基于FDS和Pathfinder高校宿舍樓安全疏散仿真研究

陳 咪，湛蓮香

（1.河南省建筑工程質量檢驗測試中心站有限公司，河南 鄭州 450003；2.鄭州工業安全職業學院，河南 鄭州 450003）

0 引言

高校宿舍多屬于人員密集場所，床被、蚊帳、書籍等可燃物較多[1]，發生火災因素復雜，是消防安全重點管理單位。尤其是老舊院校宿舍，消防管理不健全，消防設施老化，一旦發生火災很難安全疏散[2]。本文通過FDS建模和Pathfi nder軟件，對不同場景火災下煙氣擴散和人員安全疏散的規律進行研究，為高校宿舍消防管理提供參考依據。

1 宿舍樓模型建立

1.1 建立宿舍樓仿真模型

河南某高校宿舍樓建于1995年，共六層，高19.5m，宿舍樓單層面積約767m2，總建筑面積為4 602m2，每個宿8人，最大居住人數為1 138人。宿舍樓安全出口凈寬度為1.5m，樓內設消火栓系統，應急疏散指標志，應急廣播系統以及4A級滅火器。數值模型如圖1所示。

圖1 河南某高校宿舍樓仿真模型

1.2 火災場景設置

模擬設置2種火災場景，按照最不利原則，火源位置在1 F靠樓梯側房間內下層床鋪。對于設置自動噴水滅火系統有效的火災規模設置為1.5MW，未設置自動噴水滅火系統的火災規模設置為6MW[3]，火災為快速火。模型劃分的網格大小為0.4×0.4×0.4 m，網格總數為86 420個。距離著火層地面上方1.6 m處設置監測切面，在樓梯口頂部設置監測點，分別監測煙氣能見度和頂棚溫度。火災模擬時間設置為800 s，具體火災場景設置見表1。

表1 火災場景對比表

2 基于FDS火災模擬結果分析

2.1 著火層煙氣能見度分析

根據《建筑防煙排煙系統技術標準》的要求，著火層1.6m高度允許的最小煙氣能見度為5m。2種火災場景下煙氣能見度云圖如圖2和圖3所示。

由圖2、圖3可知，該宿舍樓著火層高度1.6m處煙氣能見度降至5m的時間分別為342s、396s，說明自動噴水滅火系統有效時，能有效減緩達到最小煙氣能見度的時間。

圖2 火災場景1下Z=1.6 m煙氣能見度5 m時（342 s）

圖3 火災場景2下Z=1.6 m處煙氣能見度5 m時（396 s）

2.2 安全出口臨界危險溫度分析

根據相關文獻[4]，人員在高于60℃的環境下承受的時間很短，因此選擇60℃為臨界危險溫度。2 種火災場景下，著火層安全出口的頂棚溫度隨時間的變化曲線如圖4所示。

圖4 著火層樓梯口處頂棚溫度

由圖4可見，火災場景2下該宿舍樓著火層安全出口處頂棚溫度峰值及其增長速率明顯低于火災場景1。火災場景1下達到60℃的時間為279s，火災場景2下達到60℃的時間為362s。這主要是因為2火災場景下，自動噴水系統有效的火災規模小于火災場景1，安全出口處頂板溫度上升較慢。通過上述分析可知，保障人員安全疏散時間 Aset，分別取最小煙氣能見度和安全出口臨界危險溫度的最小時間。災場景1為279 s，災場景2為362 s。

3 人員疏散安全性分析

3.1 人員所需安全疏散時間

人員所需安全疏散時間計算公式[5]如下：

式中，Rset為人員疏散總時間，單位s；TA為火災報警響應時間，取20 s；TR為人員聽到報警聲音的反應時間，取15 s；TB為開始疏散的時間。

3.2 人員疏散仿真模型

人員疏散模式采用Steering模式，平均疏散速度為1.2 m/s，疏散人數共計1 138人。疏散模擬設置兩種方案：一是全部人員從宿舍樓的兩個樓梯疏散；二是每個宿舍6人，最大居住人數為854人，其他情況如方案一。人員疏散模型如圖5所示。

圖5 宿舍樓人員疏散模型

3.3 人員疏散安全性分析

通過兩種疏散方案，模擬出該宿舍樓人員在發生火災時的疏散時間，并進行安全判定。模擬結果如表2所示。

表2 無消防電梯時人員疏散安全性模擬結果

由表2可知，宿舍人數為8人時，危險來臨時間Aset均小于所需安全疏散時間Rset，此時安全出口處頂棚溫度已經超過60℃，超出人員所能承受的溫度，人員處于危險狀態。在疏散場2下，自動噴水滅火系統有效，宿舍人數減少至6人，所需安全疏散時間Rset大于危險來臨時間Aset，人員在頂棚達到臨界危險溫度前能安全疏散。

4 結束語

本文通過FDS和Pathfi nder軟件分別模擬了某宿舍樓火災擴散和人員疏散過程，對比分析其模擬結果發現：

（1）火災場景1下，達到最小煙氣能見度和臨界安全出口臨界溫度的時間均小于火災場景2，說明自動噴水滅火系統對安全疏散的影響較大。

（2）學校應減小宿舍人員密度，每個宿舍由8 人減少至6人，在火災來臨時能大幅度減少安全疏散時間。

（3）學校應做好消防設施的維護保養工作，同時對學生進行消防安全逃生相關知識的培訓，提高學生的消防自救意識。