疫情管控期间公共场所火灾疏散研究*

周 慧，代张音，张 路，叶玉平，田世祥

(1.贵州大学 矿业学院，贵州 贵阳 550025；2.中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410116；3.贵州习升厚发科技有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引言

对于建筑火灾人员疏散，国内外学者先后展开研究：Kubota等[6]指出人们在疏散过程中可能倾向于采用日常路线，而不是应急路线；Li等[7]采用Massmotion模拟出口几何布置对人员逃生机制的影响；Benthorn等[8]认为对疏散标识的正确理解和感知，会影响逃生者的出口选择；周慧等[9]就疏散标志安装高度对疏散效率影响展开研究；张琪[10]指出在应急疏散过程中，个体还会受灾害环境、周边人群行为等其他外界刺激因素影响；文献[11-12]发现恐慌心理在疏散时可能降低人群成功逃跑的可能性，激励机制可以提高疏散效率。目前，常用疏散模拟软件包括Pathfinder、STEPS和SIMULEX，其中Pathfinder人员智能化程度高，人群中的个体行为特征丰富且与现实情况十分相符，应用最为广泛[13];文献[14-18]利用Pathfinder对建筑火灾人员疏散过程进行模拟；Hennemann等[19]结合FDS与Pathfinder对巴西夜总会火灾和人群疏散进行研究；Kodur等[20]利用Pathfinder研究出口关键参数对疏散过程的影响；文献[21-22]结合火灾模拟软件Pyrosim与Pathfinder，对高层建筑进行火灾疏散模拟与策略研究；王建廷等[23]利用Pathfinder模拟综合性医院疏散情景，通过对结果进行分析发现疏散出口疏散速率不均衡分布，部分出口人流量过大，极易造成踩踏事故。

现有研究重点主要在于火灾烟气、温度、可见度等因素对疏散效率的影响，有关疫情期间不同安全出口开放状态对建筑火灾时人群疏散规律影响研究较少。因此，本文通过实地调研了解公共建筑疏散管理情况，以某高校办公楼为研究对象，利用Pathfinder模拟该楼疫情管控前后人员疏散过程，分析个人拥堵总时长、最长连续拥堵时长、人员疏散路径，并提出3种推荐方案，通过疏散模拟得到最优出口开放方案，以期为类似进行疫情管控的建筑消防管理提出科学合理建议。

1 疫情管控期间疏散管理调查

1.1 公共建筑疏散状况

通过实地调查了解到，包括商场、医院、图书馆、教学楼、办公楼等在内的公共建筑均存在疏散指示标志无效、应急照明损坏、疏散通道堵塞等不利于疏散的现象。疫情管控期间，各公共建筑疏散管理方面存在最大问题在于关闭部分安全出口，仅开放几个甚至1个出口供人员进出，以便于体温检测，部分建筑安装热成像测温仪以代替人工测温，导致出口变窄。上述问题均对火灾发生时人员疏散造成消极影响，极易造成拥堵、踩踏现象，导致人员不能够及时疏散。

1.2 相关规范

根据(GB 50016—2014)《建筑设计防火规范》(2018年版)[24]规定，公共建筑安全出口数量应根据建筑面积经计算确定，且不应少于2个；建筑面积小于200 m2且人数不超过50人的单层公共建筑或多层公共建筑，首层仅可设置1个安全出口。在新冠肺炎疫情这一特殊背景下，《新冠肺炎疫情期间重点场所和单位卫生防护指南》(WS/T 698—2020)[25]规定进出重点场所人员必须进行体温检测。多数公共建筑采取关闭部分安全出口，以对进入建筑人员严格执行体温检测。

咨询消防相关专家了解到，结合疫情管控这一实际情况，面积较小、人员较少的建筑仅开放1个出口作为主要安全出口，另需保留1个出口，可不对人员开放但不能上锁，用以紧急情况发生时疏散逃生。

2 不同出口状态疏散模拟

2.1 建筑简介

本文研究对象为某高校学院办公楼，具有人员分布密集、易燃物品多、火灾荷载大、火灾隐患大等特点。办公楼日常容纳约100人，主要为该校教职工和大学生，年龄分布在18～50岁，身高在1.50～1.81 m之间，学历均为本科及以上，消防知识掌握情况较好。该建筑共5层，建筑面积为715 m2，共4个安全出口，如图1所示。

图1 安全出口示意Fig.1 Schematic diagram of safety exits

2.2 疏散模拟

为探究不同出口开放状态对火灾发生时人员疏散影响，采用Pathfinder软件模拟疫情前后2种出口状态下的疏散情况：

准备工作就绪后，我们利用班会课给大家公布了“先锋车站”的行事原则，也任命了小刘的职务，最后，由小刘宣布“车站”正式成立。先锋车站的故事就这样拉开了帷幕。

1)常规情况。未发生疫情前，开放出口Ⅰ～Ⅳ。

2)疫情管控期间。考虑应急疏散最困难情况，人员仅通过出口Ⅰ疏散至室外，仅开放出口Ⅰ。疏散模型如图2所示。

图2 疏散模型示意Fig.2 Schematic diagram of evacuation model

疏散模拟中，200个成年人随机分散在建筑中，人员疏散过程行走速度参考SPFE手册[26]，人员尺寸参考《中国成年人人体尺寸》(GB 10000—1988)[27]，最大肩宽取值0.46 m，人员身高在1.5～1.8 m之间均匀分布。

3 结果与分析

3.1 拥堵时长

疏散模拟过程中，个人对应拥堵总时长及个人最长连续拥堵时长如图3所示。

图3 拥堵时长Fig.3 Congestion duration

常规情况下，人均拥堵时长为16.01 s，个人拥堵总时长最大为A点120.45 s；疫情管控期间，人均拥堵时长为23.92 s，个人拥堵总时长最大为B点168.23 s；C点个人拥堵总时长为141.6 s、D点为125.1 s，均大于A点。序号为84～107的人员在疫情管控期间拥堵总时长均大于常规情况下拥堵总时长，从平均拥堵总时长及整体来看，疫情管控期间个人连续拥堵时长大于常规情况。

常规情况下，个人最长连续拥堵时长最大为E点28.73 s，人均最长连续拥堵时长为4.21 s；疫情管控期间，个人最长连续拥堵时长最大为F点24.82 s，人均最长连续拥堵时长为5.13 s；G，H，I，J点个人最长连续拥堵时长分别为24.7，23.2，24.5，23.1 s，4个点的个人最长连续拥堵时长均大于23 s。从均值及整体来看，疫情管控期间个人最长连续拥堵时长大于常规情况。

3.2 疏散路径

为分析疫情管控期间拥堵时长增大原因并找出疏散过程中存在的问题，绘制疏散路径示意如图4所示。

图4 疏散路径示意Fig.4 Schematic diagram of evacuation routes

结合图1，当4个出口全部打开时，区域A中2～5层人员全部汇入楼梯1并通往出口Ⅱ、Ⅲ，1层人员直接通往安全出口Ⅱ、Ⅲ，然后疏散至室外；区域B中，3～5层人员通往楼梯2至出口Ⅰ，2层靠近出口Ⅳ的人员直接通往出口Ⅳ，2层靠近楼梯2人员汇入3～5层人员，并通往出口Ⅰ，1层人员直接通往安全出口Ⅰ，然后疏散至室外。

仅开放出口Ⅰ时，区域A中2～5层楼梯1左侧人员全部汇入楼梯1，并与1层人员共同通往出口Ⅰ，然后疏散至室外；楼梯1右侧人员则与区域B的人员汇合，全部前往楼梯2，并通往出口Ⅰ，然后疏散至室外，该情况导致楼梯2在疏散过程中出现拥堵行为，截取楼梯2人员密度最大期间(84～126 s)热力图如图5所示。

图5 人员密度热力图Fig.5 Thermal diagram of personnel density

由图5可知，在疏散时间84 s时，4、5层间楼梯人员密度较大，最大为2.75 occs/m2，疏散时间大于90 s，该层楼梯人员密度逐渐减小至126 s时的1.10 occs/m2；3,4层间楼梯人员密度由84 s时最大2.36 occs/m2逐渐增大至108 s时最大为2.90 occs/m2，然后逐渐减小；2,3层楼梯间在84～96 s时，人员密度最大为3 occs/m2，然后逐渐减小，在102 s时人员密度较小，最大为2.7 occs/m2，随后又逐渐增大至108 s最大为3 occs/m2，并持续至126 s。

此外，2,3层楼梯为84～126 s期间人员最密集区域，1,2层人员密度却相对较小，结合图4(b)可知，由于疫情管控该建筑只开放1个安全出口，导致人员改变疏散路径，区域A中3,4,5层人员与区域B中3,4,5层人员汇合，通过楼梯2疏散至出口Ⅰ，越往下人员数量越多，至2～3层楼梯时人员数量增多，人员疏散速度变慢，不能够及时疏散至1～2层楼梯，因此，2～3楼梯层人员密度大于1～2层楼梯。由于楼梯路段疏散过程中比较危险，疏散改道造成的拥堵、人员恐慌心理以及竞争行为容易使危险加剧，可能造成踩踏事件。

4 推荐疏散方案

4.1 方案概况

疫情管控期间仅开放1个出口，对火灾发生时疏散造成消极影响，为减小出口Ⅰ的疏散压力、缩短疏散过程中拥堵时长，基于《建筑设计防火规范》中对出口个数要求，考虑疫情管控期间增开1个出口，达到改善疏散状况的目的。鉴于此，本文提出3种出口开放方案，并对3种开放方案进行模拟，以得到最优开放方案。3种方案中，仅改变出口开放情况，人员数量及位置与常规情况、疫情管控期间一致。疫情前后以及3种推荐方案出口开放情况如表1所示。

表1 安全出口开放情况Table 1 Conditions of safety exits opening

4.2 数据分析

1)疏散时长

5种出口开放状态下建筑内剩余人数-时间如图6所示。由图6可知，常规情况下，第189 s时人员疏散完毕；疫情管控期间，第247 s时人员疏散完毕；方案Ⅰ中，第215 s时人员疏散完毕，相对于疫情管控期间缩短32 s；方案Ⅱ 中，第224 s时人员疏散完毕，相对于疫情管控期间缩短23 s；方案Ⅲ 中，第195 s时人员疏散完毕，相对于疫情管控期间缩短52 s。疫情管控期间曲线高于其余4条曲线，表明在疫情管控期间相同数量人员疏散至室外所需总时长均大于其余4种状态。

图6 建筑内剩余人数-时间Fig.6 Relationship between number of people remaining in building and time

2)拥堵时长

5种出口开放状态下拥堵时长统计如表2所示。对于个人拥堵总时长，方案Ⅰ均值最大为31.34 s，相较于疫情管控期间增大7.42 s；方案Ⅲ均值最小为12.17 s，与疫情管控期间相差11.75 s，方案Ⅲ拥堵总时长均值甚至小于常规情况均值。对于个人拥堵总时长最大值，疫情管控期间最大为168.23 s，方案Ⅲ中最小为94.57 s，相较于疫情管控期间减小73.66 s。

表2 拥堵时长统计Table 2 Statistics of congestion duration

对于个人最长连续拥堵时长，均值最大为方案Ⅰ的10.32 s，相较于疫情管控期间增大5.19 s，最小为方案Ⅲ中的2.57 s，相较于疫情管控期间减小2.56 s。个人最长连续拥堵时长最大值中最大为方案Ⅰ的86.80 s，相较于疫情管控期间增大57.33 s，最小为方案Ⅲ的23.58 s，相较于疫情管控期间减小1.24 s。

方案Ⅲ中，出口Ⅰ是进入该建筑人员常用出口，出口Ⅳ位于2层，建筑上层人员距离该出口更近，且不用通过1～2层楼梯即可疏散至室外，因此，同时开放出口Ⅰ,Ⅳ，能减小人员疏散时长、缩短人员拥堵时长。疫情管控期间同时开放人员常用出口和建筑上层人员疏散距离最短出口，可提高人员疏散效率，且在一定程度上可避免因拥堵造成楼梯路段发生踩踏事件。

5 结论

1)通过实地调研发现，公共建筑普遍存在疏散通道堵塞、应急照明损坏、疏散标志无效、防火门封锁、安全出口开放数量少等影响人员疏散的问题。

2)模拟结果表明，区域A部分人员汇合至区域B中，导致楼梯2人员密度增大，人员在2～3层楼梯发生拥堵，导致疫情管控期间人均拥堵时长(23.92 s)、个人最大拥堵时长(168.23 s)大于常规情况下的人均拥堵时长(16.01 s)、个人最大拥堵时长(120.45 s)，且整体来看，疫情管控期间个人最长连续拥堵时长大于常规情况。

3)3种推荐方案中，最优出口开放方案为同时开放出口Ⅰ和Ⅳ的方案Ⅲ，疏散时长较疫情管控期间缩短52 s、个人拥堵总时长均值减小11.75 s、个人最长连续拥堵时长减小2.56 s。

4)疫情管控期间，同时开放人员常用出口和建筑上层人员疏散距离最短出口，可提高人员疏散效率，且在一定程度上可避免楼梯路段由于拥堵发生踩踏事件。