图5 策略1的疏散过程示意图Fig.5 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 1

策略1中从疏散开始到最后一个人离开的时间是343 s。策略l采用的是人员上下疏散路线，疏散人数在各个疏散区域的密度分布差距很大（见图5），两侧安全出口利用率较低，人员集中在安全出口1及2进行撤离，导致人员疏散效率过低，滞留人数过多。由于两侧安全出口未得到充分利用，导致整个疏散过程所需的时间大幅增加。

策略2中从疏散开始到最后一个人离开的时间是270 s。策略2分为4个区域疏散，疏散人数在各个安全出口的人员密度分布差距很大（见图6），后部疏散通道利用率较低，人员集中在座椅区前部，导致前部人员过度密集，人员疏散效率过低，停留的人数过多，通过安全出口速度变慢。由于前疏散通道未得到充分利用，导致整个疏散过程所需的时间仍然较长，但相较于策略1疏散时间快了73 s。

图6 策略2的疏散过程示意图Fig.6 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 2

策略3中从疏散开始到最后一个人离开的时间是220 s。策略3分为8个区域疏散，在疏散前期，前半部人员仍然过度密集（见图7，t=80 s）；到疏散中期，疏散人员在各个安全出口的人员密度分布较为均匀（见图7，t=160 s），而且，各个疏散区域及安全出口基本同时疏散完毕，这意味着各个通道和安全出口与策略2相比，都得到了较好的利用，使整个疏散过程消耗的时间最少。

图7 策略3的疏散过程示意图Fig.7 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 3

从图5～图7可以看出，学术报告厅前半部（靠近舞台侧观众席）与后半部的疏散情况相比，前半部的人员比较密集，3个疏散策略中，学术报告厅后半部的疏散速度明显比前半部更快，导致前半部人员密度过大，对于安全出口位置的布置，仍有优化空间。

5.2 优化后的设计方案

安全出口3、5移动到舞台两侧，通过对安全出口位置的优化，使各安全出口的位置分布均匀、更为合理（见图8）。

图8 优化后的学术报告厅平面（设计方案2）Fig.8 The Optimized Floor plan of the Academic Reporting Hall（Designing Scheme 2）

优化后的设计方案，采用同样的人员疏散策略-分区疏散策略，各个疏散分区按安全出口的位置设定，人员数量基本相同、分布均匀。当火灾发生时，考虑到疏散人员所处的座椅区和学术报告厅安全出口的位置（6个出口均匀分布在学术报告厅的前、中及后部），采用就近疏散的原则，人员疏散空间布局如图9所示，疏散时间如图10所示。

图9 优化后的疏散策略4Fig.9 The Optimized Strategy 4

图10 优化后的策略4的疏散过程示意图Fig.10 Diagram of the Evacuation Process for Strategy 4

优化后的疏散策略4中从疏散开始到最后一个人离开的时间是137 s。优化后的疏散策略设计使得通过各个安全出口的人数大致相同，各区域疏散人员的人数变化基本一致，各个安全出口都得到了充分利用，大幅减少整个疏散过程所需的时间。

6 结语

通过研究发现，最佳疏散策略的制定需要考虑以下几个因素：①各个疏散通道的利用效率；②各个安全出口的通行人数；③各安全出口位置分布是否合理。

本文以某学术报告厅为例，使用BIM模型结合Pathfinder建立了基于不同疏散策略的人员疏散模型，并进行了仿真模拟，通过模拟比对，分析了疏散策略的合理性，最后从建筑设计角度提出优化建议，得到合理的设计方案和高效的疏散策略。研究结果表明，通过不同疏散策略的仿真模拟比对，能够验证设计方案的合理性，为现实中紧急情况下的人员疏散提供具有实际价值的指导。