大型超市火灾应急疏散的研究

本文采用疏散模拟软件对徐州某超市火灾场景下的人员疏散进行了模拟,分析了各疏散楼梯、安全出口的布置、疏散标志、人员行为等因素对人员疏散时间的影响,并对此超市的疏散提出了一些建议。1、引言
　　随着我国 经济 的 发展 ,城市中各类大型超市越来越多,而这些超市营业面积大,火灾荷载大,电气设备多,用火用气现象也普遍存在,容易引发火灾事故,而且一旦发生火灾事故,由于建筑空间大、人员较多、安全出口不易发现等因素的存在,人员疏散和火灾扑救难度大,将会造成重大的人员伤亡和财产损失。如沈阳商城特大火灾。我国的商店建筑设计规范、建筑设计防火规范对安全出口和疏散楼梯数量、宽度、距离等都有明确的规定,但是现行规范缺少与之配套的性能指标。所以采用 计算 机模拟来研究安全出口和疏散楼梯布置、人的行为等对疏散的影响,为应急疏散提供相关建议,具有重要意义。
　　2、超市基本情况
　　本超市采用钢筋混凝土结构,共三层,建筑高度为20.9米,一层建筑面积为7350m2,北部主要经营衣服、鞋帽、化妆品,南部为货物储藏室、员工工作区,东部为电玩和美食加工区,二层建筑面积为7250m2,主要经营食品、烟酒,东侧为熟食加工和货物存放区,三层建筑面积为7250m2,主要经营生活用品、家用电器。此建筑共有13座楼梯,均为封闭楼梯间,其中楼梯2和3、4和5、6和7、8和9、10和11为剪刀楼梯布置,各楼梯宽度均为1.5米。其二层建筑楼梯分布为:西侧共六部疏散楼梯,中间设有四部剪刀楼梯,两侧设有一部疏散楼梯;东侧设有六部疏散楼梯,楼梯形式均为剪刀楼梯,南侧中间部位设有一部疏散楼梯。
　　3、人员疏散模拟
　　3.1 building EXODUS疏散模拟软件
　　building EXODUS是一种细网格行为疏散模拟软件。与其他疏散模拟软件相比,它综合考虑了建筑结构、人员行为、火灾之间的相互关系,能够比较真实的模拟火灾应急情况下人员和场景的若干属性和行为,追踪疏散过程,可以用于评价建筑设计是否合乎规范要求,分析各种建筑结构的人员疏散性能以及各种建筑结构中的人群移动效率。而且,通过模拟可以对改进建筑设计和疏散程序提出建议。
　　3.2 人员数量及行为特性确定
　　由于此大厦基本情况与张树平等人调查的西安民生百货大楼基本相同,根据其调查结果,采用周日各层人员最多时刻每平方米的人数乘以此超市各层实际面积得到各层人数。即考虑周六周日各层人数最多,最不利情况。西安民生百货各层面积,周日调查所得人员最多时刻人数为别为一层5420m2,1043人,二层6007m2,2115人,三层6162m2,1657人。此超市一层7350m2计算得此大厦一层疏散为1414人,取1450人,二层为2552人,取2550人,三层为1970人,取2000人。
　　building EXODUS将建筑划分为0.5m×0.5m的网格,人员可以从一个网格向邻近的网格移动。人员移动速度分设为自由移动、受限移动、上楼和下楼四种。人员年龄设为三个年龄段,每个年龄段均设男女两个性别,年龄段为小于30岁,大于30岁小于50岁,大于50岁。其自由行走、受限行走、上楼、下楼的速度如下所述,小于30岁的男性,速度分别为1.5m/s、0.9～1.5m/s、1.01m/s、0.67m/s;小于30岁的女性速度分别为1.4m/s、0.9～1.4m/s、0.755m/s、0.635m/s;大于30岁小于50岁的男性速度分别为1.35m/s、0.9～1.35m/s、0.86m/s、0.63m/s;大于30岁小于50岁的女性速度分别为1.2m/s、0.9～1.2m/s、0.665m/s、0.59m/s;大于50岁的男性速度分别为1.15m/s、0.9～1.15m/s、0.67m/s、0.51m/s,大于50岁的女性速度分别为1.1m/s、0.9～1.1m/s、0.595m/s、0.485m/s。具体设置引入Fruin2统计的数据如下所述。

　3.3 疏散方案设计
　　首先考虑在无火灾情况,人员以最短路径疏散的情况,观察各楼梯及安全出口的使用情况。模拟得到,三层清空所需时间为661秒,二层清空所需时间为1564秒,一层清空所需时间为2004秒。原一层人员疏散至安全地点所用时间为156秒,不到三分钟,人员疏散安全,因此主要考虑2层和3层人员疏散。利用上述设置的速度进行模拟,注意到楼梯为整个疏散过程中的瓶颈,且各楼梯利用很不平衡。楼梯1、2、3、4、5、6人员疏散人数较多,堵塞严重,而楼梯7、8、10、11、12疏散人数相对少很多,楼梯9处疏散路线复杂,堵塞也很严重。为了使楼梯使用更均衡,采取三种方案改善疏散。方案一,调整建筑结构。移动楼梯9、10、11、12前面的柜台,流出适当的空间直通楼梯间,缩短疏散距离。楼梯1和楼梯13之间增开一门,将楼梯1的部分人员引入楼梯13。方案二,消防指示标志引导。消防指示标志一般根据最短疏散距离设定,这种传统的设置方法能缩短人员从开始疏散到楼梯口处的距离,但当同时选择同一出口的人过多时,却延长了等待排队的时间。所以,在适当位置设置消防指示标志,使一部分人员引导至较远的出口也能起到缩短疏散时间的作用。方案三,人员引导。可通过超市工作人员疏散指导,调整部分人员路线调整。
　　3.4 结果分析
　　模拟方案设为五种,分别为不采取方案、方案一、方案二、方案三及三种方案组合。各种场景下模拟后各疏散楼梯疏散的人员数及所用时间如下所述,不采取方案疏散人员分别为556、851、650、455、283、455、341、225、820、502、221、340、301,所用时间为2004秒;方案一疏散人员分别为480、746、649、450、235、450、242、338、600、620、392、398、400,所用时间为1908秒;方案二疏散人员分别为420、563、557、478、420、400、450、400、622、500、400、398、392,所用时间为1600秒;方案三疏散人员分别为418、560、550、462、400、450、428、410、600、500、402、398、422,所用时间为1606秒;三种方案组合疏散人员分别为451、528、552、499、450、400、430、401、502、508、441、436、402,所用时间为1230秒。
　　由以上结果可以看处,在不采取任何措施时,各楼梯使用很不平衡,楼梯2使用人数有800多,而楼梯11还不到250人。这主要因为楼梯11和12被货架挡住,疏散距离特别长,且不易被人认识。
　　方案一,对货架进行调整后,楼梯9、10、11及12利用大为提高,但楼梯7、8位于角落,疏散距离还是较长,没有得到改善。单独采取此方案效果不是很好。方案二和方案三得到的结果大致相同。这是因为疏散指示标志,安全出口标志其作用也是引导人流疏散。而组织人员疏散也是更好的引导人流。在组合3种方案时,疏散时间明显减少,这时每个楼梯疏散人数都处在四五百左右,而通过调整货架疏散距离又大为减少,得到了预想的结果。
　　4、结论
　　超市中楼梯、安全出口是整个疏散过程的瓶颈,其布置对疏散影响很大应尽量均匀布置,使其利用均衡。在无法改变楼梯、出口的布置时,合理布置消防指示标志能使疏散大为改善。但此时其布置不是简单的采用就近原则,有时要适量的偏移,调整每个楼梯的使用人数。超市工作人员适当的指挥疏散也能起到同样的效果,这就需要做好疏散预案,采用软件不断调整方案寻求最优疏散路线就是一种很好的方法。