大型水乐园人员特性疏散模拟浅析

张典帅, 赵玉婷

(1. 珠海合联房产有限公司, 广东珠海 519015; 2.珠海格力房产有限公司, 广东珠海 519000)

0 引言

近年来,随着我们国家经济水平和人民生活水平的提高,健康向上的康体休闲娱乐方式已逐渐成为人们生活中的重要消费方式。不同档次、不同形式的室内游乐场所在各地悄然兴起。水上乐园是国内比较主流的一种主题公园的,在夏季深受人们喜爱。

国内学者针对水乐园或类似大型公共建筑开展了人员疏散研究。刘庆恩[1]针对某大型室内水乐园超防火分区面积、超疏散距离的消防设计难题,运用FDS和Pathfinder进行消防性能化设计,基于模拟研究结果和相应消防加强措施,保障了现有建筑的功能完整性和消防安全性。谢元一等[2]研究明确了亚安全区能够给人员疏散提供暂时的国度空间,并指出亚安全区是解决现代化商场消防疏散问题的一种有效手段。黄晓露等[3]采用STEPS数值模拟方法,对建筑面积为9 800 m2换乘地铁站公共站厅进行人员疏散模拟,研究考虑了火灾报警时间(Tt)、疏散预动作时间(Tpre)对人员疏散时间的影响。

为了更好地了解水乐园人员疏散的影响,通过比对现行设计情况并结合数值模拟软件客观分析水乐园人员疏散特性。

1 工程概况

以国内某室内大型水乐园为例,开展相关人员疏散研究工作。水乐园长150 m,宽108 m,高度30 m,建筑分类属于大型的单层公共建筑,耐火等级为一级,其中首层建筑面积为16 773 m2,主要由海啸池区、儿童戏水区、成人滑梯区组成。该建筑已于2021年取得建设工程消防验收意见书。

2 水乐园疏散设计情况

2.1 亚安全区

参照谢元一的研究,现水乐园内设置1个亚安全区,将室内划分为4个区域,详见图1。防火区域1总面积7 653 m2,其中陆域面积4 003 m2,水域面积3 650 m2;防火区域2总面积3 244 m2,陆域面积1 501 m2,水域面积1 743 m2;防火区域3总面积3 045 m2,其中陆域面积2 765 m2,水域面积280 m2;亚安全区总面积为2 103 m2。

图1 水乐园亚安全区划分方式

2.2 疏散距离和方式

水乐园安全疏散出口均匀分布在建筑四周,由于建筑占地面积较大,中间区域最远点至最近安全疏散门的距离超过GB 50016-2006《建筑设计防火规范》第 5.5.17 条第 4 款37.5 m的要求[4]。对于此类大空间场所,部分国际相关规范对疏散距离有以下的规定和建议[5-8]:

美国NFPA101《生命安全规范》中明确在设置有自动喷水灭火系统的建筑中安全疏散距离最高可以达到60 m;美国NFPA 130 《固定式轨道交通和客运铁路系统标准》规定站台的疏散距离可以达到91.4 m;美国NFPA 5000《建筑结构和安全规范》中指出对于车站等人员汇集场所疏散行走距离可以达到76 m。英国DD 9999《英国标准》中提出,由于高大空间相对较低空间具有更大的储烟能力,烟气下降时间长,火场环境不会迅速恶化,可提供人员更多疏散时间,所以大空间可相应地延长疏散距离或减小楼梯宽度。

参照国内外疏散距离的相关要求,本研究水乐园疏散距离控制在60 m以内。疏散方式为非亚安全区域疏散至亚安全区,再疏散至室外。

3 数值模拟

笔者着重对水乐园人员疏散安全性进行分析,通过采用计算机仿真模拟的方法对水乐园人员疏散行为进行研究,为后期疏散演练、消防管理提供参考。

3.1 人员类型

根据水乐园人流监控数据,日常客流92%为游客,8%为工作人员。其中游客包括成年男性,成年女性,儿童,老人;工作人员包括成年男性,成年女性。对于人员具体的组成比例设定见表1。

表1 人员类型比例分布情况

3.2 疏散速度

在人员平面行走速度方面,参考了SFPE Handbook[9]及Simulex的建议,结合四川消防研究所在国家“973”课题研究过程中进行的人员疏散演习实验,计算人员的疏散速度:平面上人员自由移动速度:成年男性取1.1 m/s,成年女性取1.0 m/s,儿童取0.8 m/s,老人取0.6 m/s;

平面上人员出口流量:取值范围1.3～2.2人/(m·s),本项目中疏散宽度足够但看台上人员较集中,计算中保守选取出口流量为1.3人/(m·s)。

对于水域面积水池中的人员疏散速度,国内外目前对此缺乏研究数据。假设人员在齐膝水中行走的速度为0.7 m/s,在齐腰水中行走的速度为0.3 m/s,而人游泳的最快速度为1.7 m/s。报告保守考虑一部分戏水人员不会游泳,而普通人游泳速度也较慢,综合泳池中人员疏散速度按0.3 m/s考虑。

在对水池至岸边等坡度较大的部位疏散人员移动速度进行确定时,需要首先确定相关区域的人员密度,根据现有设计疏散人数,当人员均匀分布在看水池内时,池内人员密度约0.25人/m2。但考虑到火灾发生时水池内人员将迅速向疏散通道集中,此时通道内的人员密度至少达到3人/m2以上,在水池至岸边等有坡度的地面上此时人员行进速度约为0.5 m/s。疏散计算中,设置人员在上岸坡道或台阶上的行进速度为0.5 m/s。

3.3 疏散人数确定

国内现行设计规范中针对水乐园疏散人数无明确规定的情况下,参照日常水乐园运营高峰期人数及相关国内外人员密度规范,疏散模拟人数的计算方法有3种。

3.3.1 参照国内类似场所人员密度

水乐园水域参照JGJ31-2003《体育建筑设计规范》[10]第7.4.4条对游泳池训练设施的规定取4 m2/人,地面区域参照GB 50016-2006《建筑设计防火规范》第5.5.21-4规定:其他歌舞娱乐放映游艺场所的疏散人数,应根据厅、室的建筑面积按照不小于0.5人/m2计算。

3.3.2 美国NFPA101

美国NFPA101《建(构)筑物火灾中的生命安全规范》中对于使用荷载的规定:游泳池人均面积4.6 m2;防滑台面人均面积2.8 m2。按照以上原则计算疏散人数为1 105人(表2)。

表2 国内人员密度与美国人员密度对比

3.3.3 运营数据

为满足合理舒适的体验感受,结合设备容纳能力、节假日高峰客流、单次游玩时长和往返时间但因素,现阶段水乐园最大容纳人数为5 200人。

综上,根据3种疏散人数的计算方法,取最大值作为水乐园的疏散人数,即6 777人。该区域的整体疏散宽度须满足规范要求。

3.4 疏散场景

研究共设置2个疏散场景。疏散场景1(S1):水乐园防火分区整体疏散,所有出口均可使用。需考虑人在水域的疏散速度。疏散场景2(S2):水乐园防火分区整体疏散,假设靠近防火区域3的一个直通室外出口因火灾被封堵失效,其他出口均可使用。

为了考虑疏散过程中的不确定性,参照黄晓露的疏散时间假设,在充分考虑疏散报警和预动作时间的基础上,还将对行动时间考虑1.5的安全系数。

3.5 模拟假设条件

本研究利用STEPS进行水乐园人员疏散模拟过程中,相关模型边界条件设置:

(1)疏散人员具有相同的特征,并且都具有足够的身体条件疏散到安全地点;

(2)疏散人员按相同密度均匀分布;

(3)疏散人员在疏散开始的时刻能一起开始疏散,且人员在疏散过程中不会中途退回选择其他疏散路径;

(4)人员从各个疏散门扇疏散且所有人的疏散速度一致且保持不变。

3.6 仿真模拟模型

利用人员疏散软件STEPS对水乐园内人员疏散进行模拟计算,预测人员疏散需要的时间及各出口疏散情况,其中人员的布局将根据建筑平面图进行分布。以疏散场景1为例,疏散模拟模型及实时人员疏散情况详见图2。

3.7 小结

根据上述相关参数进行计算机仿真疏散模拟计算,各疏散场景的疏散总时间统计见表3。

表3 水乐园疏散场景疏散时间汇总 单位:s

水乐园在疏散出口均有效的情况下,405 s即可完成人员疏散;若单一出口失效,则疏散时间增加了74 s。结合模拟结果,在后期的运营和管理过程要保障疏散路径的畅通和疏散出口的有效,并加强工作人员在紧急时刻进行人员疏散引导,保障水乐园内人员能够在最短时间内疏散至安全区域。

4 结论与建议

笔者以国内某大型水乐园为研究对象,针对现行疏散设计方式展开了人员特性研究。研究结合国内外规范,并参照计算机仿真结果,得出结论:

(1)现行国家规范标准未明确水乐园的人员密度,通过对比水乐园运营最大容纳人数、国内规范人数计算方法和美国NFPA101人数计算方法,按照3种计算放方法的最大值(即6 777人)作为研究的人员疏散总数。

(2)计算机仿真计算过程中,水乐园水池区域人员疏散速度为0.3 m/s;人员在上岸坡道或台阶上的行进速度为0.5 m/s。

(3)通过计算机模拟,疏散场景1整体人员疏散时间405 s,疏散场景2单一疏散出口失效疏散时间为479 s。

考虑到水乐园的特殊性,建议水乐园内的设备设施以及景观等布置不应影响人员疏散,疏散出口附近不应布置娱乐设备和景观植物、假山等;水上游乐设备应具备火灾等突发情况下断电时自动复位功能,确保设备上人员能在火灾时及时离开设备逃生;为确保大空间内火灾时疏散路径清晰,视线良好,建议增设适合大空间的大型吊装灯具;疏散出口指示应采用大尺寸标志(长边大于500 mm),设置位置应综合游乐设施布置的需求,不应被遮挡和随意移动。