基于BIM的施工场地人员安全疏散分析——以新宫车辆段锅炉房项目为例

张立，陈晓

（1.中铁电气化局集团北京建筑工程有限公司；2.成都师范学院）

1 引言

目前，我国安全疏散研究理论与方法存在不足，而BIM技术拥有对场地信息进行收集、存储、管理、交换、更新的功能，使BIM被运用在安全疏散中成为可能。本文对施工场地人员安全疏散影响因素进行分析，建立施工场地人员安全疏散评价体系，并以新宫车辆段锅炉房项目为例，利用BIM建立施工现场的三维可视化模拟，得到最优的人员安全疏散方案。

2 施工场地人员疏散时间研究

2.1 影响施工场地人员安全疏散时间的因素

①外部因素，如施工现场的布局、施工现场的天气状况以及施工现场的安全疏散措施等。②内部因素，即施工人员的反应速度、心理素质以及对疏散路线的选择等。

2.2 施工场地人员安全预警时间

施工场地人员安全预警时间指事故被识别后至施工人员开始疏散前的响应时间，安全预警时间与事故类型、事故等级以及施工现场事故探测器息息相关。本文中，保守取安全预警时间为60s。

式（1）中：T1为事故预警时间，s。

2.3 施工场地人员反应时间

施工场地人员反应时间指施工人员从发现险情、观察险情到制定出自生逃生路线的时间，施工人员反应时间受到的影响因素很多，如正在进行的活动、与险情发生地点的距离、险情的类型、施工人员自身清醒程度、对施工现场与疏散路线的熟悉程度等。施工人员反应时间对其是否能安全疏散有重要意义，以下为施工人员反应时间公式：

式（2）中：T2为施工人员反应时间，s；120为信息传送时间，s；A0为楼层面积,m2；0.4为楼层信息传送系数；H为层高，m。

2.4 施工场地人员运动时间

施工场地人员运动时间指施工人员从开始疏散至到达安全区域的时间，施工人员运动时间考虑因素也较为复杂，施工人员选择的疏散路线是否存在障碍、疏散路线道路宽度、施工人员疏散速度、施工人员的数量等都会影响施工人员运动时间。施工人员运动时间主要包括施工人员从自身位置行走至安全区域的时间和施工人员在楼梯、障碍以及出口处的排队时间，及时合理选择正确的疏散路线对施工人员能否安全疏散至关重要。以下为施工人员运动时间公式：

式（3）中：T3为施工人员运动时间，s；Na为疏散人员总数，人；B′为出口的宽度，m；N′为出口处人员流量，人/（s·m）；ks为从最终出口到人流起始端的距离，m；vs为人流移动的速度，m/s。

3 施工场地人员安全疏散评价

3.1 施工场地人员安全疏散评价概念

在施工场地突发事故中，要安全地将所有人员疏散到安全区域，应使必需安全疏散时间RSET（从事故的发生至所有人员全部疏散到安全区域所需要的时间）小于可用安全疏散时间ASET（事故发生到该事故对人员生命安全构成威胁的这一段时间），即ASET-RSET＞0。RSET计算公式如下：

式（4）中：T1为险情预警时间；T2为人员反应时间；T3为人员运动时间；ε为安全修正系数，ε≥1。

3.2 安全疏散评价体系应用

结合实际分析，若某项目面积为A（m2），层数为H（m），施工人员总数为N(人)，出口宽度为B（m），出口处施工人员流量为F（人/（s·m）），最长安全疏散距离为L（m），人流移动速度为V（m/s），取安全修正系数ε=1.5，则可得到：

此时，若ASE T≥RSET，则施工场地人员可全部疏散至安全区域；若ASET＜RSE T，则施工场地人员无法全部安全疏散，此时应对疏散方案进行修正、优化与升级；若ASE T≥RSET，但两者十分接近，仍然需要对疏散方案进行优化、升级，提升安全保障。

4 基于BIM的新宫车辆段锅炉房的安全疏散模拟

4.1 项目概况

新宫车辆段锅炉房项目位于北京市，建筑面积491.04㎡，建筑高度7.89m，结构形式为一层框架结构轻型泄压屋面，该项目存在二层平台，二层平台可能存在施工人员作业，在研究中默认该项目为二层建筑，耐火等级为二级，火灾危险性为丁类单层厂房，抗震设防烈度为8度。

4.2 基于Revit与Pathfinder的模型处理

4.2.1 建立BIM模型

利用Revit软件建立新宫车辆段项目模型，根据该项目各类基本信息绘制三维模型。在Revit中建立标高轴网，依次绘制基础、梁、板、柱、墙等基本结构，再绘制门、窗、装饰等各类构件，绘制BIM模型。

4.2.2 导入BIM模型

利用Pathfinder软件对新宫车辆段锅炉房进行安全疏散模拟，并对其进行三维可视化分析。由于Revit与Pathfinder两者不兼容，不能直接将Revit中的模型数据导入Pathfinder中，此时需要以CAD作为媒介，将建立好的Revit模型在三维视图中以dwg文件导出，然后导入Pathfinder（见图1）。

图1 模型数据导入Pathfinder

4.2.3 设定相关参数

参数设定主要包括设定疏散人员数量以及设定疏散人员自身参数两部分。本文针对新宫车辆段项目进行疏散模拟与分析，新宫车辆段项目面积为491.04㎡，建筑层数为2层，可分为8个房间，本文估计疏散人员总数为100人；疏散人员自身参数包括人员流动速度以及人员肩宽，考虑到疏散人员心理状况对速度有一定影响，本文估计男女平均速度和身体宽度如表1所示。

表1 疏散人员参数表

4.3 基于Revit和Pathfinder疏散仿真模拟与分析

将模型导入Pathfinder中，根据规范设置疏散参数，进行疏散仿真模拟，经过多次分析得出建筑安全逃生的预警值30秒，符合相关消防标准，在一定程度上准确预测疏散速度和时间。建立疏散模型后，在软件中进行模拟，得出的模拟数据如图2所示。

图2 疏散出口位置分布图

由成果数据可得，人员会根据所处位置选择不同逃生路线。建筑物内人员容量、逃生速度、出口距离以及大小是制约疏散时间和逃生流量的重要因素，并且不同出口对逃生人员的吸引度、逃生个体属性等作为潜在的影响因素。在模拟过程中，我们可以很清晰的看到出口的疏散情况，当某个出口比较拥挤时，应当检查建筑安全的疏散设计是否符合相关规范，若不符合则考虑改进设计。同时，根据疏散演示，可适当调整疏散通道及出口，并控制施工场地内人员数量，提升施工场地安全性（见图3）。

图3 建筑物及各个房间内人员出入总人数

4.4 新宫车辆段锅炉房项目施工场地人员疏散评估

由上文可知，本文保守估计，T1=60(s)；新宫车辆段锅炉房项目，建筑面积491.04㎡，建筑高度7.89m。

由此可得，T2=145.3（s）；根据在Pathfinder软件中多次进行疏散仿真模拟及分析，得到T3=30（s）；本文中取ε=1.5，

由此可得RSET=250.3（s）=4.2（min）。由相关标准可知，一般民用建筑，一、二级耐火等级，其安全疏散允许时间为6min，新宫车辆段锅炉房项目耐火等级为二级，则取ASET=6（min）。此时ASET≥RSET，则在新宫车辆段锅炉房项目中，100位施工场地人员可在4.2分钟内全部疏散至安全区域。

5 结语

通过分析影响施工场地人员安全疏散的因素，建立施工场地人员安全疏散评估体系，利用Revit与Pathfinder为新宫车辆段锅炉房项目绘制建筑模型并进行施工场地人员疏散模拟分析，经评估100位施工人员可在4.2min内全部疏散至安全区域。此方法可为施工场地人员提供高效的疏散路径，提升疏散效率，减少人员伤亡。通过疏散模拟，对建筑的安全性进行评价，是保证建筑物火灾安全的重要方式，尤其是在环境复杂的施工现场，更应注意安全疏散的问题，保证施工过程中施工人员的安全问题。