人員必須疏散時間理論在特大型劇場的數值模擬

白宇甲 占 偉

(福建省三明市公安消防支隊，福建 三明 365000)

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人員必須疏散時間理論在特大型劇場的數值模擬

白宇甲 占 偉

(福建省三明市公安消防支隊，福建 三明 365000)

以廈門華夏神游園主場館為研究對象，運用人員必需疏散時間公式與理論，模擬了三種常見的疏散方式，計算分析了人員疏散時間及有效疏散方案，驗證了人員必須疏散時間理論的可靠性。

疏散時間，人員疏散方式，劇場，自動滅火系統

本文以廈門華夏神游園主場館為實例研究對象。該項目中的演藝場館總建筑面積為29 797.586 m2，場館的屋頂采用鋼結構形式，其橢圓鋼構屋頂長軸跨度為150 m，短軸跨度為120 m，鋼構屋頂高度45 m，本項目觀眾席座位人數為2 930人，其規模為特大型劇場[1]。由于在使用功能、空間分布和建筑造型上有其獨特性，表演舞臺位于建筑四周，觀眾席位于建筑中部水體中，且可移動，空間比普通劇院更為高大，此類場所的人員疏散是建筑工程設計的一大難點，通過運用人員必須疏散時間理論，模擬常見疏散方式，可以較為準確的計算人員疏散時間及選擇有效的疏散設計方案。

根據演出時間的變化，位于水體中的觀眾席會結合觀影過程變化發生位移，火災發生時有多種人員疏散方式可供選擇。其中，連接疏散橋的最長疏散距離為129 m，通過池底疏散的最長疏散距離為135 m。本文通過模擬三種疏散方式可以驗證人員必須疏散時間理論的可靠性，確定最合理、安全的疏散方式。

1 人員必需疏散時間公式與理論

研究數據表明，人員疏散必需疏散時間TRSET通常由不同的時間間隔組成，因此，在火災發生的時候，場內全部人員不能理想的考慮第一時間進行有效疏散[2]。為準確、高效、科學地計算人員疏散必須時間，方便工程設計人員進行合理設計，一般而言，消防安全性能化設計的通用作法是把必須疏散時間分解為報警時間TA、響應時間TR和疏散行走時間TM等三個關鍵數值，數值之間在時間關系上存在間隔性，因此人員疏散的必需疏散時間TRSET的計算公式為：TRSET=TA+TR+1.5×TM。

按照設計慣例，計算機軟件模擬出來的人類行走時間常用TM表示和標注[3]。但是行走時間為理論值，并沒有考慮到個體行為人的行動能力、對所在場所的熟悉程度、還有自身應對危機時的主動干預和響應能力，是一種推算的臨界時間。因此，在火災發生時，通常要考慮到其他可能影響人類行動能力的不利因素，如人群中存在推搡情況延緩行動，消防指示標志沒有準確指引安全疏散方向延遲疏散距離，部分行動不便的老人、幼兒影響整體行走時間等。所以，為確保絕對安全，最大程度考慮眾多不利點，本項目在通用行走時間TM的數值前進行了合理的安全補償區間。同時，由于本項目結構為敞開式，人員視野不容易受到影響，因此，綜合不利和有利要素，我們確定了人員疏散安全系數為1.5。

1.1 報警時間TA的確定

在本文中取值的建筑火災報警時間統一設為60 s。

火災發生到觸發自動報警系統響應的這段時間一般稱之為報警時間。該項目按照規范，設計有火災自動報警系統，在火災初期階段，可以第一時間響應，發出報警信號，監控火災發生情況。此外，根據后期消防監督管理要求，本建筑投入使用后，舞臺、疏散通道等消防安全重點單位必須有人值守和2 h巡查一次，通過人防措施確保火災發生初期階段就能發現并開始主動疏散。綜上所述，本文采用60 s作為本建筑內火災報警時間的基本數值。

1.2 響應時間TR的確定

人員在疏散開始行動前到接到火災報警信號之間產生的一段時間間隔，一般稱之為人員響應時間。不同人員響應時間在不同場所有對應的時間數值，按照已有統計規律和技術規范表明，火災時人員的響應時間與建筑內采用的火災報警系統的類型有直接關系。表1是根據經驗總結出的各種用途的建筑物采用不同火災報警系統時的人員響應時間。

表1 各種用途的建筑物采用不同火災報警系統時的人員響應時間

根據設計說明，本項目建筑設置聲光報警系統并配有全域廣播系統，屬于W1報警系統類型。因表演時間大部分為白天，再考慮觀眾思想意識狀態方面，設定為清醒狀態，人員之間能較為迅速的擴散火災報警信息，能較為迅速的開始主動疏散行為。因此，本報告將建筑內的人員疏散響應時間設定為120 s。

1.3 疏散行走時間TM的確定

本文采用ThunderHead Engineering的疏散軟件PathFinder 2014.2進行疏散模擬分析。目前，此軟件由于較為科學的計算方式和較為準確的測試，已經廣泛運用于世界各地大體量、大跨度、超高層建筑的疏散模擬[4]。國內方面，福州體育場、廈門新航站樓、南京SKF商城均采用此軟件進行先期人員疏散的性能化設計。

按照確定的各個參數，建立各個疏散場景的PathFinde模型[5]。按照以上分析，可以建立出3個疏散場景的PathFinder模型。因篇幅問題，具體疏散場景模擬圖像不具體列出，僅將模擬計算的疏散行走時間乘以1.5倍安全系數加上報警時間和響應時間，得到觀眾區人員各場景下不同區域的必需疏散時間TRSET。

2 人員疏散模擬方式及判定

2.1 人員疏散模擬方式

將人員必須疏散時間理論運用到本項目消防安全疏散設計中的總要求是，在火災發生時，有正常行為能力的人員處于火災最不利點的情況下，因此，以下疏散方式均設計為距離人員疏散最近的安全出口或疏散通道堵塞，或火災發生在距離人員最近的疏散出口處。本文設置3個主要疏散場景(根據安全出口布局及設計方案，可延伸13個疏散場景，本文僅選取在火災模擬數值最不利點的3個最具代表性場景供參考研究)，通過FDS軟件模擬最不利點火災場景，對應的疏散場景的人員疏散流線和方式如下：

1)疏散場景1疏散流線：觀眾席停靠碼頭一，但無法與橋對接，僅池底疏散的疏散方式。人員疏散方式：觀眾從池底進行疏散。火災情況下，假設觀眾席的連接橋無法與碼頭對接，手動或者電動釋放懸梯后人員通過懸梯進行疏散，圖中僅疏散橋1可與舞臺直接銜接，采用這種疏散方式的有效總疏散寬度為觀眾席上部樓梯的寬度26.70 m，大于其觀眾人數計算出的26.64 m。

2)疏散場景2疏散流線：觀眾席停靠碼頭一，觀眾席與橋對接并且和池底一起疏散的方式。人員疏散方式：各個疏散出口全部可以正常使用，此時，舞臺觀眾席可以停靠在疏散大平臺，人員可以通過兩部分之間的疏散橋對接后，進行疏散。當觀眾席停靠碼頭一時，上升兩處連接橋，并且電動或手動下放觀眾席體內部所有的疏散懸梯，其中疏1可直接與舞臺銜接，觀眾可通過連接的橋和下放到池底的懸梯進行疏散。此疏散方式，通過橋連接的疏散寬度有21 m，池底疏散的疏散寬度有24 m，共計45 m，大于其觀眾人數計算出的26.64 m。

3)疏散場景3疏散流線：驅動觀眾席的設備失效，完全通過池底疏散的疏散方式。人員疏散方式：當觀眾席無法靠岸時，此時電動或手動下放觀眾席體內所有的疏散懸梯，通過13處池底疏散臺階和坡道(疏散臺階總寬 33.0 m)疏散至舞臺，并從舞臺疏散至室外大平臺，完成疏散。此疏散方式的有效總疏散寬度為觀眾席上部樓梯的寬度26.70 m，大于其觀眾人數計算出的26.64 m。

2.2 人員疏散時間判定標準

為實現安全疏散的功能目標，疏散設計應滿足綜合判定標準：可用疏散時間TASET大于必需疏散時間TRSET。

本文選取兩個關鍵數值進行比較，分別為火災模擬條件下人員可用疏散時間和人員必需疏散時間。其中用TASET表示從火災發生到火災發展至危脅人員安全疏散時的間隔時間，為可用疏散時間；用TRSET表示人員從火災發生到疏散至安全區域所需要的實際時間，為必需疏散時間[5]。

消防安全性能化評估運用在建筑實踐中，首先應分析待評估建筑的火災危險性，并根據火災危險性設定合理的火災場景；然后用計算機模擬程序對設定火災場景下的溫度、煙氣等參數進行計算，得到人員可用疏散時間TASET；再根據模擬火災場景下的人員安全疏散情況，利用人員安全疏散模擬軟件對設定疏散場景下的人員疏散情況進行計算，得到人員必需疏散時間TRSET。最后驗證計算結果TASET是否大于TRSET，方可判定疏散方式的安全性。若TASET>TRSET，可得到結論：在模擬火災場景下，選取的疏散方式可以確保人員能在火災發生時疏散到安全區域并確保生命安全不受威脅。相反，如果TASET≤TRSET，則判定為選取的疏散方式不能確保人員的安全疏散要求，需要針對性的做出調整設計。

3 模擬數值計算

本文消防安全性能化設計的主要目標，就是保障火災狀態下，場內所有人員能安全疏散，不發生較大以上亡人火災事故[6]。人員是否能安全疏散的指定位置，是設計之初就必須考慮的重點。通過前文幾組關鍵數值的設定和3種建筑疏散方式的選擇，我們通過計算公式可以較為準確的得到相關數值，用以比較多種情況下疏散方式的安全性，從而進一步優化設計，確保人員疏散安全。通過列舉三種人員疏散模式，在火災場景最不利情況下A01(火災數值模擬過程省略，均取值A01)，運用疏散模擬軟件進行計算得到的所需疏散時間TRSET，與各火災場景下的環境可用疏散時間TASET進行比較，以判斷各區域內人員疏散的安全性，如表2所示。

表2 人員疏散安全性判定

4 結果運用

通過表2可得如下結論：

1)在自動滅火系統和劇場內機械排煙系統及補風系統(按6次/h換氣次數設計排煙量，按排煙量的20%設計補風量)全部可以正常運作的前提下，對于最不利點火災數值模擬情況下的3種疏散場景，觀眾區內的人員均能夠安全疏散至安全區域。

2)當自動滅火系統和劇場內機械排煙系統及補風系統(按6次/h換氣次數設計排煙量，按排煙量的20%設計補風量)其中一個系統不能正常運作的前提下，對于最不利點火災數值模擬情況下的3種疏散場景，觀眾區內的人員均能夠安全疏散至安全區域。其中疏散方式2和疏散方式3的可用疏散時間更久，對比疏散方式1，人員疏散更有保障。

3)當自動滅火系統和劇場內機械排煙系統及補風系統(按6次/h換氣次數設計排煙量，按排煙量的20%設計補風量)全部無法正常運作的情況下，對于最不利點火災數值模擬情況下的3種疏散場景，僅有疏散方式2可以保障人員安全疏散，其余方式均要進行進一步優化設計和完善。

[1] GB 50016—2006，建筑設計防火規范[S].

[2] 倪照鵬,王志剛.性能化消防設計中人員安全疏散的確證[J].消防科學與技術,2003,22(5):22-23.

[3] Fire Code Reform Center Limited.Fire Engineering Guidelines,First Edition[R].1996.

[4] Klote.J.H.Method of Predicting Smoke Movement in Atria With Application to Smoke Management[R].1994.

[5] 美國消防工程師協會(SFPE).消防工程手冊[Z].

[6] 公安部天津消防研究所.建筑物性能化防火設計技術導則[R].

Personnel must be evacuated time theory in oversize the numerical simulation of the theatre

Bai Yujia Zhan Wei

(FujianSanmingFireDetachment,Sanming365000,China)

Taking Xiamen Huaxia Shenyou main venue as the research object, using the personnel required evacuation time formula and theory, this paper simulated three kinds of common evacuation methods, calculated and analyzed the personnel evacuation time and effective evacuation plan, verified the reliability of personnel required evacuation time theory.

evacuation time, personnel evacuation mode, theater, automatic fire extinguishing system

1009-6825(2017)10-0011-03

2017-01-21

白宇甲(1984- )，男，工程師

TU998.1

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