基于数值模拟的某密室逃生场所火灾风险分析

杨倚天 关雪 叶文韬 肖爱玉 于佳鹭 朱凯

摘要：线下真人密室逃脱逐渐风靡全球各地，各城市的实景密室规模日益壮大，其消防安全问题也日益突出。本文通过对多家实景密室的调查，模拟起火点，分析烟气扩散范围以及不同条件下实景密室场所火灾危险性大小，最大限度避免火灾事故发生。

关键词：密室逃脱；数值模拟；烟气；火灾风险

一、绪论

实景密室逃脱作为一种新型娱乐活动，得到越来越多年轻人的喜爱。据不完全统计，截止到2020年3月，我国已有2000余家实景密室，门店超10000家，且2019年消费人次达280万次，密室逃生场所的产业规模见图1^[1]。同时，因为实景密室空间狭小、结构复杂、可燃物多且后续装修改造大，导致其火灾风险高，不利于人员疏散，一旦发生火灾，易造成人员伤亡事故。例如，2019年1月，波兰一密室逃脱营业场所发生火灾，造成5名未成年女孩死亡^[2]；2022年4月24日，广东湛江一密室逃脱俱乐部发生火灾，造成1人死亡^[3]。

目前针对实景密室逃脱类场所，尚无专门的规范与标准。虽然应急管理部消防救援局发布了《密室逃脱类场所火灾风险指南（试行）》与《密室逃脱类场所火灾风险检查指引（试行）》，分别从火灾风险与消防安全管理方面对该类场所的火灾风险检查重点内容进行了说明，一定程度上规范了此类场所的消防安全问题^[4]。但此类场所的标准化与正规化，尚缺少相应规范标准，导致行业内存在一定乱象。

正因实景逃脱类场所火灾风险大、监督监管难度大、行业不规范，需要深入研究此类场所的火灾风险问题。目前国内学者也对该类场所的消防安全与火灾风险问题进行了相关研究。

盛晨^[5]实地深入调研黄浦区的多家密室场所，针对性研究分析有效的防火、灭火、疏散对策。李尚明^[6]通过结合现行规范，分析了密室逃脱类场所火灾特点及其现状，从建筑布局、防火分隔、装饰装修、消防设施等方面介绍了此类场所的消防设计要点。阳晶^[7]针对密室逃脱类场所的消防现状，结合相关消防行业规范标准，提出该类场所的消防安全技术标准，为企业管理提供参考。张峰^[8]分析了密室逃脱类场所的消防安全现状，指出应该进一步规范消防安全管理。刘升赟^[9]等人结合工作情况，从制定消防安全管理标准、明确监管主体、创新监管模式等方面提出了密室逃脱类场所提升消防安全管理水平的建议。黎放桥^[10]等人从消防监督管理方面入手，分析了密室逃脱类场所在消防监督管理方面存下的问题，总结了此类场所消防监督检查的主要原理及技术要点。高杰^[11]分析了新型娱乐场所（密室逃脱场所、剧本杀场所等）消防安全管理的定性问题与技术问题，并提出相应对策。

上述学者的研究多集中在消防安全管理、消防安全检查等方面，多是结合现有规范分析密室逃脱场所消防安全方面存在的问题，给出对策与建议。本文结合某实景密室逃脱场所，使用FDS建立模型，模拟不同着火条件下场所内火灾发展情况，定量分析场所的火灾危险性大小，可以为该类场所火灾风险评估、消防系统设计与改造提供参考。

二、数值模拟的模型构建

結合某实景密室逃脱场所的具体结构，对模拟的模型与参数进行设计与建立。

（一）几何模型的建立

某实景密室的总面积400m²左右，设计容纳40人，该区域共7个房间，共70m²左右。前5个房间布景类似，房间层层嵌套呈环形布置，在第一个房间与第六个房间处设置两个疏散出口。场所设有干粉灭火器、烟雾报警、自动喷淋、排烟风机等消防设施，接待区与主题疏散出口处设有疏散出口指示标识。

该实景密室位于一写字楼内部，单独密室的内部结构建造见图2（a）、2（b），整个房间在大楼内部的位置建模见图2（c）。

（二）起火原因分析与确定

在设置火源时，应结合实际模拟的场景，进行综合考虑，设置火源位置。在本次模拟中，结合实地调研结果以及火灾危险性大小的考量，综合确定起火地点与原因。设定的起火原因总结如表1，调研结果如图3。

（三）参数设置与工况设计

考虑到计算需要及实际条件，在密室逃生所的房间及走廊、楼梯间划分网格，其余区域不设网格。网格大小经过计算，在密室逃脱房间内，设置大小为0.1×0.1×0.1的网格，在走廊与楼梯间设置大小为0.2×0.2×0.2的网格。

初始温度均设置为室温20℃，各网格交接面保持连接，保证烟气畅通。考虑到火灾条件下所有密室门打开，故设置所有的门处于开放状态。在z=0.8m，z=1.6m处设置切片，监测温度、CO浓度、可见度等数据进行分析。火源设置选择为burner，火源功率参考沙发等软包材料的热释放速率进行设置。模拟时间为300s。因真人实景密室装修频繁，考虑最不利条件，即所有消防设备失效，水喷淋不动作，机械排烟失效，进行火灾模拟。

考虑到密室逃脱场所的复杂性，选择改变火源位置，分别在各个房间设置火源，设置工况，如表2。

（四）网格敏感性检验

为确保模拟结果的准确性与合理性，应进行网格尺寸灵敏度分析，确保模拟结果合理。依据FDS用户指南，计算出火灾特征直径D*。

网格分辨率 R=D*/dx 的推荐值在 4～16 之间，可达到计算精度要求，同时计算时间较为合理。计算出来网格取值范围最小值为0.12m≤δ_x≤0.48m。因此，网格大小选择在房间内0.2m，在走道内0.4m，符合要求，既能兼顾计算精度，又可减小计算负担。

三、结果分析

（一）烟气扩散范围分析

根据设置的三个工况，选择火焰充分发展阶段，其火灾烟气扩散的范围如图4。

由图4可看出：

（1）所有工况下，烟气均能扩展充满整个房间范围。除工况B外，烟气在密室逃脱场所出入口打开的条件下，同时会向整个楼道明显扩散。

（2）所有工况下，起火房间内的烟气浓度明显更高，周围房间按照房间大小及与起火房间距离的远近，烟气浓度降低。

（3）工况B条件下，烟气扩散到出口会受影响。这是因为房间B空间狭小，距离出口最远，且出口面积较小，在同样的模拟时间内（300s），烟气扩散速度不如其余工况下的烟气扩散速度。

（4）工况H条件下，楼道内烟气浓度明显更浓，这是因为该两种工况下，火源距离出口更近，烟气扩散速度更快。

（二）可见度与CO浓度

对于人员疏散而言，可见度与CO浓度十分重要，尤其是对于处于人眼高度上的可见度与CO浓度，需要格外关注。依据《中国成年人人体尺寸》（ GB / T10000 1988）^［12］采用人眼高度平均值 1.6m 作为临界高度。故选择z=1.6m高度，选择模拟时间300s，其可见度如图5。

由图5可看出：

（1）所有工况下，整个实景密室范围内的可见度均下降。

（2）位于里层的房间（房间A和房间B），着火房间内可见度下降最大。以工况A为例，房间A的可见度下降至1m左右，相邻房间C的可见度下降至2.4m左右。

（3）位于中间的房间，着火房间内可见度下降不一定最大。以工况C为例，着火房间内的可见度可以下降至2.4m左右，但与其相邻房间A的可见度下降至1.8m左右。

（4）工况H条件下，因为烟气扩散到出口，烟气扩散受到影响，所以会出现部分内部房间可见度下降较小的情况。

（5）工况H条件下，楼道内可见度明显降低，但对人员疏散的影响有限。

选择z=1.6m高度，选择模拟时间300s，其CO浓度如图6。

由图6可看出：

（1）所有工况下，整个实景密室范围内几乎均存在CO，差别在于浓度大小。（2）所有工况下，着火房间内的CO浓度最高，其次是相邻房间。

（3）当火源位于较小的房间内（A、B、D、G）时，着火房间内CO浓度比其他工况相对较高。

（三）温度场分析

除了可见度与CO浓度之外，温度也会影响疏散人员安全，同时决定整个着火场所的火灾发展总体趋势，故可以作温度切片分析其温度情况。选择z=1.6m高度，分析其温度分布，如图7。

由图7可知：

（1）在z=1.6m处，温度最高值可达170℃，最小值约100℃。

（2）当起火点位于里层与外层的房间时，高温区域基本集中分布在起火房间的内部；当起火点位于中间房间（房间C、E）时，因为其连通的房间较多，导致高温区域不仅仅分布在起火房间内，还会使得周围相邻房间内的温度较高。

（3）工况H条件下，因火源位置距离走道过近，热烟气蔓延出房间的量较多，导致该工况下，走道内部出现温度小幅度上升。其余工况下，走道内温升几乎可忽略。

（4）当火源位于房间A、B、D内时，因为其房间结构特性，此时处于逃生关键位置上的房间H内温度并不高，温度影响较小。

除了z=1.6m高度处之外，顶棚处由于热烟气聚集，温度会很高，处于危险状态，应分析其温度情况，顶棚高度处温度分布如图8。

由图8可知：

（1）在顶棚高度处，温度最高值可达270℃，最小值约170℃。

（2）当起火点位于里层与外层的房间时，高温区域基本集中分布在起火房间的内部；当起火点位于中间房间（房间C、E）时，高温区域不仅仅分布在起火房间内，还会使周围相邻房间的温度较高。

（3）工况C、E、H条件下，热烟气蔓延出房间导致走道内部出现温度上升。其余工况下，走道内温升几乎可忽略。

（4）当火源位于房间A、B、D内部时，因为其房间结构特性，此时处于逃生关键位置上的房间H内温度并不高，温度影响较小。

（5）对于面积小的房间，火灾条件下顶棚温度要高于面积大的房间。

综合图7、8可知：

（1）相同条件下，顶棚温度明显比z=1.6m高度处的温度高。

（2）因为烟气蔓延作用，当火源位于C、E、H房间内时，走道内顶棚处因热烟气聚集，温度会上升。但只有当火焰位于H房间内时，走道内z=1.6m高度处温度才会有小幅上升。

（3）与z=1.6m高度相比，顶棚处高温区域分布更为集中。

结语

通过建立某实景密室逃生场所FDS模型，设置不同的着火位置，模拟不同条件下密室逃生场所发生火灾的情景。通过分析烟气扩散范围、可见度、CO浓度、温度分布等，分析不同条件下实景密室逃生场所的火灾危险性大小。通过对数值模拟结果的分析，我们可得出如下结论：

（1）实景密室场所着火后，烟气很快会蔓延至整个场所并向走道内扩散。

（2）起火房间内的火灾危险性最高。当火源位于各个不同房间内部时，着火房间内的可见度下降最快，CO浓度最高，温度最高，相应的火灾危险性最大。

（3）当起火点位于中间房间时，周围连通房间内危险性也会受到极大影响;在火源位于房间C、E时，因为其连接房间多，周围房间内的有害物聚集也非常迅速。

（4）当火源位于最外层房间F、G时，最内侧房间受温度影响小，但CO浓度同样会影响疏散。

综上所述，实景密室逃生场所具有空间狭小、结构复杂、可燃物多的特点，一旦发生火灾，热烟气将迅速扩散到相邻区域，危险来临时间快，人员可用疏散时间较少。因此，要注意加强火灾监控，尽量避免火灾发生，同时应加强对实景密室逃生场所的人员消防疏散引导，提高疏散效率，保证人员快速安全撤离。

参考文献

[1]孙宏艳.青少年接触密室逃脱，剧本杀的现状及对策[J].中国校外教育，2022（03）：15.

[2]波兰一密室逃脱现场火灾5死1重伤密室逃脱火灾原因是什么？[ol].2019-01-05.

[3]危险！警惕人员密集场所火灾风险[ol].2022-07-17.

[4]肖方.消防救援局：对密室逃脱类场所进行严查严管[J].中国消防，2021（10）：1.

[5]盛晨.真人密室逃生场所火灾隐患分析及安全管理对策[J].今日消防，2021，6（08）：85-89.

[6]李尚明.关于密室逃脱类场所的消防设计思考[J].中国消防，2022（03）：44-47.

[7]阳晶.密室逃脱类场所消防安全管理及技术标准建议[J].中国标准化，2022（16）：24-26+41.

[8]张峰.密室逃脱场所的消防安全现状及对策[J].消防界（电子版），2021，7（21）：34+36.

[9]劉升赟，高文敏.“密室逃脱”类场所消防安全管理探讨[J].今日消防，2020，5（08）：104-106.

[10]黎放桥，谢碧波.密室逃脱类场所消防监督管理探讨[J].消防界（电子版），2022，8（07）：89-91+94.

[11]高杰.新型娱乐场所的消防安全管理问题及对策[J].消防界（电子版），2022，8（06）：98-100.

[12]国家技术监督局．GB 10000-88，中国成年人人体尺寸［S］．北京： 中国标准出版社，1988．