基于Pathfinder的...都“独角兽岛园区项目”为例_张欢.pdf

104城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02strategies mainly from the horizontal and vertical evacuation routes,to improve the evacuation efficiency.This paper focused on the relationship between buildings and personnel evacuation,but did not discuss other factors in detail.Key words evacuation optimization strategy;Pathfinder;large commercial complex;fire design国内许多大型建筑的方案设计都有超出消防规范的现象，对此只能借鉴国外相关规范和类似案例进行消防设计，同时还需要采取科学的手段进行验证。数值模拟是一种科学的手段，而 Pathfinder 所做的疏散模拟就是其中一环，能为建筑设计方案和消防设计提供有价值的指导作用。Pathfinder 是由美国公司开发的一个基于人员运动的模拟器，常用于火灾人员疏散模拟，软件有 SFPF 和 Steering两种运动模拟方式1。Steering 模式应用范围更广，常用于大型公共建筑的疏散模拟实验。本文将借助人员在Steering 模式下的人员疏散仿真模拟，通过模拟发现商业综合体存在的一些问题，并提出相应的解决策略。1 项目概况本文主要针对独角兽园区其中一栋大型退台式办公商业综合体进行讨论，该建筑共 8 层，整体形状是由两个稍有变形的半椭圆相围合，用4F和5F相连成整体（见图1）。2 单体建筑消防设计2.1 防火分区通过查阅相关消防规范，明确防火分区的面积，根据建筑平面功能布置选取疏散方式，进而深化防火分区。地上地下室内区域需要全面设置自动喷水灭火系统，地上商业单个防火分区的面积不超过 4 000 m2，其他功能单个防摘要文章以大型商业综合体项目为切入点，分析了在紧急情况下发生火灾时人员安全疏散状况，提出了应急疏散优化策略。首先，介绍了项目概况及建筑消防设计，为模拟对象的选择和分析提供依据。其次，进行人员分析和疏散模拟，借助 Pathfinder 软件的 Steering 模式对独角兽园区的一栋办公商业综合体进行疏散仿真研究，通过调研得出人员构成情况、人员基本参数，以及人员特征。进而通过模拟人员疏散情况，分析火灾时人员特征、堵塞情况、疏散出口通过率，以及人员安全疏散时间，总结出该栋建筑疏散存在的问题。最后，对疏散结果存在的问题给出相应的解决策略，主要从水平疏散路线和垂直疏散路线两个方面提出了优化策略，以提高疏散效率。本文重点探讨建筑与人员疏散的关系，对其他因素未详细探讨。关键词疏散优化策略；Pathfinder；大型商业综合体；消防设计中图分类号TU247.2文献标识码ADOI10.19892/ki.csjz.2023.02.29Abstract With a large-scale commercial complex project as the entry point,the safety evacuation situation in emergency fire was analyzed,and the emergency evacuation optimization strategy was proposed.First,the project overview and building fire design was introduced to provide basis for the selection and analysis of simulation objects.Secondly,personnel analysis and evacuation simulation were carried out.With the help of Steering mode of Pathfinder software,the evacuation simulation research was carried out on an office commercial complex in Unicorn Park,and the personnel composition,basic personnel parameters and personnel characteristics were obtained through the investigation.Then,by simulating the evacuation situation,the paper analyzed the personnel characteristics,congestion,evacuation exit pass rate,and the safe evacuation time,and summarized the problems in the evacuation of the building.Finally,the corresponding solutions to the problems in the evacuation results were given,which were optimization 作者简介：张欢（1996-），女。研究方向：建筑设计及其理论。通信作者：李百毅（1977-），男，副教授。研究方向：绿色建筑、消防设计。作者单位：西南交通大学建筑学院基于 Pathfinder 的大型商业综合体消防疏散策略研究以扎哈事务所成都“独角兽岛园区项目”为例Research on Fire Evacuation Strategy of Large Commercial Complex Based on Pathfinder:ACaseofChengdu“UnicornIslandParkProject”byZahaFirm张 欢史杨华李百毅Zhang Huan,Shi Yanghua,Li Baiyi105 2023.02/Architectural Design and Theory 建筑设计理论火分区的面积不超过 3 000 m2，地下商业防火分区面积不超过 2 000 m2。除此以外，首层架空区域不用划分防火分区。2.2 消防系统各单体建筑的消防系统按各单体建筑的消防系统规范设计2。首层架空区域设置消火栓系统，建筑内部的消防系统采用消防控制中心形式，设有消防广播系统、声光报警器等，对整个建筑火警进行监视。此外，还配备有应急实况广播系统。消防系统的设置能直接影响建筑疏散的预动作时间。2.3 人员疏散疏散原则主要为除接驳大平台的商业区域人员疏散至平台外，其他均往地面疏散，且各单体的疏散宽度、距离等均应满足要求。具体疏散策略主要是考虑到大平台规模庞大，且空间开阔，火灾不会立即对整个平台造成影响。大平台的疏散采用分阶段疏散的策略，根据火势情况调整需要疏散的大平台区域和需要通过大平台疏散的人员。3 参数信息3.1 人员组成考虑到建筑为办公商业综合体，建筑 4 层以下为商业办公混合区，3 层以上为办公区域。建筑主要使用人群为顾客、工作人员，但为了使人员疏散考虑更加全面，人员构成分为老年人、成年人、儿童，而成年人按照性别分为男性和女性，并且按照实际调研比重来确定疏散人数。3.2 人员特征大型商业综合体由于功能综合性和体量大的特点，决定了其人员构成数量多且复杂，不同人员的疏散能力不同，在一定程度上决定了疏散效率的不同，主要体现在以下几个方面。（1）人员数量多，疏散困难建筑体积和面积均较大，建筑 3 层以上是办公人员，3 层以下为商业办公综合部分，人流量大，人群密集，容易在疏散过程中造成拥堵现象。（2）人员构成复杂该项目主要服务于园区内的办公人员，不乏周围的居民或员工家属，使用人员构成复杂，但是主要使用人员为中年人和青年人。（3）疏散效率不高，容易造成拥堵建筑采用整体式疏散，疏散过程中人员不断地涌入疏散楼梯，导致在楼梯口形成“瓶颈”现象，拥堵不堪。3.3 人员参数选择（1）人员体积不同人种之间的体形系数存在差异，由于模拟软件是由欧洲国家研发，其建议的人员体积参数并不符合我国成年人的人体参数，亚洲人一般体积参数较小。因此，依据中国成年人人体尺寸（GB/T 100001988）3规定，可以得到成年男性平均肩宽为 50 cm，成年女性平均肩宽为 45 cm。（2）疏散速度各人员种类的疏散速度不同，根据美国消防工程师协会 SFPE 的消防工程手册及 Simulex 的建议，并结合四川消防研究所在国家“973”课题研究中进行的人员疏散演习实验4，人员的疏散速度通过综合考量，成年男性为1.1 m/s，成年女性为 1.0 m/s，儿童为 0.8 m/s，老人为 0.6 m/s。（3）疏散人数的确定疏散人数的确定需要考虑划分区域的面积、人员密度和人员肩宽，以及人员构成等因素，而本项目疏散人数按照建筑空间使用的最大值进行模拟，以便于分析建筑在极端使用情况下，人员的疏散安全问题。按照建筑设计防火规范（GB 500162014）5及办公建筑相关规范，并结合实地调研情况，商业部分人员密度为 0.43人/m2，办公部分人员密度为 0.17 人/m2，再根据相应的建筑面积得出总的疏散人数。4 疏散结果分析判断一栋建筑的消防设计是否合理，一般都根据消防法规进行检验，但是忽略了在实际疏散情况下建筑交通路线的设置、空间过渡的形式。由于商业综合体使用的多样性，无法对建筑空间进行具体分化，遂本文不考虑建筑内部的具体交通路径，主要考虑对建筑疏散处的过渡空间进行重点观察分析。4.1 堵塞位置分析利用仿真软件进行模拟分析可以得到人员分布及疏散过程，该栋办公商业综合体主要从上往下疏散到一层出口视为安全疏散，其中第三层商业部分往平台疏散。由于建筑 4 层以下是由两个半椭圆组成的向心性空间，在 4 层连接成一个整体，能更好地体现人员在疏散情况下对出口的选择，遂选取第四层为疏散观察对象，疏散结果如图 2、图 3 所示。疏散开始前人员均匀密集分布，开始疏散时，大部分人聚集在楼梯间，开始排队疏散；第 80 s 时，部分楼梯拥堵现象严重，并且能观察到一部分人重新选择了路径；第155 s 时，人员疏散完毕。疏散过程中有 3.1%的人员因楼梯拥堵而及时更换疏散路径，提高了疏散效率。疏散结果表明，在楼梯间均匀布置在建筑的前提下，还是会有部分人群出现“原路返回”和重新规划路径的现象。疏散过程中人员向楼梯间入口聚集，在疏散口和走廊的交会处形成瓶颈效应。4.2 疏散通过率分析通过数据分析处理，分别得到出口 19 的折线图，从图 4 中可以看出在疏散初期的疏散效率是逐渐上升并趋于均衡的，在规范中建筑的疏散通道的门洞一般采用两股人流，所以在 1 s 能同时疏散的人数是有限的。总疏散时间106城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02为 155 s，在 73 s 时，出口 4 率先完成疏散，其次出口 1和出口 3 在 90 s 完成疏散，出口 5 在 110 s 完成疏散，直到 155 s 出口 8 完成疏散。根据实际数据对比可以得到，出口 4 的利用率最低，出口 8 的利用率最高。人员对疏散出口的选择除了与出口距离、出口的位置相关以外，还和人的行为习惯，以及遇险时的行为心理特征息息相关。4.3 人员疏散时间我国相关规范规定接收火灾报警信号的延时不应超过10 s，但在实际的消防管理中，为了防止火警误报，需要确认两个火警信号后才认为有火灾并联动消防设施，所以基于保守考虑，取火灾报警时间为 60 s。人员的疏散预动作时间因不同类型的建筑和场所内人员对火灾的确认和反应的时间而有很大不同，根据本项目的消防系统配置，按照规范取 120 s。考虑到实际疏散与软件模拟存在部分差异，因此需要增加一个安全系数，基于美国消防工程师协会 SFPE 的消防工程手册，取安全系数为 1.5，因此人员疏散所需时间计算如下。1.5 t+t+t=Tmoverespdetrest（1）式 中 Trest 人 员 必 要 安 全 疏 散 时 间；tdet火 灾 报 警 时 间；tresp 人 员 的 疏 散 预 动 时 间；tmove人员疏散时间。人员疏散所需的必要时间为：Trest=60+120+1551.5=412.58 s，满足一级公共建筑的消防疏散时间。4.4 疏散问题总结通过对疏散过程的观察与分析发现，从开始疏散到结束时，在建筑疏散楼梯附近发生堵塞的情况最明显，截取三个典型代表如图 5 所示。首先，建筑以楼梯间作为疏散通道，商业综合体采用标准规范的防烟楼梯间，为了安全起见，设置两个防烟区，并且一般与管理用房一起布置。但是防烟区出口的设置不够简单明了，方向不够明确，也会影响人的疏散效率从而造成拥堵。其次，楼梯间入口与走廊交通的过渡空间的宽度也会对疏散造成影响，从图中可以看出，在交通空间过渡的地出口 4出口 3出口 2出口 1出口 9出口 8出口 7出口 6出口 5图 20s 疏散情况（图片来源：模型导图整理自绘）图 1商业办公楼的建筑形态（图片来源：作者收集整理）出口 8出口 7出口 2图 5疏散过程中拥堵空间的典型代表（图片来源：模型导图整理自绘）出口 2出口 2出口 1出口 9出口 9出口 8出口 8出口 13.02.52.01.51.00.50.0-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160疏散时间/S出口 8出口 7出口 6出口 5出口 4出口 3出口 2出口 1疏散效率/（人/S）图 4出口 19 疏散效率（图片来源：数据整理自绘）图 380s、155s 局部放大疏散情况（图片来源：模型导图）107 2023.02/Architectural Design and Theory 建筑设计理论方容易产生“瓶颈效应”造成拥堵。除此以外，一般商业建筑以楼梯作为主要的应急疏散方式考虑，这是相对片面的，随着现在防灾系统技术的进步、消防能力的增强，应该用发展的眼光看待人员疏散问题。5 优化策略5.1 水平疏散策略（1）简化平面疏散路径一是简化商场防烟楼梯间的疏散出口方向的设置，使方向具有一致性，以免因为疏散口方向的改变影响人的判断。二是许多商场为达到引导人流量的目的，商场游览流线结合扶梯十分弯绕，扶梯最好也能结合疏散楼梯布置，使疏散流线更清晰。（2）扩大建筑疏散入口处的过渡空间在建筑疏散楼梯和防烟楼梯间的入口处适当扩大过厅，不仅能缓解紧急情况下人员拥堵的情况，还可以强调出口的存在感。目前，许多商场为了追求商铺利益最大化，往往削弱了疏散出口的存在感，大多采用细长的前导空间，不利于在紧急情况下疏散人员。5.2 垂直疏散策略一般疏散出口为疏散楼梯和防烟楼梯间，建筑疏散出口应均匀分布，避免疏散距离过长，起到分散人流的作用。在紧急情况下，电动扶梯停运也可以作为辅助疏散手段，电动扶梯和疏散楼梯起到联动疏散的效果以提高疏散效率。虽然在规范当中明确表示扶梯不能当作疏散楼梯，但是在实际的险情中可以通过及时断电，让扶梯也具备疏散能力。6 结语本文以独角兽项目为例，通过消防设计和借助Pathfinder 进行疏散研究发现了一些问题，并提出了相应的策略。但是在人员应急疏散情况下，影响因素是多方面的，本文重点讨论了建筑与疏散的关系，对消防设施系统，以及人员行为心理、功能等因素研究相对缺失。大型商业综合体的消防疏散设计，除了需要遵循一定的设计原则和相关规范外，还应该多方位考虑并利用相关技术进行模拟验证，保证建筑疏散设计的合理性、实用性、安全性，提高消费者的安全保障，提升商业综合体的商业价值6。参考文献1 汤煜，表秀峰，马福生基于 Pathfinder 的商场建筑防火疏散研究J沈阳建筑大学学报（自然科学版），2019，35（05）：858-8662 李旭旭，李少斌大型商业综合体防火与安全疏散设计探讨 J北京：消防界（电子版），2020，6（13）：82-833 国家技术监督局中国成年人人体尺寸：GB/T 10000-1988S北京：中国标准出版社，19894 杨建博基于 Pathfinder 的商业综合体安全疏散仿真研究 J中国安全生产，2021，16（04）：54-555 中华人民共和国公安部.建筑设计防火规范：GB 500162014S 2018 年版.北京：中国计划出版社，20186 王磊大型商业综合体防火疏散问题浅析 J四川建筑科学研究，2022，48（02）：87-93，100团地，类似于国内的老公房，是日本战后大量新建的大型居住区，以缓解当时的居住困难。参考文献1 中共中央国务院关于优化生育政策促进人口长期均衡发展的决定 EB/OL（2021-07-20）http:/ 贾倍思长效住宅：现代建宅新思维 M南京：东南大学出版社，19933 孙志坚住宅设计的多样化对应手法：日本从住宅标准设计到支撑体住宅 J工业建筑，2007（09）：48-50，724 索健，张挺，胡懿睿当代欧盟住宅存量更新范例及其设计手法研究 J建筑学报，2013（03）：22-275 吴秀銮，成帅 CSI住宅基本理论和构造组成研究J 建筑设计管理，2017，34（11）：88-906 雅 世 合 金 公 寓，北 京，中 国 J 世 界 建 筑，2021（05）：66-677 郭雨昂，赵敬源日本生态型集合住宅 NEXT21 的居住空间改造试验 J建筑技术开发，2018，45（05）：6-88 周曦，张芳基于长效使用的保障性住宅可变适应性设计与管理方法 J现代城市研究，2015（06）：52-589 刘佳瑞，黄诚，欧阳健从“定制”到“预制”：基于标准构件的装配式住宅设计策略 J住宅与房地产，2021（35）：53-5710 建设部政策研究中心课题组2020：我们住什么样的房子：中国全面小康社会的居住目标研究 J建设科技，2004（23）：41-4311 中国室内装饰协会智能化委员会智能家居系统产品分类指导手册Z北京：中国室内装饰协会智能化委员会，201212 王伟良，郑坤，韩武松，等极端条件下住宅建筑辐射吊顶与独立新风复合空调系统设计 J制冷与空调，2019，19（11）：58-6113 尖叫设计可调整户型的公寓，55 m2能秒变四室一厅，简直逆天！EB/OL（2018-03-08）.https:/ 吴志强 BIM 技术在某装配式住宅项目施工中的应用探索 D北京：中国矿业大学，2021（上接第 70 页）