基于Pathfinder的高校礼堂火灾人员疏散模拟分析

郑渝川

摘要：为研究高校礼堂的疏散效率，降低火灾风险，本文以某高校礼堂作为研究对象，采用Pathfinder疏散软件为基础，进行模拟研究。分别设置两组，每组5个工况来分别研究疏散出口宽度和个数对疏散效率的影响。结果表明：在一个可以容纳700人的礼堂里，增加出口的数量要远远优于增加单个出口门的宽度。当人们在疏散的过程中遇到拥挤时，就会有在疏散末尾的人改变疏散出口，从而增加别的出口的疏散时间。在宽度一致时，礼堂的正门的疏散人数仍然是侧门疏散人数的2.5倍。

关键词：礼堂;疏散模拟;Pathfinder;疏散出口;疏散效率

1引言

礼堂作为学校开展大型活动的主要场所，能容纳几千人，如果发生火灾，就极易造成人员的拥堵甚至发生踩踏事件。如果瞬间失去视野，就更加无法组织有序的疏散，这样就更加无法顺利疏散。

随着国家重视教育，大学生越来越多，社会更加重视高校的安全环境，许多学者致力于研究高校的人员疏散，例如谢明峰和鲁义[1]就通过Pyrosim进行建模，使用FDS进行火灾数值模拟，对温度、有毒有害气体、能见度等相关数据进行分析确定ASET;同时通过Pathfinder进行人员疏散模拟，确定所需疏散时间，综合分析表明长廊式的多层教学楼，在疏散时会使人群集中在楼梯和走廊处而不是在出口。适当增加多个出口比在原有的基础上增加出口的宽度效果更好，戎传亮[2]在原有研究高校教学楼的基础上通过疏散通道温度的变化进一步研究对人员的影响，结果表明当人员行动时间的随机性较大时，温度和人员密度随时间的变化无统计学规律，当两者一致时，则其变化规律基本上符合高斯分布，但温度总是滞后于人员密度变化。丁元春、刘星星等人[3]通过Pathfinder软件模拟高校食堂发生紧急情况下的人员疏散，并提出增加出口宽度、增加一部室外楼梯等针对性意见，李辉鹏[4]在过去学者的基础上，通过Anylogic研究恐慌心理对人员疏散的效率影响，得出由于恐慌心理的存在，其疏散时间是不考虑恐慌的1.3倍，其中大量的时间都滞留在瓶颈处，受到恐慌瓶颈处时间是原来的2.4倍，人员的峰值密度也是原来的1.4倍。房荣雅[5]和湛莲香[6]等人都是通过研究不同楼层的着火点对学生疏散的影响，特别指出在一楼设置逃生窗和二楼设置外挂楼梯等措施。

通过阅读大量文献资料，很多国内外学者已经对高校内建筑有了一定的研究，但是对礼堂研究较少，尤其是这种大型建筑会邀请国内外知名人士来访交流，只要着火可能会因为不熟悉而产生极强的不安感，因此我们通过依次增加相同大小的出口的个数来优化礼堂的人员疏散。

2模型的建立

122.1模拟软件的选择

国内外有很多专家学者都在研究人员疏散，他们也使用了不同的模拟软件。笔者研究高校礼堂时用的是Pathfinder软件，这款软件具有很强的灵活性，可以运用在不同的场景中。其提供的可视化的用户界面和较为真实的三维动画效果给我们在研究时提供了疏散的过程。在人物设置（年龄、性别、文化等）和场景设置（CAD导入等）上都较为完善，所得出的模拟结果与真实的情况较为接近。

2.2设置参数

笔者建立了一个长45m、宽44m的模型，在内部设置阶梯性的房间来模拟礼堂中每个人的座位要求，其中整個礼堂总共有25排座位，在左右两侧区域分别都是8个座位，在礼堂的正中心每排都是10个座位。

1）工况设置：设置一个初始出口为4m，在出口对称的情况下，每次增加出口1m一共5组工况。同时，在初始情况下，对称地增加出口个数，也设置5组工况。共10个工况其中工况1和工况6与初始条件一致。初始条件如图1所示。增加出口的数量和位置如图2-5所示。

2）人员参数：本文研究出口数量和出口宽度对高校礼堂人员疏散的影响，因此在设置时主要设置人员为青年人，疏散速度为2m/s，其余次要条件例如性别、文化、身高、宽度等因素，均设为软件内部的默认值。

3）人员位置：场下每个人坐在自己的位置上，台上有20个人正在进行演出活动，台左右各有5名志愿者，在礼堂的外走道有20个人随机分布，礼堂总共有700个人。

3结果分析

利用Pathfinder软件对所设计的工况进行数值模拟，得到一下的结果如表1和表2所示

由模拟的结果可以看出以下几点：

1）从工况1和工况2或工况3和工况4比较在足够大的礼堂内，增加大门出口的宽度并不一定能到到很好的疏散效果，工况2增加了1m疏散出口宽度反而增加了8.2秒的疏散时间，工况4增加了1m的疏散出口距离反而增加了6秒的疏散时间。

2）从工况6、8、10来看，出口成对出现时，疏散时间均有明显的下降，分别下降57秒和4.3秒，由于疏散时出口若出现不对称的情况则最后一个人的选择未发生改变，因此总疏散时间在对称的基础上不会由明显的降低。

3）从两组工况组来看，在高校的礼堂中，要提高疏散效率，增加疏散出口的数量要好于增加疏散门的宽度。尤其是当出口从两边开始增加时，疏散时间明显降低，多个出口很好的分担了疏散人群的任务。

4问题讨论

针对以上模拟得出的结果，笔者通过对工况10做出进一步的分析，当存在多个出口提供给人们进行疏散时，为何疏散时间并没有显著的降低，反而有上升的可能，其次每个疏散门在疏散的过程中是否是均匀分散人群。

344.1疏散能力

从图中来看，虽然各个出口的宽度相同均为4m，但是显然每个疏散出口不是均匀疏散人群的，仍然是礼堂的正大门起到了主要的疏散功能，在模拟中，正大门主要疏散了270人，其余的侧门分别疏散了98人、110人、106人、116人。侧门疏散的人数差不多，离正门较远的门4和门5反而疏散了更多的人数。疏散侧门离正门的远近并不是分担正门疏散压力的原因。多个出口出现时，当人们从通道里出来，就会走向距离更近且无人员拥挤的疏散出口，由此人群在通道的尽头就会分流从而达到缓解正门疏散压力的效果。

4.2疏散出口选择

上面总结了每个疏散门的疏散能力，但是人门时如何选择疏散出口的，笔者从整个疏散的角度出发，研究人们在疏散的过程中是否发生了判断上的改变。在不同时间段上观察人们的行为。

从以上的图中可以发现一些人一开始选择从左侧楼梯到通道，由于拥堵又开始往右侧走，到达中间平台的人由于中间楼道堵塞，开始往两边楼道走，因此就进一步加重了拥堵的现象。由此证明人在选择疏散出口时会产生动摇的心理，在一个出口处产生拥挤，就会有部分人放弃该出口而寻求别的出口。经过拥堵区，人群会近乎于均匀的方式从各个出口逃生。

5结论

通过Pathfinder的高校礼堂疏散模拟，我们可以清晰的认识到即使是单个出口，其宽度一再增加对疏散的效果提升也不是很明显，相反地，增加疏散出口的数量就能明显地提高疏散效率，由于场景是对称设计的，因此当相同宽度的疏散侧门成对出现时，能大大提升疏散效率。当每个疏散出口宽度一致时，礼堂的正门起到主要的疏散作用，其疏散能力是单个侧门出口的2.5倍。人群在疏散产生拥堵时，在疏散尾端的人会改变疏散出口的选择，进而加大了整体的疏散时间，这就是再增加出口数量也未能降低疏散总时间的原因。在未来的进一步人员疏散的研究上，可以针对疏散楼梯的宽度、平台的宽度、疏散出口之间的距离等因素做出进一步的研究。通过单因素或者多因素耦合的作用下，为像礼堂一样多人汇集的建筑做出一个最优的疏散规划提供支持。

参考文献

[1]谢明峰，鲁义.高校教学楼火灾与人员疏散模拟研究[J].消防科学与技术，2021，40（01）：85-90.

[2]戎传亮，雷文君，齐新叶.疏散通道温度变化与人员流动关系的实验研究——以高校教学楼为例[J].山东建筑大学学报，2021，36（03）：52-59.

[3]丁元春，刘星星，李文建，李琦.某高校食堂发生火灾时人员安全疏散模拟[J].江西理工大学学报，2021，42（01）：74-79.

[4]李辉鹏，柳善耀，劉丹，范铃铃.考虑恐慌影响的高校食堂应急疏散仿真研究[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2020，42（04）：373-377.

[5]房荣雅，田思奥，杨亚璞.高校学生公寓火灾影响因素及人员应急疏散模拟研究[J].建筑安全，2020，35（08）：54-57.

[6]湛莲香，陈咪.基于Pathfinder高校宿舍人员疏散模拟研究[J].数字通信世界，2021，（05）：47-49.