基于火灾情况下连体高层住宅人员疏散问题的分

1 概述

随着我国人口数量的增长和土地存量的减少，高层住宅的数量越来越多[1]，连体高层住宅便属于其中的一种[2]。一般情况下，连体高层住宅是指相邻两栋结构相同的住宅楼之间共用一面墙，内部分隔，顶层结构连通[3]。

在发生火灾时，一般高层住宅人员只能从楼梯间自上而下进行疏散[4]；但连体高层住宅基于“连体”的特点，便可以采用上部人员从顶层屋面撤离至相邻住宅楼疏散，中下部人员仍然从本楼疏散的方案。笔者采用Pathfinder 仿真模拟软件，选取某18层连体住宅楼为研究对象，分析在该方案下的火灾疏散过程，为疏散策略优化提供依据。

2 连体高层住宅Pathfinder 仿真建模

本文选取南京市某小区连体高层住宅楼九幢（共两栋楼，分一二单元）为建模对象，一单元模型楼层平面面积335m2，连体模型（一二单元合计）平面面积670m2，层高2.8m，建筑高度50.4m，共计18 层。配有一部上下楼梯，楼梯宽1.2m，台阶高17.5cm，宽24.5cm。建成连体模型楼层平面图如图1 所示。

图1 建成连体模型楼层平面图

通过项目团队的实际上门调研，一单元共计72 户，253 人，入住率84.7%。其中，不具有行动能力的孩童20 人，具有行动能力的孩童34 人，男青年59 人，女青年55 人，老人85 人。在实际疏散时，令不具有行动能力的孩童由家庭成年男性抱着疏散，其自身速度下降三分之一，人员数据设置为233 人。依据中华人民共和国GB--88《成人人体尺寸标准》和美国的《SFPE防火工程手册》设定各类人员的肩宽和速度如表1 所示。

表1 人员肩宽速度表

3 模拟结果与分析

按照上述模型，分别模拟一单元住宅按一般情况自上而下从本楼进行疏散；以及设定工况A～E 模拟n 层及以上楼层人员从顶层屋面撤离至相邻住宅楼（二单元）进行疏散的情况。疏散模拟完成总时间图如图2 所示。

图2 疏散模拟完成总时间图

一单元模型按一般情况疏散完成时间为474.53s，与工况A～E 疏散结果构成开口向上的抛物线图形。从工况A 第18 层人员撤离至相邻二单元疏散开始，随着n 值的减少，从相邻住宅楼疏散的楼层增多，模拟疏散完成时间也同时减少。工况B达到抛物线时间最低点419.03s，比一般情况缩短55.5s。工况C、D 疏散完成时间虽高于工况B，但仍然低于一般情况，这也就意味着15 层及以上楼层人员向上从顶层疏散是方案可行的分界点，随后工况E 疏散完成时间498.53s 超过一般情况则表明n＜15 层时方案不如传统疏散方式效率高。

图3 楼内滞留人员曲线图

模拟疏散过程中楼内滞留人员曲线图如图3 所示，采用工况A～E 的疏散方式，0～225s 时间段内，六条曲线紧密贴合，疏散成功人数与一般情况相同。n 层及以上人员处于相邻二单元楼内，n 层以下人员从一单元出口逐渐撤出。在225～250s 时间段内，各工况与一般情况疏散开始显露出差异，二单元出口有人员成功疏散。在275s 时间点，可以明显看出，工况A～E 楼内滞留人员数量低于一般情况，平均约相差8 人。在350s 时间点，工况A、E 与B、C、D 楼内滞留人数也开始分化。其后，工况E 疏散效率降低，滞留人数超过一般情况；工况A 斜率不变，扔延原有趋势下降；工况D 与B、C 则在375s 时间点再次分化；最终工况B、C 结果最优，工况A、D 次之，工况E 与一般情况疏散时间最长。

从图4 疏散过程出口人员流率图也应征了上述结论，前225s 时间段内，各流率曲线均在50s 附近形成一个缺口后，维持在0.5pers/s 上下波动。缺口形成是由于在疏散启动阶段，第一层人员直接从出口跑出后，第二层人员向下疏散的时间差导致。其后，三层及以上人员在楼梯间内向下缓慢疏散，从而达到出口流率稳定流出。

图5 疏散过程出口流率平面图

在按传统方式疏散的情况下，出口流率在回补缺口后一直在平均流率上下波动，各类人员在楼梯间内的疏散效率相对稳定。但从图5 出口流率平面图中可以更直观的看出，工况A、E和工况B、C、D 则在225s 后，分别在225～260s、290～325s、325～380s 出现了2 和3 个不同面积波峰。通过疏散过程中的视频回放查看，波峰的产生是由于二单元住宅楼出口人员集中撤出引起。在表3 人员肩宽速度表中，人员疏散速度可以由高到低分为三个梯度，最快的为男青年1.2m/s，次之为女青年1.02m/s，较慢的为老人、孩童和抱孩童成年男性，其速度在0.7～0.8m/s 区间内。因处于第三梯度的人员数量多于男、女青年的数量，所以325～380s 区间内的波峰面积也最大。工况B、C、D 三个波峰的出现是三个速度梯度的人员在二单元楼内疏散过程中形成了三个人员集中的群体，在出口疏散产生的；而工况A 缺少一个明显的波峰是因为仅18 层人员从二单元疏散，在290～325s 峰值区间内第二梯度的女青年数量较少；工况E 缺少则是因为14～18 层人员从二单元疏散，其人数较多，在330s 从本楼疏散的人员已全部撤出而二单元内的人员仍未疏散完成，其后时间的流率图像仅反映二单元出口，因此在第二个波峰之后流率骤减。

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