基于Pathfinder高校人员安全疏散模拟研究

周莹ZHOU Ying

（西南石油大学，成都 610500）

0 引言

高校宿舍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。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]。据公安部门统计，全国每年在火灾中丧生的人数基本超过一千。2000-2006年间，中国高校火灾事故发生3700余起，造成了44死9伤，直接经济损失了2200余万元。2005年全国火灾直接经济损失就已超过13.6亿元，并呈逐年递增趋势。物的不安全状态、人的不安全行为和管理的缺陷等原因直接导致上述结果，这些数字值得我们深刻关注火灾安全事故是多么地重要。因此关注高校火灾安全问题刻不容缓，下文从安全疏散逃生因素变量调整来模拟实际火灾发生时的不同疏散情况，为实际建筑设计和学生生命安全问题分析提供可供参考的数据。

1 模型简介

1.1 Pathfinder软件简介

由于建筑物发生火灾的原因与过程比较复杂，人员疏散情况会受到较多因素的影响，采用传统的实验方法对其进行研究会耗时耗力且花费较大，难以获得有应用价值的成果[2]，因此采用Autodesk revit与Pathfinder软件结合模拟高校火灾安全疏散情况，在理念探究的基础上结合实际情况发生模拟，减少资源的消耗，实现研究的利益最大化。Pathfinder为3维网格模型，是一种基于人员疏散和移动模拟仿真器[3]，它利用计算机图形仿真和游戏角色领域的技术，提供了图形用户界面的模拟设计和执行，以及3D可视化工具的分析结果，对多个群体中的每个个体运动都进行图形化的虚拟演练，从而可以准确确定每个个体在灾难发生时最佳逃生路径和逃生时间。

1.2 建筑模型建立

疏散模型以四川某高校女生宿舍楼为例，建筑整体分布共6层，总建筑面积为2875.92m2。每层共22个房间，其中18个房间对称分布，剩余4个布置于左右端部，除了左右端部的4个房间每间居住4人，其余房间均居住6人。楼层房间具体数量和人员分布情况如表1所示。

表1 楼层房间和人员数量表

处于中部的人员流动通道宽1800mm，房间开间3300mm，进深5700mm，阳台进深1500mm。分布于左右两端各一部的楼梯为双跑楼梯，一跑净宽度1450mm，左右各19个踏步宽并且平台设置于楼层中部，楼层平面图如图1所示。

2 基于Revit和Patfinder的仿真疏散模拟分析

2.1 Revit建立疏散逃生模型

为满足模拟需求与模型对应，以Autodesk revit2016建立四川某高校女生宿舍楼层模型，将此模型导入Pathfinder中，并对各楼层进行简单的门窗处理，疏散模型如图2所示并以此模型进行火灾发生时人员疏散逃生情况模拟分析。

2.2 疏散结果分析

2.2.1 楼层层数改变

假设所有学生此时全部在寝室中进行活动，整栋楼总人数达755人，其中第1层居住115人，2-6层除了走廊尽头两端房间因房间特殊构造原因，每间房居住4人，其余20个房间均居住6人，每层人数达到128人。在发生火灾进行疏散逃生时，每个房间进出口不存在堵塞情况。进出整栋楼的大门宽度2400mm，高度2100mm。

在实际疏散过程中，人员受到心理、环境等因素的影响，速度在不断地变化，本文根据密度－速度公式[4]算出人员速度，计算公式为，式中：V为人员速度；为人行走时的最大速度，取1.66m/s；P为人员密度，取0.5人/m2；b为速度折减系数，取1.0。从而可以计算出在实际疏散逃生情况中，人员速度为1.0m/s。人员身体数据：本宿舍楼为女生宿舍楼，设定女生平均身高162cm，肩宽38cm。因为本宿舍楼在左右两端均设有进出大门，考虑最优疏散逃生方案，则设置人员就近疏散逃离：左端学生从左侧楼梯疏散，右端学生全部从右侧楼梯疏散。

通过Pathfinder软件计算出人员疏散总时间为387.3s，如图3所示。

现在考虑将更改楼层层数，将此栋建筑的房间人员数量设置改为8人；建筑由6层更改为5层。因此1层居住155人；2层至4层楼层22间房每间房均居住8人，每层人数达到176人；第5层人数达72人，居住9个房间。

2.1吸烟组与不吸烟组(对照组)高频听力损失检出率的比较 吸烟组高频听力损失检出率为25.8%,二线接噪组高频听力损失检出率12.3%,经统计学分析,差异有统计学意义(X 2=33.079,P<0.05)。见表1。

通过建筑优化设计安排之后，在总人数没有改变的基础上，疏散逃生总时间由387.3s减少至315.5s，根据查询得知国内外建筑物平均轰燃时间为5～7min[5]，因此，模拟轰燃时间TASET设置为6min。安全疏散时间为315.5s

2.2.2 楼梯数量合理设置

除上述更改楼层数与人员分布情况对整体疏散逃生总时间的优化探究外，考虑疏散楼梯总数量以探究其对于人员火灾疏散逃生时间的影响，试寻找最合适的疏散楼梯数量来达到发生火灾时人员疏散逃离时间的缩短，减少人员伤亡寻求安全最大化。

根据上述研究在5层楼的基础上，对楼梯数量这一因素进行研究以探究其对安全疏散时间的影响。

上述模型中双跑楼梯设置在建筑的左右两端共2部，模拟发生火灾时人员疏散逃离的时间为315.5s，由于大量的现场情况表明，由于建筑内人员密度过大，导致疏散时在楼梯口严重拥堵，从而使疏散时间明显延长[6]，因此考虑在人员流通通道中部增设一部双跑楼梯，模拟火灾发生情况，计算人员有效安全疏散逃生时间，模型整体布局如图5所示。

对模型进行火灾发生时人员疏散逃生模拟，实验数据表明增设一部楼梯后安全疏散逃生时间为278.5s，如图6所示比较使用两部楼梯进行疏散逃生的安全疏散逃生时间缩短了近40s，大幅提升了有效逃生效率。增设一部楼梯，人员疏散路线得到重新规划以形成新的路径，一定程度上缓解了人员在通道内的拥堵状况。

2.2.3 研究结果总结

①整体人数755人，整体由原来的6层、每层22个房间、除了走廊尽头两端2个房间居住4人外，其余每个房间居住6人；更改为5层，1-4层每个房间居住8人，5层使用9个房间的人员分配情况，使得整体楼层高度降低并且空出多余房间可供约100人居住，并且将发生火灾时安全疏散时间缩短了71.8秒，将逃生时间控制在了模拟轰燃时间TASET6min内，极大地提高了人员的存活和救援可能性。

②在宿舍楼原有楼梯数量上增设楼梯的方法，能够有效地缓解人员在通道内的拥堵状况，使得疏散路线得到重新规划，缩短了人员疏散逃生时间，因此高校在安排学生分布的情况下同时注意满足增设楼梯的需求，保障学生生命安全。

③人员在火灾发生过程中会受到各种因素的影响，心理会产生极大的恐惧感和不安感，使得实际疏散速度极大降低，特别是对于需要更多时间才能撤离出火灾发生建筑的高层居住人员，因此在人群密集居住的场所，人员的居住高度不能过高，同时需要注意建筑内部楼梯数量应该合理满足实际需求以此保障人生安全。

④进行火灾疏散逃生模拟探究的最初原因是因为火灾的发生，要从源头上保障人生安全，以防引起后续不必要的事件，因此学校应该加强安全教育，定期开展会议培养学生的安全意识，定期组织学生进行火灾安全疏演练，防止火灾发生时学生过于恐慌和不安而导致踩踏事件。

3 未来展望

①在实际工程中可以考虑将Revit与Pathfinder软件紧密结合起来进行高校宿舍火灾安全疏散逃生模拟分析，能够更加高效、具体地显示出实际逃生情况。

②在实际建筑设计与人员住宿安排前，使用Pathfinder软件进行安全模拟分析能够更好地测验出实际情况中有可能发生的相关安全问题，使得安全方案能够提前制定，并在实际中更好地运用。

③通过Pathfinder软件实现人员安排的优化、建筑楼层分布设计优化与楼梯数量的优化，在人数不改变的基础上，能够有效控制安全疏散时间，为人生安全保驾护航，极大地提高生还率。

本文是将Revit与Pathfinder软件有效结合，实现了安全疏散情况模拟和火灾情况中逃生时间的有效缩短，并希望能够将此例运用到实际中，为实际生产生活提供参考价值。同时也希望在此基础上作出改善与进步，为人员在实际火灾发生时提供可靠理论依据。