基于FDS与Pathfinder的音乐厅人员应急疏散模拟研究

黄浩然

摘 要：通过火灾模拟软件FDS和疏散仿真软件Pathfinder，对某音乐厅内部的温度场及烟气运动状况进行模拟分析，以获取相关参数，并进一步对厅内部发生火灾事故条件下人员的应急疏散情况进行仿真模拟研究。结合相关规范和统计数据进行计算，得出音乐厅内部人员安全疏散的可用疏散时间（ASET）和必需疏散时间（RSET），从而对研究场所的安全疏散条件进行较为全面的判断，以期为此类人员密集场所的安全疏散设计提供一些参考和借鉴。

关键词：FDS；Pathfinder；音乐厅；应急疏散；仿真模拟

中图分类号：TU998.1                           文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）06-0108-05

0 引言

随着人民群众生活水平的日益提升，国家文化产业的不断发展，音乐厅场所成为人们欣赏艺术演出越来越突出的选择。音乐厅或为独栋建筑，或设在大剧院类综合性建筑内，空间较为高大、设计结构复杂、器材设备繁多、功能较为多元。演出时内部人员往往高度集中，发生火灾等事故后易造成较大伤亡损失，因此对该类场所进行火灾事故条件下人员应急疏散情况的研究就显得尤为重要。

本文选择的研究场所为某音乐厅，其内部火灾荷载主要集中于观众席及演出席等部位，一旦发生火灾，火势发展迅速，组织扑救困难。同时会产生大量不完全燃烧产物，具有较大毒性，产生的烟气对人员能见度影响也较大，这些都构成人员应急疏散时的不利因素[1]。

1 火灾场景概述

1.1 场景工况模拟

演出时音乐厅内部人员密集且集中，火灾荷载相对较大，考虑到火灾发生概率较大、情况较不利的条件，将火灾发生部位设置在观众席中间及疏散出口附近区域，以分析研究在人员高度集中、疏散环境不利条件下的人员应急疏散情况。通过FDS进行建模设计[2]，火灾场景的设定如表1所示。

音乐厅室内共设机械排烟口4个，位于厅室顶部，排烟口参数如表2所示。火源位置设定如图1及图2所示。

1.2 烟气及温度模拟结果分析

分别对8种工况下的烟气及温度分布情况进行模拟分析，由于篇幅有限，所设定的8种工况分析无法一一列出，在此选择较有代表性的工况4进行说明。具体条件为：火灾发生在一层观众席中部，火灾荷载为10 M，发生事故时喷淋及排烟系统均无法启动，火源类型为T2火。工况模拟结果如图3至图8所示。

从可见度及温度切面图可以得出：对于三层，可见度比温度先达到危险临界状态，三层ASET为224 s。对于二层，可见度在326 s时先于温度达到危险临界状态。而一层可见度在481 s时到达危险临界状态，同样先于温度。

通过对各个工况的可见度及温度切面图进行分析汇总，可以得出音乐厅疏散出口的模拟失效时间，如表3所示。

2 人员应急疏散仿真模拟

厅内部发生火灾后，衡量该建筑防火及疏散设计安全可靠的标准为：在火灾到达危险状态前，人员全部疏散到安全地点或区域。火灾发生时相关设施探测到火灾并进行报警的时间及火灾对人员构成威胁的时间具有重要参考意义。一般来说，人员的疏散行为由发现火灾、逃生准备、逃生行动、到达安全区域等过程组成[3]。人员发现火灾的时间可以等同于火灾报警信号发出的时间，但实际过程中要稍晚于后者。

必需安全疏散时间RSET是指从起火时刻到人员疏散到安全区域的时间。紧急情况下的RSET包括火灾探测报警时间（talarm）、预动作时间（tpre）和人员疏散运动时间（tmove）。即：RSET = talarm + tpre + tmove。

可用安全疏散时间ASET是指从起火时刻到火灾对人员安全构成危险状态的时间段，主要取决建筑结构及其材料、控火或灭火设备等，并与火灾蔓延以及烟气流动密切相关。其中保证人员安全疏散的基本条件是：ASET > RSET。

火灾中人员的安全涉及整个音乐厅建筑，因此建筑物内每个可能受到火灾威胁的区域都应满足上式要求。

2.1 人员预疏散时间确定

人员预疏散时间是指从火灾报警系统报警到人员开始疏散的这段时间，一般来说，由于不同场所使用性质、建筑特性等不尽相同，内部人员的预疏散时间也有较大不同[4]。表4展示了根据经验总结和数据分析得出的不同使用类型建筑采用不同火灾报警系统时的人员预疏散时间。

考虑到研究目标为音乐厅，内部人员在常规情况下处于清醒状态，但大部分人员应对场所内火灾报警系统、安全出口分布位置等情况不熟悉，因此本文假设人员预疏散时间为2 min。考虑到音乐厅内部人员密度大，起火后火情较易被发现，且现场工作人员会及时组织观众疏散，因此本文保守设定火灾探测报警时间为1 min。同时假设火灾报警来自于消防控制室联动系统，以应急广播播放的形式实现，类型为W1。

2.2 疏散模型的建立

本文運用疏散模拟软件Pathfinder，将FDS火灾模型进行导入，从而对音乐厅内部人员进行模拟计算，得出一定场景下的人员疏散时间（tmove）。Pathfinder对人员运动方式提供两种基本选择：SFPE模式和Steering模式，由于Steering模式更接近实际情况，本文模拟计算中均采用Steering模式[5]。

2.2.1 主要疏散出口建模

本模型中各疏散出口的宽度统计如表5所示，位置示意如图9所示。

2.2.2人员荷载与行走速度

根据GB50016-2014《建筑设计防火规范》5.5.21第5条，“有固定座位的场所，其疏散人数可按实际座位数的1.1倍计算”。该音乐厅共有座位数1500个，人员总数约为1.1×1500+30=1680（30人为表演和工作人员）。

本文参考有关数据，设置坐席部分的疏散速度为0.5 m/s，坐席以外部分的疏散速度为1.0 m/s。

2.2.3 疏散场景设置

根据火源点的设置对疏散出口的影响，共设置2个疏散场景。场景1为所有疏散出口均可用（对应火灾工况1～4）。场景2为2号出口由于在火源位置，不可用（对应火灾工况5～8）。

2.3 人员疏散时间分析

由于篇幅有限，只选取场景2的模拟计算结果进行展示，后文进行全部场景计算结果汇总。场景2的计算结果如图10至13所示。从图10至13可以得出，整个音乐厅人员在220 s时疏散完毕，其中最后疏散完成的楼层为二层，由于一层地面相对于坐席部分行动上较为便捷，其人员最先疏散完毕，疏散时间为113 s，三层人员疏散时间为100 s。

2.4 必要疏散时间计算

通过上述分析，依据公式RSET = talarm + tpre + tmove进行计算，其中talarm取1 min，tpre取2 min，tmove经模拟计算得出，结果如表6所示。

2.5 音乐厅疏散安全性判定分析

通过统计分析，得出音乐厅各工况疏散安全性判定表，如表7所示。

3 结束语

通过对该音乐厅火灾发生条件下进行人员应急疏散模拟研究，可以得出：在疏散通道、安全出口暢通，且消防喷淋和排烟系统运行正常的条件下，内部人员的安全疏散能够得到保障。其他工况下，除音乐厅一层人员外，二层、三层的人员疏散安全难以完全得到保障，其中可见度对疏散结果的影响大于温度的影响。

基于此，音乐厅场所应在日常做好以下4方面工作：一是做好员工的日常消防安全培训工作，强化员工的疏散引导和应急处置能力。二是加强场所消防设施器材的维护保养，确保其完好有效。三是严格管控场所内部易燃可燃物和火源。四是确保场所疏散通道和安全出口的畅通，从而全面提升该类场所的应急疏散水平。

参考文献

[1] 张丽姣.室内大型活动突发事件人员疏散模拟研究[D].北京：中国地质大学，2015.

[2] 金润国，毛龙，乐增.FDS 与Pathfinder 在建筑火灾与人员疏散中的应用[J]. 工业安全与环保，2009，35（8）：44-45.

[3] 杜长宝，朱国庆，李俊毅.疏散模拟软件STEPS与Pathfinder对比研究[J].消防科学与技术，2015，34（4）：456-457.

[4] 党会森，赵宇宁.基于Pathfinder的人员疏散仿真[J].应急救援， 2011，4（25）：47-48.

[5] 赵哲，陈清光.基于Pathfinder的公众聚集场所的应急诱导疏散[J].消防科学与技术，2013，32（12）： 1327-1328.