加拿大pc - pc加拿大官方网站

站內搜索
首頁 >> 科技動態 >正文

基于Pathfinder的商業綜合體 安全疏散仿真研究

2021-05-11
來源:中國安全(quan)生產 作(zuo)者:北京市應急管理科(ke)學技術(shu)研(yan)究院 楊建(jian)博(bo)

 

   本文以商業綜合體為研究對象,運用Pathfinder軟件進行仿真模擬,對比分(fen)析了(le)SFPEsteering兩種(zhong)疏(shu)散模式,分析了模擬過程(cheng)中發現的問題并進行了加寬(kuan)樓梯、增加安全出口、加外部樓梯三種(zhong)優(you)化設(she)計。結(jie)果(guo)表(biao)明,steering模式(shi)所用時間更短,也更符(fu)合實際情況;并通(tong)過優化設計減(jian)少所需安(an)全疏(shu)散(san)時間,提(ti)高人們的(de)疏(shu)散(san)效率。

 

工程項目概況以及模型建立

 

  本(ben)文以某(mou)市新(xin)時代商(shang)業(ye)中心為研究(jiu)對象,來進行此(ci)次研究(jiu)。新(xin)時代商(shang)業(ye)中心是一種大型商(shang)業(ye)綜合(he)體,其(qi)樓層(ceng)高約(yue)為54m,占地面積約為(wei)4000m2,樓層數為(wei)地下兩(liang)層,地上四層。具體(ti)分布如表(biao)1所(suo)示。

本文以(yi)CAD平面圖為基礎,再(zai)結合Pathfinder軟(ruan)件構建基礎模型。







安全疏散模擬的基本參數確定

 

  在建模(mo)之后,便要考慮模(mo)型中的(de)疏(shu)散人(ren)(ren)(ren)數(shu)。疏(shu)散人(ren)(ren)(ren)數(shu)的(de)確定,有多(duo)方(fang)面的(de)影響因素,本文(wen)便是根據(ju)不(bu)同(tong)(tong)的(de)劃分(fen)區(qu)域(yu)(yu)、不(bu)同(tong)(tong)的(de)肩寬和不(bu)同(tong)(tong)的(de)人(ren)(ren)(ren)員(yuan)類型等多(duo)種因素綜合(he)分(fen)析得(de)出結(jie)果。根據(ju)相(xiang)關(guan)標準,各(ge)劃分(fen)區(qu)域(yu)(yu)的(de)人(ren)(ren)(ren)員(yuan)數(shu)量取決于該區(qu)域(yu)(yu)面積(ji)、人(ren)(ren)(ren)員(yuan)密(mi)度(du)(du)和身高(gao)肩寬等方(fang)面。人(ren)(ren)(ren)員(yuan)密(mi)度(du)(du)具體引用的(de)數(shu)據(ju)有:西(xi)安市某(mou)大型商業綜合(he)體進行人(ren)(ren)(ren)員(yuan)密(mi)度(du)(du)現場調研數(shu)據(ju),地上四層取0.22/m2;地上三層取0.31/m2;地(di)上二層取(qu)0.34/m2;地上一層取(qu)0.32/m2;地下(xia)一層取0.28人(ren)/m2;地下二層(ceng)和一(yi)層(ceng)一(yi)樣取(qu)0.28/m2。對(dui)大(da)型超市(shi)賣場的客流密度調研取0.2/m2。對(dui)餐飲店人員(yuan)密度調研(yan)取0.051/m2。綜合上述(shu)的數據和所建立模型各區域的分(fen)布面(mian)積得(de)出(chu)具體人員分(fen)布結果如表2所示。

  通過查找相(xiang)關資料,確定得出不同區域的(de)人員配比。由于人員速度受到多方面影響,所以在本文中參考了國(guo)外的(de)一些標準的(de)估值,具體(ti)有(you)男(nan)人1.35m/s、女人1.15m/s、兒童0.9m/s、老人(ren)0.8m/s

 

兩種疏散模式對比分析

 

  SFPE疏散(san)模式是使用了消防(fang)工(gong)程的SFPE手冊中提(ti)出的假設組,并(bing)能給出與其相似的答案(an),其控制機制是門隊(dui)列,人員會自動轉移至最近的出口。通常(chang)情況下(xia)來看,SFPE模式(shi)的CPU運行時間比steering更快。steering疏(shu)散(san)模式(shi)(shi)中(zhong)(zhong)存在防撞和人(ren)員的交(jiao)互作用,其中(zhong)(zhong)包(bao)含有路徑規(gui)劃指導機(ji)制。在這種(zhong)模式(shi)(shi)下,人(ren)員能夠自(zi)由選(xuan)擇自(zi)己所需要的路徑。通過基礎模型和上述安全疏(shu)散(san)模擬(ni)的基本參數,添(tian)加人(ren)員,開始模擬(ni),模擬(ni)過程中(zhong)(zhong)電梯禁用。

  通過(guo)模擬結果可知,SFPE模(mo)型所需安(an)全疏散時間為1396.3s,即23.16minsteering模式(shi)所需(xu)安全疏散時間為1171.8s,即19.31min。綜合兩種疏散(san)模式的結果,發現steering模式所用時間更(geng)短,也(ye)更(geng)符合實際情(qing)況,所以(yi)(yi)后面所做的(de)優(you)化等工作都是以(yi)(yi)steering模式(shi)進行(xing)。

 

模擬結果分析

 

  通(tong)過(guo)模(mo)擬發(fa)現(xian)了以下幾個問題:一是疏散人(ren)(ren)員數量巨大,樓梯口會出現(xian)擁擠行為,導(dao)致人(ren)(ren)員密度過(guo)大;二是初始模(mo)擬時(shi),由(you)人(ren)(ren)員的疏散軌跡及軟件圖表(biao)分(fen)析可以看(kan)出各樓梯利用率(lv)高(gao)低(di)不同;三(san)是位(wei)于(yu)地(di)上一層的兩(liang)個大型出口供不應求,因為通(tong)向(xiang)地(di)下兩(liang)層的樓梯較少(shao),地(di)下兩(liang)層亦沒有設置(zhi)出口,所(suo)以最后(hou)導(dao)致整體(ti)疏散時(shi)間過(guo)長的反而是地(di)下兩(liang)層人(ren)(ren)員擁堵(du),使得整體(ti)疏散效率(lv)變(bian)慢。

 

優化設計

 

  綜合(he)上述(shu)情況,結合(he)2018版《建筑設計防火規范》筆者對本文的模(mo)型(xing)做了如(ru)下優化。

  規范(fan)規定(ding)公共建筑(zhu)安全疏散出口(包括門)的凈寬度不應小于0.9m,疏散走道和樓梯(ti)的(de)凈寬度不(bu)應該(gai)小于1.1m。而本文(wen)所做(zuo)的初始模型(xing)中,樓梯寬度最小凈寬度為1.2m,疏散門(men)的最小凈寬(kuan)度為1m。兩者全部符合(he)規范規定(ding)。但由于商業綜合(he)體屬于人(ren)(ren)員密集場所(suo)的(de)公(gong)共建筑(zhu),由初始的(de)模型模擬可知,其在樓梯處滯留(liu)時間過長,疏散(san)效率太低。為(wei)了使人(ren)(ren)員疏散(san)效率提升,本文將把樓梯進行加寬。由1.2m加寬至1.35m,亦符合建(jian)筑設計防火規范(fan)。

  本文(wen)所(suo)做的(de)初始模型(xing)(xing)在(zai)地上一層設(she)有(you)兩個大型(xing)(xing)安全(quan)出(chu)(chu)(chu)口(kou),符合規(gui)范規(gui)定。但由于模擬時(shi)將地下(xia)(xia)停(ting)車(che)場的(de)安全(quan)出(chu)(chu)(chu)口(kou)禁(jin)用(yong),嚴重影響人員的(de)疏散效率,所(suo)以在(zai)地下(xia)(xia)一層加(jia)一個大型(xing)(xing)安全(quan)出(chu)(chu)(chu)口(kou),以緩(huan)解地下(xia)(xia)停(ting)車(che)場由于出(chu)(chu)(chu)口(kou)禁(jin)用(yong)而增(zeng)大的(de)人流(liu)。此層出(chu)(chu)(chu)口(kou)為斜坡式安全(quan)出(chu)(chu)(chu)口(kou),直通(tong)地面(mian),和現實大型(xing)(xing)地下(xia)(xia)超市所(suo)設(she)計(ji)的(de)安全(quan)出(chu)(chu)(chu)口(kou)類似。其出(chu)(chu)(chu)口(kou)設(she)置在(zai)正北方(fang),兩個小型(xing)(xing)辦公室的(de)中間。

  由(you)于此(ci)模型都設(she)置為封閉樓(lou)(lou)梯(ti),但一般的(de)商業綜(zong)合體都設(she)有(you)外部(bu)樓(lou)(lou)梯(ti)和電梯(ti)(本文電梯(ti)禁用(yong)),故為了提升人員疏散效率,可仿照現實商業綜(zong)合體加設(she)外部(bu)樓(lou)(lou)梯(ti),可在(zai)火災發生(sheng)緊急疏散時使用(yong)。外部(bu)樓(lou)(lou)梯(ti)設(she)置在(zai)兩(liang)邊的(de)樓(lou)(lou)梯(ti)中間,樓(lou)(lou)梯(ti)寬度和改進后樓(lou)(lou)梯(ti)寬度相同(tong)均(jun)為1.35m,一眼看(kan)去感覺像三個“口”字(zi)連(lian)接,貫穿一到(dao)四層,看(kan)起(qi)來也很(hen)美觀,如圖所示。

 

驗證分析

 

  通過優化設計再次模(mo)擬,其結果(guo)如(ru)下:

  加寬樓梯后疏散時間為1051.5s,疏散時間減少了(le)120.3s

  地下一層加(jia)一個大型安全出口(kou)后疏散(san)時間為(wei)1007s,疏(shu)散時(shi)間減(jian)少了164.8s

  在地上(shang)一層到四層加外部樓梯(ti)后疏散時間為1081.8s,疏散時間(jian)減(jian)少了90s

  現在(zai)在(zai)原模(mo)型的基礎上,先加(jia)寬樓梯,接著在(zai)地下一層加(jia)一大型安全(quan)出口,最后加(jia)一至四(si)層的外部樓梯,然后進行模(mo)擬。結果為:加(jia)寬樓梯的模(mo)擬時間為1051.5s,疏散時間減少(shao)了120.3s;在加寬樓梯的基礎上增加安全出口的模(mo)擬時間為896.8s,疏(shu)散時間共減少(shao)了275s;在前兩(liang)者的(de)基礎上(shang)加外部電梯的(de)模擬時間為759.5s,疏散時間(jian)共減少(shao)了412.3s。經過(guo)三(san)步優(you)化,把此模型(xing)所需的(de)疏散時間由初始的(de)1171.8s降(jiang)到(dao)759.5s,共減(jian)少(shao)疏散時間412.3s,使模型得(de)到了(le)優化,明顯(xian)提升了(le)人員(yuan)的疏散效率(lv)。

 

結論

 

  本文通過優化設計減少(shao)了所(suo)需(xu)安全(quan)疏(shu)散(san)時間,提(ti)高人(ren)們(men)的疏(shu)散(san)效率。

  不(bu)管怎么優化,商業綜(zong)合體的(de)人流量巨大(da)是個(ge)不(bu)爭的(de)事實。這也是Pathfinder軟(ruan)件本身的(de)(de)缺(que)陷,無(wu)論做何種優化,樓梯口的(de)(de)人員擁堵是無(wu)法解決的(de)(de)問題。

  上(shang)述文中的(de)(de)三(san)步優(you)化沒有(you)誰(shui)優(you)誰(shui)劣,他們都是為(wei)了減(jian)(jian)少模型(xing)所(suo)需疏(shu)散時(shi)間而(er)(er)服務。三(san)步優(you)化共(gong)同(tong)(tong)作用(yong)所(suo)減(jian)(jian)少的(de)(de)疏(shu)散時(shi)間,肯定和三(san)步單獨對(dui)(dui)原(yuan)模型(xing)優(you)化時(shi)間的(de)(de)機(ji)械(xie)相加不同(tong)(tong)。也就是說三(san)步優(you)化之(zhi)間有(you)作用(yong)力,雖然三(san)步優(you)化最終減(jian)(jian)少了所(suo)需安(an)全(quan)疏(shu)散時(shi)間,但是每(mei)兩種疏(shu)散優(you)化有(you)時(shi)會抵(di)消一部分對(dui)(dui)方(fang)的(de)(de)積(ji)極作用(yong),有(you)時(shi)反(fan)而(er)(er)會促(cu)進對(dui)(dui)方(fang)的(de)(de)優(you)化。

  優(you)化(hua)(hua)雖然減少(shao)了所需(xu)安全疏(shu)散(san)時(shi)間,但是(shi)也凸顯(xian)了樓(lou)梯利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)率的(de)問題。在初始(shi)模(mo)(mo)擬時(shi),雖然樓(lou)梯利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)率不同,但模(mo)(mo)型中所有(you)樓(lou)梯都(dou)在使用(yong)(yong)(yong);在優(you)化(hua)(hua)模(mo)(mo)型后,側邊角的(de)樓(lou)梯使用(yong)(yong)(yong)率大(da)大(da)降低(di),也可以通過軟件圖表分析發現有(you)十個樓(lou)梯在疏(shu)散(san)過程中根(gen)本沒有(you)使用(yong)(yong)(yong),利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)率為(wei)0


【責任編輯:cheng】