装配式建筑施工现场应急疏散仿真研究.pdf

安徽建筑中图分类号：TU998.1文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）5-0131-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.5.0491工程概况本研究工程项目为装配式建筑人才公寓。土地面积为13719.29m2，总建筑面积为45641.49m2，建筑面积3313.74m2，容 积 率 为 4.31，建 筑 密 度 为24.15%。工程效果如图1所示。工程结构形式为框架剪力墙结构，装配构件为组合楼板、组合梁、外墙挂板、轻质隔墙、预制楼梯等，预制率为30.53%。预制构件安装完毕后，将整个后浇混凝土与框架柱梁等结合起来。图1建筑施工效果图本研究以公寓建筑为例建立数值模型。人才公寓楼由两栋高层建筑组成，防火等级为一级，每层有两个疏散楼梯。楼高 13 层，总高度为 40.95m。预制公寓项目标准层的房间空间狭窄，受到限制。因此，当发生火灾时很容易引起人员伤亡。且建筑物内没有机械排烟系统，也没有安装门窗，因此本研究考虑了自然排烟条件1。2火灾现场设置装配式建筑初始仿真环境设定要求为室内流场为静态，温度为 20C，压力为标准大气压。建筑火灾具有蔓延快、管理难度大、救援难度大的特点。由于目前装配式建筑尚处于建设阶段，尚无消防、排烟等相关设施，因此需要对其结构进行全面分析。第一起火灾发生在较低层2楼的左侧走廊，第二起火灾发生在较高层11楼的左走廊。为了监测办公楼火灾蔓延情况和逃生路线的能见度和温度变化特征，在火灾层和上下相邻层设置了多个温度传感器、CO2浓度探测器、烟层高度探测器和能见度探测器位置，如图2所示。图2传感器位置图3火灾危险性判定条件通过对影响人员疏散安全因素的分析，应设置火灾现场的温度、CO2浓度、能见度等条件2以保证施工人员的安全疏散。本研究设定了装配式公寓项目火灾风险评估条件如下。温度评估条件：在离地面 2.00m的高度，烟雾层温度超过60C被认为是火灾危险状态；CO2 浓度评估条件：在离地面2.00m 的高度，CO2浓度大于 500ppm被认为是火灾危险状态；能见度评估条件：离地2.00m处烟层能见度小于5m，认为火灾已达到危险状态3。4火灾模拟结果分析4.1火灾烟气蔓延分析图3为大楼火灾后的烟气扩散及传播情况。由模拟结果可知，当起火时，火焰开始时（30s），烟雾以火焰为中心向四周集中；60s之后的大火，2楼和11楼左侧的大厅充满了烟雾，烟雾通过楼梯井和电梯井迅速向上蔓延；火灾发生后110s 时，11 楼火源冒出的烟蔓延到顶层，而2楼的火源通过西窗蔓延到人才公寓，这时，烟雾并没有弥漫整个二楼的走廊，火焰越烧越旺，烟雾越多，烟雾密度越高；在 160s 时，2 楼和 11 楼的东、中、西区域完全充满了烟雾；在火灾发生后200s，邻近防火层的楼层完全充满烟雾；火灾发生300s后，烟雾继续蔓延，除一楼外的所有楼层都充满了烟雾。整个办公大楼大约75%的地方充满了烟雾。图3烟雾蔓延图4.2温度变化分析温度变化曲线如图4所示，图5为某楼层温度切面图。利用温度传感器采集到的温度变化信息可以判断出火灾现场的温度。起火部位的变化规律基本一致。从着火初期到最高温度，再逐渐降低，当火焰扩散至最低时，温度逐渐升高，之后温度逐渐稳定。当火情发生时，火源温度呈直线升高，很可能会危及周围的人身安全。在台阶出口，温度的变化是一致的，但其变化较慢4，温度变化下降速率变快。根据上述讨论，人体的环境温度装配式建筑施工现场应急疏散仿真研究魏巍，胡子林（中国建筑第二工程局有限公司，北京101100）摘要：为有效提高施工过程中因操作不当引起火灾后施工人员的安全疏散效率，文章使用PyroSim软件对装配式房屋建筑工地的规模和体积进行了数值模拟。分析了装配式建筑施工现场烟气能见度、CO2浓度和环境温度的变化规律，确定了有效的安全疏散时间。从温度、CO2浓度、能见度等传感器获得的资料显示，影响人员闪避与撤离的主要因素是能见度和碰撞时间。400s时，建筑工地逃生出口能见度低于5m。该建筑物的倒塌时间为360s，是人员伤亡的临界点。第一次应急疏散模拟耗时398.7s，而原有的工地布局无法方便所有施工人员安全疏散。研究结果可为装配式建筑施工现场人员疏散通道的合理规划提供理论依据，并辅助施工现场安全管理。关键词：装配式；建筑施工；现场；应急疏散作者简介：魏巍（1983-），男，安徽肥东人，毕业于安徽建筑大学土木工程专业，本科，高级工程师，一级建造师。专业方向：装配式住宅。建筑消防131安徽建筑极限约为60C，在350s内，6个传感器的数据超过60。图4温度变化曲线图5某楼层温度切面图4.3 CO2浓度变化分析图6为建筑CO2浓度变化。在羽流的作用下，烟气的浮力增大，烟气迅速上升到天花板。产生的烟气喷射到天花板上，并沿着天花板迅速扩散到走廊的两侧。CO2浓度在距离火源最远的检测点处最高，在该处积累了大量的烟气。在烟囱效应下，热烟气随着时间的推移逐渐注入每一层5。楼梯间内的烟气受到烟囱效应的影响，烟气温度升高，因此产生更大的浮力。在这些条件下，大量高温烟气向上层移动。然而，在移动过程中，烟气受到楼梯结构的阻碍，大量高温烟气积聚在楼梯上，导致烟气温度进一步升高。因此，烟气产生更强的浮力，导致高温度烟气蔓延速率加快，直到气体移动到楼梯的顶部。此外，在11层检测点，CO2浓度相对于其他楼层更高，因此更危险。烟层高度小于人眼高度时，在模拟时间内，各检测点的 CO 浓度均未达到临界值，且对人体无危害。4.4能见度变化分析在燃烧时，会有较多的固态和液态粒子出现，严重干扰了现场的可视性，严重阻碍了消防安全。为此，本文将可视性感应器与感测器放在同一部位，绘制传感资料可视性图，如图7所示。在火灾 的 早 期 阶 段，地 板 的 能 见 度 约 为30m，随着火灾的蔓延，烟雾充满了办公楼，呈指数下降。由于火源对11楼的影响，传感器的可见度很快下降，能见度在50s内下降到5m，达到了造成人员伤亡的危险。在大约400s，所有可见度传感器收集的数据显示，在每个出口处的可见度小于5m。最佳逃逸时间为400s以后。图7能见度变化示意图5疏散模拟本文选择Pathfinder软件对预制装配式建筑施工现场人员疏散的过程进行数值模拟。为了满足人员疏散仿真的要求，将装配式人才公寓项目模型转换成DXF格式，并导入Pathfinder软件6。对模型进行了简化，确定了楼层、楼梯、门、其他构件和疏散路线。5.1设置紧急疏散屏障装配式房屋是一种结构形式多样且复杂的建筑物，其施工过程、施工环境和施工平面的变动会影响快速撤离的时间，导致疏散区域、疏散路径等都会产生较大的变化。结合工程施工的实际情况，布置了组装构件、施工机械等障碍，见图8。5.2设置紧急疏散参数为了构建安全撤离模拟，需要模拟被围困者在一定的地点和环境中的行动。安全疏散模拟的内容包括疏散人员、疏散地点和疏散的周围环境等。在疏散模拟中，模拟器会依据所设置的人的属性特性对疏散过程进行模拟。此外，在装配式建筑物的主体工程中，其工作面可以分成楼层面和台阶面两种。在进行仿真撤离前，在不同的作业面上，一定要设置不同的作业速度。在突发事件中，工地工人有三种行为模式：最短距离行为模式、一致进出行为模式以及完全服从群体行为模式。统计分析显示，有20%的人群将会在相同地点等待，而50%的人群则会从另一条撤离路径撤离。该方法将路径规划、导向机制和冲突处理技术有机地融合在一起，实现了对车辆安全的有效控制。为此，本文选取了紧急撤离的转折方式。在确定上述参数的基础上，进行了施工人员安全疏散的仿真。装配式建筑的施工现场堆放了大量的预制构件、施工工具等物品，疏散走廊和楼梯周围堆放了许多物品。突发事件发生时，这些物品很可能会堵塞人们的疏散通道，疏散速度也会大打折扣7。因此，装配式建筑施工现场堆放物品的数量和位置以及每层楼的人数是应急疏散的重点。由于有不同的施工阶段和施工现场人员的流动相对复杂，在这项研究中，施工现场的疏散人数不能确定。根据最不利公寓的原则，参考人才公寓11层建筑、耐火材料的施工方案，结合工程工地的实际人力需求8，假设在11个楼层中任意分配100名工人进行紧急撤离模拟。疏散模拟的结果如图 9所示，共有100 名现场施工人员在 185.8s 内被疏散。图10为13.0s疏散时间的人员密度图。可以看出，疏散通道和楼梯是人员密度最高的区域，很容易发生疏散通道、楼梯交通堵塞。人才公寓项目施工现场东、西两侧各有两条疏散楼梯。因此，必须将预制材料和机械器具等物品从疏散走廊和楼梯上清除9-10。6结论图6CO2浓度图8安全紧急疏散模型图9疏散模拟时间图10人员密度图建筑消防132安徽建筑火灾发生时，火源处的温度变化最明显，温度变化趋势大致相同。通过楼梯间和电梯井上升到13楼的烟雾是导致13楼中间区域充满烟雾的主要因素。通过深入分析发现，疏散效率与人员密度、人员相对位置、疏散拥挤程度有关。在实际消防工作中，消防通道中存在大量的滞留和拥挤是导致消防人员疏散效率下降的重要因素。能见度的改变对疏散和营救工作具有重要的指导作用。在本研究所进行的数值仿真中，最好的应急疏散通道是东边的疏散通道。参考文献1李元齐,杜志杰,路志浩,等.装配式钢结构体系建筑一体化建造技术研发和实践J.建筑钢结构进展,2021,23(10):12-25.2靳立磊.装配式建筑安全管理中BIM技术的应用研究J.大众标准化,2022(17):52-54.3杨连杰,夏吉勇,刘辉,等.基于BIM技术的装配式建筑结构设计与探究J.砖瓦,2022(08):60-62.4唐嵩皓,李新卓.基于BIM的装配式建筑施工精细化管理研究J.城市建筑空间,2022,29(S1):389-390+395.5刘占省,吴震东.基于数字孪生的装配式建筑构件安装智能化管理模型研究J.施工技术(中英文),2022,51(11):54-60.6王侃,杨礼东,刘勇,等.BIM技术在天府万达国际医院项目施工中的应用:以天府万达国际医院项目为例J.智能建筑与智慧城市,2022(07):115-117.7王会,方金强,张兵.国内装配式建筑研究热点与演进趋势:基于CiteSpace的可视化分析J.科技和产业,2022,22(05):208-217.8李博,杨振喜,王增强.基于 BIM 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