基于FDS和Pathfinder高校宿舍樓安全疏散仿真研究

鄭渝川

摘要：本文以河北某高校宿舍樓為研究對象，通過FDS和Pathfinder軟件進行火災模擬和安全疏散仿真，通過煙氣的能見度重現疏散過程中的真實場景，在關鍵的時間節點上對比人員疏散和煙氣層高度，研究表明在火勢剛剛開始蔓延時就對宿舍樓內的人群進行疏散，可以保證樓內被困人員在必要安全疏散時間內可全部疏散完全。

關鍵詞：FDS;Pathfinder;煙氣能見度;安全疏散

1引言

隨著社會經濟的發展，人們對于高等教育越來越重視，但是高校的消防安全教育和疏散意識卻一直滯后。尤其是在宿舍樓這種人員密集且空間復雜的建筑物中，火災發生的概率更高，且當火災發生時如果不及時得到有效的控制就會導致火災的迅速蔓延。不少學者都對人員辦公和住宿樓進行過深度的研究。

王煒罡等人[1]利用FDS對高層居民樓火災進行數值模擬，得出居民樓最佳的逃生時間是在火災發生的122秒，之后會因為CO濃度大、高溫等因素致使疏散產生困難。劉福貴[2]模擬了高層辦公樓建筑，其研究結果為高層辦公建筑防火設計及人員逃生提供理論參考。陳咪和湛蓮香[3]對高校宿舍樓進行模擬得出在所設定的和實際想接近的火災現場，安全出口臨界危險溫度出現的最小時間是300s左右。戎傳亮[4]在原有研究高校教學樓的基礎上，通過分析疏散通道溫度的變化進一步研究對疏散人員的影響，結果表明當疏散人員行動隨時間的變化比較大，溫度和人員密度隨時間的變化并無統計學規律，當兩者一致時，則其變化規律基本上符合高斯分布，但溫度總是滯后于人員密度變化，這與現實的情況較為符合。

通過比較前人較為完整的理論體系，本文通過運用兩種軟件結合的方式，更加全面完整的還原火災發生時的場景，由此進行對宿舍樓合理的研究。

2工程概況

本文以某高校宿舍樓為例，該宿舍樓占地面積640m2，總建筑面積為1280m2，一樓有12間寢室，2個衛生間，2個樓梯間，1間門衛室和1間消防控制室，二樓有16間寢室和2個衛生間。每間宿舍長6m寬4m，每層樓高為3m。建筑總面積為宿舍樓的一二層平面圖如圖1所示。

3評估目標與安全判據

通過FDS進行火災數值模擬，根據所測得的CO濃度、溫度等數據判斷火災的擴散情況，評估當前的建筑是否安全，通過Pathfinder進行人員疏散模擬，得出總體人員的疏散時間和各個時間點上的人員疏散情況。結合各個點的疏散和火災蔓延的情況，真實地展現火災現場的環境來評估該宿舍樓是否符合安全的標準。

1）2）2.1FDS工況設置

按照圖紙的設計要求，設置全尺寸的模型。設置總體框架為40m×16m×6m，網格的大小為0.5m×0.5m×0.5m，火源設置在樓梯正對著的寢室內，火源功率為3000kW/s，火源類型為快速t2火，在一層門位置處設置寬1m高2m的四個門均為開啟狀態作為邊界條件。所有的墻體和樓梯均為水泥，可燃物為泡沫。

2.2Pathfinder設置

1）工況設置

按照圖紙的要求設置每個房間的門的位置和整棟樓四處出口的大小和位置，每個宿舍的房門為1m，整棟樓的出口門的寬度為2m。

2）人員參數設置

本次研究是以高效宿舍樓為模板，因此設置人員的疏散速度為1.5m/s，其余均按照軟件默認的數值進行設定。

3）人員數量與位置

每個宿舍樓分配6人，每層廁所均有2人，消防控制室有3人，門衛室有2人，其余的人都在寢室的走廊上，一共有190人。所有人都隨機分布在各自的房間區域內。

4火災煙氣分析

在該條件下，在該建筑內煙氣的發展如圖2所示，根據模擬情況中可知，當開始10s，可燃物被點燃開始有煙氣冒出，在30s煙氣充滿整個寢室，開始向走廊蔓延，t=50s時，煙氣開始向樓道蔓延，60s時，樓梯間的煙氣開始堆積，但未在二樓形成明顯的煙氣層。二層的溫度均為20°，火災剛開始煙氣溫度并不是很高，且煙氣剛蔓延至宿舍樓二樓，疏散人員可進行安全的疏散。

5疏散安全分析

本次疏散所有人的時間為60s，根據模擬的情況如圖3所示，可知10s時一樓人員向安全出口按照次序基本上疏散過半，30s時一樓人群已經疏散完全，二樓的人基本上在樓道中，50s時，所有人基本上疏散完全，只有少部分還處在樓道中。

6結論

通過火災數值模擬和人員疏散模擬可以進一步還原火災最真實的場景，從模擬的結果來看，在50s時，煙氣開始在樓梯間內擴散，但是人員已經在樓梯間的下半段基本上已經疏散完全，60s時漸漸形成煙氣層，但是此時人員已經疏散完全，因此煙氣未能明顯阻礙人員疏散。從過程來看，當t=30s時，煙氣還未從寢室中蔓延出來，此時疏散人群已經集中在樓道中，并且有大部分人已經從宿舍樓中疏散出去。隨著時間的推移，人員始終可以在煙氣未到達時進行合理有序的疏散，因此綜上所述該樓發生情況最危險的火情時也可保證所有人群安全的疏散。

參考文獻

[1]王煒罡，文虎，賈勇鋒. 基于FDS的高層居民樓火災模擬[J]. 西安科技大學學報，2020，40（02）：314-320.

[2]劉富貴. 淺析FDS火災模擬在高層辦公建筑的應用[J]. 水電站設計，2020，36（01）：11-13+25.

[3]陳咪，湛蓮香. 基于FDS和Pathfinder高校宿舍樓安全疏散仿真研究[J]. 數字通信世界，2021，（06）：10-11+16.

[4]戎傳亮，雷文君，齊新葉. 疏散通道溫度變化與人員流動關系的實驗研究——以高校教學樓為例[J]. 山東建筑大學學報，2021，36（03）：52-59.