基于Pathfinder的地下商场消防安全疏散模拟

李 洪 岩

(黑龙江省公安消防总队黑河支队，黑龙江 黑河 164300)

基于Pathfinder的地下商场消防安全疏散模拟

李 洪 岩

(黑龙江省公安消防总队黑河支队，黑龙江 黑河 164300)

对Pathfinder人员疏散软件进行了简单介绍，根据工作中发现的地下商场人员疏散问题，结合实例针对防火卷帘两侧防火门正常和锁闭两种情况，综合考虑烟气运动和防火卷帘下降情况，运用Pathfinder软件进行模拟分析确定人员疏散时间。结果表明在防火门被锁闭情况下，人员疏散将可能导致发生严重问题。

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0 引言

由于受建设用地限制，城市建筑正在不断向天空、向地下发展。其中，为满足购物、商业经营等需要，地下商场越来越多的出现，以笔者所在的城市为例，全市共有地下空间建筑16处，其中15处为商场。从笔者调研情况来看，部分地下商场单位消防安全主体责任不落实，随意占用、堵塞疏散通道、安全出口的现象还十分普遍。加之地下商场具有火灾荷载大、火场温升快、温度高、排烟及人员疏散困难等特点，一旦发生火灾事故极易造成人员伤亡。因此，有必要对地下商场人员疏散问题进行研究。

1 人员疏散计算机模拟

受火灾发展过程、人员素质、自动消防设施启动、初期火灾扑救、安全出口和疏散通道设置等诸多因素影响，进行全尺寸的实地人员疏散实验来确定人员疏散时间是不切合实际的，针对上万平方米的大型地下商场而言更是无法实现的。目前，通行的方法是采用火灾软件计算机模拟的方式来对人员疏散情况进行分析，找到最佳的解决方式。

Pathfinder软件介绍。Pathfinder是由美国Thunderhead Engineering公司开发的基于人员进出和运动的模拟器，提供了图形用户界面的模拟设计和执行，以及三维可视化工具的分析结果，可以计算每个人员的独立运行环境并给予了一套独特的参数(如最高速度、出口选择、人员性别、年龄等)[1]。可以导入FDS火灾模拟软件，实现火灾模拟的同时，模拟人员疏散。可以用三维动画效果展示灾难发生时的情景；能够分解相关区域，展示各区域的人员逃生路径；准确确定每个人员在火灾发生的最佳逃生路径和逃生时间。

2 实例研究

本文以某地下商场为例进行研究，该商场为平战结合的地下人防工程，呈倒T字形结构，面积为10 000 m2，内部高度4.0 m，主要经营服装用品，防火卷帘设置在内部疏散通道上，将商场划分为7个防火分区，在防火卷帘两侧设有宽3.8 m的用于疏散的甲级防火门，内部疏散走道4 m。共14个通向室外地面的楼梯间，按照规定设置了相关消防设施，平面图如图1所示。2016年该场所在申报局部验收过程中，处于管理方便角度，请公安机关消防部门提出是否可以将3号防火卷帘两侧用于疏散的防火门锁闭，如图2所示。

按照规定防火卷帘两侧用于疏散的防火门严禁锁闭，但为了给社会单位更加直观的显示可能造成的火灾事故后果。笔者从防火门被锁闭和完好两种情况下建立Pathfinder人员疏散模拟。综合考虑人与人之间的摩擦力、社会力以及疏散过程中的心理反应，删除通常情况下人员较少的通风机房、排烟机房、消防水泵房、配电间等，设定人员运动速度为1.5 m/s，且对场所不熟悉。按照GB 50016—2014建筑设计防火规范第5.5.21条关于商店疏散人数的规定[2]，去除疏散时无需进入的仓储、设备房、工具间、办公室等面积，确定营业厅的建筑面积为9 500 m2，人员密度0.6人/m2，总疏散人数为5 700人。

由于该商场设置了火灾自动报警系统，且疏散通道上的防火卷帘为防火分隔用，火灾探测器动作后，卷帘将一步下降到底。烟气在火灾初期阶段的水平运行速度为0.3 m/s，轰然前烟气扩散速度为0.5 m/s～0.8 m/s[3]。以火灾发生的最不利情况和烟气扩散的最有利情况考虑，假定初期起火位置为防火分区范围的7号出口与8号出口之间商铺，距离商场东侧墙体320 m处，烟气扩散速度为发生轰然前的0.8 m/s，经使用感烟探测器功能试验器现场实地测试，防火分区4内探测器从受烟开始至发出报警信号，联动防火分区内3号、4号、5号卷帘的下降时间为30 s。按照烟气运动速度结合卷帘下降联动情况，各卷帘的下降时间如表1所示。

表1 防火卷帘下降时间表

按照卷帘下降情况，分别在Pathfinder中针对卷帘下降时间进行设置，以便更贴近真实的人员疏散情况，建立如图3所示的模型图。

在7号出口左侧防火卷帘两侧防火门可正常打开情况下，建立Pathfinder模型进行人员疏散模拟，经模拟人员运动疏散时间T1=228 s，如图4所示。

但考虑到现实火灾过程中，人员在疏散前需要有确认火灾和疏散准备时间(T2)，一般情况该段时间为60 s。因此，人员总体疏散时间为T1+T2=288 s。

在7号出口左侧防火卷帘两侧防火门被锁闭情况下，30 s后卷帘放下，人员将无法从卷帘两侧防火门进行疏散，基于此情况，在Pathfinder模型中设置将3号卷帘两侧防火门始终处于关闭不可通行状态，经模拟人员运动疏散时间T1=252 s(如图5所示)，人员总体疏散时间为T1+T2=312 s。

3 结论

一般情况下，人员密集的公共场所安全疏散时间约为300 s，在3号卷帘两侧防火门正常情况下，人员疏散时间为288 s，满足疏散时间要求。在3号卷帘两侧防火门被锁闭无法正常使用情况下，人员疏散时间为312 s，已经超过安全疏散时间要求，加之地下场所内浓烟、能见度、人员恐惧心理等影响，极易造成人员伤亡。结合模拟情况和GB 50098—2009人民防空工程设计防火规范第4.4.2条之规定[4]，该地下场所必须保证防火卷帘两侧防火门正常使用。

4 展望

如能够进一步运用FDS火灾模拟软件，综合模拟烟气层高度、火场温度、有毒物质浓度和能见度到达临界危险值的时间，与Pathfinder模拟时间进行对比分析，将会对解决该类场所在消防设计审核、验收以及检查中遇到疏散问题起到极大的分析和借鉴作用。同时也可应用于对属于地下场所的火灾高危单位开展消防安全评估。

[1] 吕 然，杨 凯.火灾与逃生模拟仿真——Pyrosim+Pathfinder中文教程与工程应用[M].北京：化学工业出版社,2014:218.

[2] GB 50016—2014,建筑设计防火规范[S].

[3] 郭树林，关大巍.防火设计与审核细节100[M].北京：化学工业出版社,2009:14-15.

[4] GB 50098—2009,人民防空工程设计防火规范[S].

[5] 岳海铃,李树刚,王成武,等.基于火灾模拟的地下商业街安全疏散评价[J].建筑防火与设计,2006(2):210-212.

The fire safety evacuation simulation of underground shopping mall based on Pathfinder

Li Hongyan

(HeiheDetachment,HeilongjiangFireBrigade,Heihe164300,China)

This paper simply introduced the Pathfinder personnel evacuation software, according to the underground mall personnel evacuation problems found in the work, combining with the examples, according to fire door lock and normal two cases of both sides of fire shutter, comprehensively considering the smoke movement and fire shutter declining situation, application of Pathfinder software made simulation analysis to determine the evacuation time. The results showed that under the situation of fire doors were locked, the personnel evacuation likely to cause serious problems.

underground shopping mall, Pathfinder, evacuation simulation, fire shutter

1009-6825(2017)20-0130-03

2017-04-20

李洪岩(1982- )，男，硕士，工程师

TU998.1

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