某悬挂式球幕影院人员安全疏散数值模拟分析-技巧

论文导读：警时间tb为火灾开始到人员知道火灾之间的时间段，它与探测和监控系统的性能有关。人员响应时间tc为疏散人员对于周围发生的情况进行分析，然后作出疏散决策的12下一页
摘 要：本文主要分析了某悬挂式球幕动感影院——“飞跃极限”项目的人员疏散问题。根据该建筑特点和客流量数据，采用数值模拟的方法，计算了在最不利情况下，各层以及各区域人员在现有疏散通道宽度和距离情况下所需要的疏散时间，为优化人员疏散方案提供设计参考依据，也为类似工程提供参考和借鉴。
关键词：疏散；数值模拟；EVAC；球幕影院
1008-0422（2012）08-0131-03
1引言
随着科技的飞速发展，动感仿真电影以其气势宏伟的画面，身临其境的体验成为人们追逐的新宠。但是由于此类影院的功能要求，导致建筑结构、平面布置存在一定的特殊性，超出了现行消防技术规范要求，给人员安全疏散的分析和评价造成了一定的困难。本文将通过理论分析和数值模拟手段，对某悬挂式球幕动感影院——“飞跃极限”项目的人员疏散设计进行研究，从而确定影响此类建筑人员疏散设计的要点，为类似工程提供参考和借鉴。出于文章篇幅的考虑，火灾场景模拟分析讨论从略。
2项目基本情况
本项目为一座270人规模的悬挂式飞翔模拟项目，通过大型机械装置，可一次将270名游客悬挂在十几米的高空，悬挂式座舱可随剧情发生相应的摆动，配合直立球型银幕画面，使游客体验空中飞翔的感觉。整体建筑（见图1）由等候区，2个球幕设备间、30个飞船区（悬挂观影仓）和其他设备机械用房组成。为地下二层，地上四层的多层框架结构建筑，建筑面积7523.31 m2，建筑高度2

1.4m。地下一层至地上四层每层设3个疏散坡道，疏散宽度为6.20m。

地下二层为设备机械用房，建筑面积为1044.41m2，仅管理维修人员出入，设有2个疏散坡道，疏散宽度为4.20m；地上一层入口大厅，建筑面积951.86 m2，直接对外疏散，疏散宽度8.40m。影院内还按规范要求设置了消火栓系统、自动喷水灭火系统、机械排烟系统、火灾自动报警系统等，同时，由于上下连通的银幕区超过了自动喷水灭火系统的设置高度，采用了消防水炮系统。
3人员疏散参数分析

3.1 人员数量

合理的人员疏散分析应建立在较准确的人员荷载统计基础之上，尽管我国相关规范[1-2]对影院类建筑放映厅人员数量计算有明确规定，但对于本项目而言却并不合适。本项目中传统的观影厅被悬挂式观影仓所代替，而观影区域除观影仓内没有人员，如按场所面积确定疏散人数显然会对安全疏散设计提出过高要求。因此，我们可以根据建筑的不同使用功能，按建筑设计容量进行选取。为考虑最不利情况下的人员疏散，分析时宜按满员时考虑。
3.

1.1观演区人员数量

“飞越极限”项目虽属于观演建筑，但并不等同于有大量人流的普通电影城。本项目地下一层至地上四层共30个飞船区，每辆飞船载客量为9人。每层设左右两个放映区，每个放映区含3个飞船观看区，即每层单独一个放映区一次最多仅可容纳27人，两个放映区即为54人。因此，地下一层至地上四层，每层观演区人员数量可定为54人。
3.

1.2排队等候人员数量 （按5人/m计算）

排队区分为户外排队区、右侧户内排队区、地下一层排队区、一层排队区、二层排队区、三层排队区和四层排队区共7个部分。为确保人员疏散的安全可靠，分析计算时应按人数最多时考虑。此时，室内人流情况如图2。
a、地下一层排队区由一楼左侧下坡至地下一层，由工作人员分流至内部上下过道排队区进行排队，排队总长度62m，客容量为93人；
b、地面一层直接进入内部上下过道排队区进行排队，排队长度约为57m，客容量为86人；
c、地上二层至地上四层各层排队区由一楼右侧上坡至本层后，由工作人员分流至内部上下过道排队区进行排队，排队总长度62m，客容量为93人。
各层排队区内还设有多处活动栏杆，方便工作人员快速处理紧急情况。

3.2 人员类型

由于本项目需升入高空进行观演，不适合年龄过小儿童和老人，出于不确定性考虑，参照国际上通用的一般公共娱乐建筑场所推荐的数值比例构成[3]，本项目建筑内部人员简化为以下四种：成年男士、成年女士、儿童和老人，如表1。

3.3 人员行走速度

目前，国内外已有一些科研机构和院校曾对人员疏散时的行走速度进行过研究，并获得了部分数据。其中，美国消防工程师协会(PE)的《消防工程手册》对人员疏散参数（疏散速度、人流量、有效疏散宽度）的系统描述得到了较广泛的认同[4]。该手册认为：当人员密度在0.54人/m2~

3.8 人/m2之间时，人员疏散速度可用式1表示，并给出了如表3的人员行走速度。

S＝k(1-0.266D)（1）
式中：k—常数，如表2 所示；D—人员密度，人/m2。
对于不同类型的人员疏散行走速度，苏格兰爱丁堡大学研究表明：成年女士、儿童和老人分别为成年男士的85%、66%和59%。
由于“飞越极限”项目建筑各区域的人员密度均小于0.54人/m2，根据以上分析，人员疏散数据可按下表数值选取，人体尺寸可在相关规范中查得[5]。此外，本项目建筑的疏散楼梯采用坡道式楼梯，非台阶式楼梯，相比之下更有利于人员快速移动。

3.4疏散出口有效宽度

有研究表明，人在通过疏散走道或疏散门时习惯于与走道或门边缘保持一定的距离。因此，除非人员密度高度集中，否则，在疏散时并不是门的整个宽度都能得到有效利用。美国消防工程师协会的《消防工程手册》提出了有效宽度折减值，见表5。
4疏散时间分析
火灾发生之后，人员疏散并不是马上开始。消防安全工程界中大致将疏散时间简化为三个阶段：预警时间、响应时间和疏散行动时间，可用下式表示：
TRSET=tb+tc+ts （式2）其中：tb—预警时间；
tc—响应时间；ts—疏散时间。
预警时间tb为火灾开始到人员知道火灾之间的时间段，它与探测和监控系统的性能有关。人员响应时间tc为疏散人员对于周围发生的情况进行分析，然后作出疏散决策的论文导读：筑内各明显位置设置疏散指示标志，建立完善的疏散诱导体系，并确保其完好有效，从而保证人员在恐慌的状态下也能顺利找到疏散出口，并迅速疏散到安全区域；7.3通过模拟和演习等方式合理确定疏散最不利场景，并将疏散最不利层作为日常运营重点关注部位，采取增添消防应急灯或其它强光灯以提高能见度，从而进一步延长可用安全疏散时
时间，一般为60S到l80S。疏散时间ts为人员疏散至安全区域所需的时间，它取决于疏散距离、逃生路径和人员数量等，需要进行模拟分析。
由于本项目建筑内设有火灾自动报警系统和应急广播系统，建筑内观众一般处于清醒状态，但不熟悉建筑结构和疏散通道，因此，预警时间和响应时间可分别设为60s和120s。
5项目疏散设施现状

5.1各层疏散口布局

由于本项目人员主要集中在观众观看区和排队等候区，因此重点对此区域人员疏散情况进行分析。其各层疏散路线如图3。
6人员疏散模拟

6.1 疏散场景设置

找出火灾发生后，最不利于人员安全疏散的情况是疏散场景的设计原则。为此，本文设置了相对应的如下3个疏散场景，见表7。
6.1.1疏散场景S1：针对一层而设，设定疏散出口CK1-5发生堵塞而不能用。一层飞船观看区和内部通道排队区总人数147人将通过出口CK1-1~CK1-4进行疏散，总有效疏散宽度为

7.8m，疏散出口分布如图3a所示。

6.1.2疏散场景S2：针对非一层而设（即地下一层、地上二层至四层），无疏散出口、疏散通道拥堵。该层飞船观看区和内部通道排队区总人数147人将通过疏散楼梯LT1-1 和LT1-3进行疏散，每层有效疏散宽度为

4.65m，疏散出口分布如图3b所示。

6.1.3疏散场景S3：针对第四层而设，设定疏散出口LT4-3发生堵塞而不能用。该层飞船观看区和内部通道排队区总人数147人将通过疏散楼梯LT4-1 和LT4-2进行疏散，有效疏散宽度为

3.45m，疏散出口分布如图3b所示。

6.2 人员疏散模拟结果分析
本文采用软件FDS+EVAC(FDS5.

3.0)进行疏散模拟分析，其结果如图4~图6。

各层游客疏散至本层疏散楼梯后，再沿疏散楼梯疏散至一层通过连接室外的出口到达室外安全地面。地上四层到达地面一层的疏散楼
梯总长108m长；地上三层到达地面一层的疏散楼梯总长72m；地上二层到达地面一层的疏散楼梯总长36m；地下一层沿疏散楼梯到达地面出口的楼梯总长32.8m。各类人员行走速度见表 ，假定各层疏散人员最后进入本层疏散楼梯间的为行走速度最慢的老人。统计可得各层观众TRSET，如表8。
7结论与建议
通过对人员疏散的分析与模拟，我们可以得到“飞跃极限”项目各层观众的疏散需要时间，为我们确定此类超规范建筑的人员疏散方案和消防保护重点提供了依据。如在上面的分析中，四层的疏散所需时间超过了500S，可能对人员的安全疏散造成危险，因此，我们可以采取在四楼设置直通安全区域的户外疏散楼梯等方式缩短疏散所需时间，为人员安全疏散创造条件。
考虑到消防安全是一个系统的整体，每一部分对人员安全的保障都至关重要。因此，对“飞跃极限”等类似项目的消防安全管理，笔者也提出几点建议。

7.1场所工作人员应特别注意对观众人数的控制和管理，防止人员超过设计标准。

7.2游乐观演建筑中人员对建筑疏散通道的陌生是制约人员安全疏散的一个重要因素，因此有必要在建筑内各明显位置设置疏散指示标志，建立完善的疏散诱导体系，并确保其完好有效，从而保证人员在恐慌的状态下也能顺利找到疏散出口，并迅速疏散到安全区域；
7.3通过模拟和演习等方式合理确定疏散最不利场景，并将疏散最不利层作为日常运营重点关注部位，采取增添消防应急灯或其它强光灯以提高能见度，从而进一步延长可用安全疏散时间；
7.4对建筑内各部位工作人员定期进行疏散演习和消防培训，使他们在火灾发生后能准确迅速的找到出口，并按最佳路线组织和引导观众安全疏散。
参考文献：
GB50016-200

6.建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社，200

倪照鹏，王志刚.性能化消防设计中人员安全疏散的确证[J].消防科学与技术，2003，122(5).
[3]T.Korhonen,S.Hostikka.Fire Dynamics Simulator with Evacuation: FDS+Ev源于：论文 范文www.7ctime.com
ac Technical Reference and User’s Guide[M].VTT Technical Research Centre of Finland，2007.
[4]T.Korhonen, S.Hostikka, H. Ehtamo. FDS+Evac: Modeling Social Interactions in Fire Evacuation[J],Proceedings of the 7th International Conference on PerformanceBased Codes and Fire Safety Design Meth ods,PE,Bethesda,MD,USA,2008: 241-250.
[5]欧阳文昭，廖可兵.安全人机工程学[M].北京:煤炭工业出版社，2002.