基于Pathfinder的某綜合樓疏散模擬研究

為了提高辦公樓等人員聚集場所的人員快速疏散能力，防止發(fā)生擁堵踩踏等安全問題。利用Pathfinder軟件對某綜合辦公樓進行疏散模擬研究，根據(jù)樓內(nèi)人員分布情況，研究不同樓層不同比例樓梯和電梯混合疏散的疏散時間，分析疏散過程中容易產(chǎn)生擁堵、踩踏等事故的情況。研究結(jié)果顯示，采用樓梯和電梯混合疏散模式可以縮短疏散時間。某綜合樓疏散容易產(chǎn)生擁堵的區(qū)域為一樓電梯廳與樓梯交匯處；主出入口疏散效率不高，在疏散過程中應(yīng)設(shè)置疏散引導(dǎo)員，為綜合辦公樓日常管理和疏散安全管理提供借鑒。關(guān)鍵詞：疏散模擬；Pathfinder軟件；安全管理引言商場、辦公樓等大型場所人員聚集度高，潛在危險隱患較多，遇到突發(fā)狀況時人員疏散難度大，在擁擠環(huán)境下極易引發(fā)踩踏事件。踩踏、擁擠等二次事故在一定程度上提高了突發(fā)事件的影響程度。[1]研究人員疏散的行為規(guī)律，對避免踩踏傷亡事故有著重要作用[2]。高效組織疏散是減少突發(fā)情況下人員傷亡的重要保障[3，4]，人員疏散過程中會受到較多因素的影響，傳統(tǒng)的實驗研究方法耗資巨大、周期長，難以取得有價值的成果[5]。使用計算機仿真軟件模擬人員疏散過程，可以得到大量數(shù)據(jù)，具有直觀、可重復(fù)使用等特點[6]，可以實時觀察人員疏散情況，設(shè)置不同條件，減少疏散時間，計算機模擬仿真逐漸成為疏散研究的重要手段[7]。通過對比常用疏散模擬軟件的特點和適用范圍，本文選擇Pathfinder軟件對某綜合樓人員疏散進行模擬研究。已有很多學(xué)者針對人員疏散模擬進行研究。湯煜[8]等利用Pathfinder軟件模擬研究了商場建筑防火疏散，提出疏散優(yōu)化方案。肖木峰[9]等利用Pathfinder軟件模擬研究了裝配式建筑施工安全應(yīng)急疏散，優(yōu)化了場地內(nèi)部障礙物布局。鄒馨捷等利用Pathfinder軟件模擬分析了高校宿舍不同火災(zāi)場景下的人員安全疏散，并提出安全管理的相關(guān)措施。陳娟等利用Pathfinder軟件對醫(yī)療建筑疏散策略進行了對比分析，得出合理設(shè)定人員使用電梯比例、開展沖突禮讓行為管控可以有效減少疏散時間。閻衛(wèi)東[10]等利用Pathfinder軟件模擬研究了高校圖書館火災(zāi)人員疏散，確定了圖書館疏散性能符合有關(guān)規(guī)定，并得出了樓梯和出入口的利用率。王莉利用Pathfinder軟件對公共場所人員疏散行為規(guī)律進行仿真分析，得出人群在疏散中具有從眾效應(yīng)，出口處容易產(chǎn)生擁堵。疏散模擬運算需要設(shè)置大量參數(shù)，不同的建筑結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生不同的疏散效果，本文通過Pathfinder軟件分析某綜合樓內(nèi)人員疏散過程，為預(yù)防或減少踩踏、擁擠等二次事故，人員快速安全疏散提供參考。一、疏散模型的建立（一）Pathfinder軟件簡介本文的疏散模擬使用Pathfinder軟件，該軟件提供了仿真模擬設(shè)計和運行的圖形用戶界面以及可用于運行結(jié)果分析的可視化工具，具有簡單、直觀、易用等特點。該軟件利用計算機圖形仿真和游戲角色領(lǐng)域的技術(shù)，可以對群體中的每個個體運動都進行圖形化的虛擬演練，可以指定每個個體的位置、尺寸、速度等的參數(shù)以及特定的行為。Pathfinder軟件支持兩種人員運動模擬模式：Steering運用了路徑規(guī)劃和碰撞處理機制，SFPE模式使用《火災(zāi)中人類行為工程指南》中定義的一組假設(shè)和手工計算，在SFPE模式下，人員不會試圖相互躲避，允許相互穿透，但門會施加流量限制。（二）某綜合樓概況某綜合樓由西側(cè)主樓、南北兩側(cè)裙樓組成，共三部分，無地下室，西側(cè)主樓共7層，主要功能為辦公、會議和接待場所。南側(cè)裙樓共3層，功能為餐飲服務(wù)場所，北側(cè)裙樓3層，功能為辦公、展覽場所。總建筑面積7354m2，主樓高度31.75m，裙樓高度15m。該工程西主樓設(shè)置4部封閉樓梯間，3部電梯，南裙樓設(shè)3部封閉樓梯間，1部室外疏散樓梯，3部電梯，北裙樓設(shè)3部封閉樓梯間，2部電梯，南側(cè)裙樓2樓餐飲區(qū)的室外疏散樓梯可供2樓、3樓人員直接疏散至室外，避免與1樓人員產(chǎn)生擁擠，除室外疏散樓梯10#樓梯寬度為3.2m外，其余樓梯寬度均為1.6m，樓梯和電梯的分布位置如圖1所示。南側(cè)裙樓與主樓在3樓、北側(cè)裙樓與主樓在1樓有門可供人員通行。北側(cè)裙樓1樓展覽大廳除9#樓梯可用人員疏散外，在1樓還有東西2個門可供人員疏散。（三）疏散模型與人員配置將某綜合樓圖紙CAD文件導(dǎo)入Pathfinder軟件，建立綜合樓疏散模型，對人員疏散過程中的桌椅等障礙物進行簡化處理，以盡可能與實際疏散情況相一致。模擬開始前，每部電梯都是空的，電梯搭載人員后不再運行至其他樓層搭載更多成員，只前往釋放層，電梯的開、關(guān)門延時時間均為5s，樓層優(yōu)先級為從上至下，1-3號電梯為7層，其余電梯均為3層，除6號電梯載人26人外，其余均18人，加速度均為12m·s-1，除6號電梯速度05m·s-1外，其余電梯速度175m·s-1；樓梯參數(shù)設(shè)置為踏面寬度017m，踢面高度028m，除10號樓梯寬3.2m外，其余樓梯1.6m。人員數(shù)量依據(jù)實際情況進行估算。辦公區(qū)人數(shù)一般按照每人8～10m2辦公有效面積估算，餐飲服務(wù)場所的人員按照一般娛樂公共場所推薦的人員比例構(gòu)成來確定，老年和未成年人各占10%，青年和中年男女各占20%，人員密度為0.6人·m2，結(jié)合各區(qū)域面積，設(shè)置模型中總?cè)藬?shù)為2904人。忽略人員的高度，因為在Pathfinder軟件中，高度僅用于避免在建模過程中距離較近的不同樓層人員可能發(fā)生的碰撞。折減系數(shù)用于指定乘客在緊張情況下擠過其他乘客的程度，設(shè)為默認(rèn)值0.7。二、疏散模擬及效果分析進行樓內(nèi)人員的自由疏散模擬，在此基礎(chǔ)上進行人為干預(yù)，控制使用電梯疏散的人數(shù)。（一）自由疏散自由疏散情況下，人員可以自由選擇使用電梯或樓梯，樓內(nèi)人員數(shù)量為2904人，忽略疏散報警和人員響應(yīng)時間，在Steering模式下，整體疏散時間為408.9s，在SFPE模式下，整體疏散時間為477.5s。Steering模式的疏散更接近于人員實際疏散情況。Steering模式通過路徑規(guī)劃、引導(dǎo)機制、碰撞處理相結(jié)合等方式控制人員疏散。本文的疏散模擬采用Steering模式。通過觀察疏散過程，北側(cè)裙樓116.4s首先疏散完畢，南側(cè)裙樓194.9s疏散完畢。194.9s后，主樓各層剩余人員均等待電梯多次往返進行疏散，造成疏散時間延長。（二）受控疏散從前文分析可以看出造成疏散時間延長的主要因素是人員等待乘坐電梯。下面進行僅使用樓梯疏散和樓梯、電梯不同人員比例混合疏散效果分析。1.僅使用樓梯進行人員疏散。設(shè)置電梯運行狀態(tài)為不可用，僅使用樓梯進行疏散，總疏散時間為220.8s，總的疏散時間要小于自由疏散時間。2.樓梯和電梯混合疏散。采用樓梯和電梯混合疏散，合理設(shè)定人員使用電梯比例可以縮短疏散時間，現(xiàn)設(shè)定不同樓層、不同比例人員使用電梯和樓梯進行混合疏散策略，尋求適合本綜合樓最短疏散時間的混合疏散方案。通過電梯和樓梯混合疏散人員的比例參考已有研究成果，分別設(shè)置為總?cè)藬?shù)的5%、10%、15%、20%、25%采用電梯疏散，模擬結(jié)果顯示疏散策略為僅7樓進行樓梯和電梯混合疏散，1至6樓均采用樓梯疏散時，總體疏散時間最少?，F(xiàn)分析僅7樓進行混合疏散時，乘坐電梯人員比例與總疏散時間有關(guān)。如此可知，僅7樓進行混合疏散，7樓總?cè)藬?shù)為112人，3部電梯最大承載總?cè)藬?shù)76人，乘坐電梯人員比例在5%-45%之間時，人員疏散時間均為不超過200s，最快疏散時間與最慢疏散時間之差為4.6s。此后隨著乘坐電梯人員比例的增加，疏散時間整體增加。3.混合疏散中的出口人員利用率分析。以僅7樓進行混合疏散，乘坐電梯人數(shù)為25%為例，結(jié)合3D疏散模擬視頻分析主樓各出口人員疏散利用率，可以看出人員在疏散過程中具有明顯的從眾現(xiàn)象，距離出口越近的門疏散利用率越高，且容易發(fā)生擁堵。作為日常出入最常用的正門（Door56、57、58），總疏散人數(shù)較少，疏散利用率不高。結(jié)語Steering模式下疏散模擬研究，在忽略報警時間和人員響應(yīng)時間的情況下，自由疏散過程中存在低樓層人員等待電梯疏散，造成電梯多次往返且不滿載情況，造成