郑渝川

摘要：本文以河北某高校宿舍楼为研究对象，通过FDS和Pathfinder软件进行火灾模拟和安全疏散仿真，通过烟气的能见度重现疏散过程中的真实场景，在关键的时间节点上对比人员疏散和烟气层高度，研究表明在火势刚刚开始蔓延时就对宿舍楼内的人群进行疏散，可以保证楼内被困人员在必要安全疏散时间内可全部疏散完全。

关键词：FDS;Pathfinder;烟气能见度;安全疏散

1引言

随着社会经济的发展，人们对于高等教育越来越重视，但是高校的消防安全教育和疏散意识却一直滞后。尤其是在宿舍楼这种人员密集且空间复杂的建筑物中，火灾发生的概率更高，且当火灾发生时如果不及时得到有效的控制就会导致火灾的迅速蔓延。不少学者都对人员办公和住宿楼进行过深度的研究。

王炜罡等人[1]利用FDS对高层居民楼火灾进行数值模拟，得出居民楼最佳的逃生時间是在火灾发生的122秒，之后会因为CO浓度大、高温等因素致使疏散产生困难。刘福贵[2]模拟了高层办公楼建筑，其研究结果为高层办公建筑防火设计及人员逃生提供理论参考。陈咪和湛莲香[3]对高校宿舍楼进行模拟得出在所设定的和实际想接近的火灾现场，安全出口临界危险温度出现的最小时间是300s左右。戎传亮[4]在原有研究高校教学楼的基础上，通过分析疏散通道温度的变化进一步研究对疏散人员的影响，结果表明当疏散人员行动随时间的变化比较大，温度和人员密度随时间的变化并无统计学规律，当两者一致时，则其变化规律基本上符合高斯分布，但温度总是滞后于人员密度变化，这与现实的情况较为符合。

通过比较前人较为完整的理论体系，本文通过运用两种软件结合的方式，更加全面完整的还原火灾发生时的场景，由此进行对宿舍楼合理的研究。

2工程概况

本文以某高校宿舍楼为例，该宿舍楼占地面积640m2，总建筑面积为1280m2，一楼有12间寝室，2个卫生间，2个楼梯间，1间门卫室和1间消防控制室，二楼有16间寝室和2个卫生间。每间宿舍长6m宽4m，每层楼高为3m。建筑总面积为宿舍楼的一二层平面图如图1所示。

3评估目标与安全判据

通过FDS进行火灾数值模拟，根据所测得的CO浓度、温度等数据判断火灾的扩散情况，评估当前的建筑是否安全，通过Pathfinder进行人员疏散模拟，得出总体人员的疏散时间和各个时间点上的人员疏散情况。结合各个点的疏散和火灾蔓延的情况，真实地展现火灾现场的环境来评估该宿舍楼是否符合安全的标准。

1）2）2.1FDS工况设置

按照图纸的设计要求，设置全尺寸的模型。设置总体框架为40m×16m×6m，网格的大小为0.5m×0.5m×0.5m，火源设置在楼梯正对着的寝室内，火源功率为3000kW/s，火源类型为快速t2火，在一层门位置处设置宽1m高2m的四个门均为开启状态作为边界条件。所有的墙体和楼梯均为水泥，可燃物为泡沫。

2.2Pathfinder设置

1）工况设置

按照图纸的要求设置每个房间的门的位置和整栋楼四处出口的大小和位置，每个宿舍的房门为1m，整栋楼的出口门的宽度为2m。

2）人员参数设置

本次研究是以高效宿舍楼为模板，因此设置人员的疏散速度为1.5m/s，其余均按照软件默认的数值进行设定。

3）人员数量与位置

每个宿舍楼分配6人，每层厕所均有2人，消防控制室有3人，门卫室有2人，其余的人都在寝室的走廊上，一共有190人。所有人都随机分布在各自的房间区域内。

4火灾烟气分析

在该条件下，在该建筑内烟气的发展如图2所示，根据模拟情况中可知，当开始10s，可燃物被点燃开始有烟气冒出，在30s烟气充满整个寝室，开始向走廊蔓延，t=50s时，烟气开始向楼道蔓延，60s时，楼梯间的烟气开始堆积，但未在二楼形成明显的烟气层。二层的温度均为20°，火灾刚开始烟气温度并不是很高，且烟气刚蔓延至宿舍楼二楼，疏散人员可进行安全的疏散。

5疏散安全分析

本次疏散所有人的时间为60s，根据模拟的情况如图3所示，可知10s时一楼人员向安全出口按照次序基本上疏散过半，30s时一楼人群已经疏散完全，二楼的人基本上在楼道中，50s时，所有人基本上疏散完全，只有少部分还处在楼道中。

6结论

通过火灾数值模拟和人员疏散模拟可以进一步还原火灾最真实的场景，从模拟的结果来看，在50s时，烟气开始在楼梯间内扩散，但是人员已经在楼梯间的下半段基本上已经疏散完全，60s时渐渐形成烟气层，但是此时人员已经疏散完全，因此烟气未能明显阻碍人员疏散。从过程来看，当t=30s时，烟气还未从寝室中蔓延出来，此时疏散人群已经集中在楼道中，并且有大部分人已经从宿舍楼中疏散出去。随着时间的推移，人员始终可以在烟气未到达时进行合理有序的疏散，因此综上所述该楼发生情况最危险的火情时也可保证所有人群安全的疏散。

参考文献

[1]王炜罡，文虎，贾勇锋. 基于FDS的高层居民楼火灾模拟[J]. 西安科技大学学报，2020，40（02）：314-320.

[2]刘富贵. 浅析FDS火灾模拟在高层办公建筑的应用[J]. 水电站设计，2020，36（01）：11-13+25.

[3]陈咪，湛莲香. 基于FDS和Pathfinder高校宿舍楼安全疏散仿真研究[J]. 数字通信世界，2021，（06）：10-11+16.

[4]戎传亮，雷文君，齐新叶. 疏散通道温度变化与人员流动关系的实验研究——以高校教学楼为例[J]. 山东建筑大学学报，2021，36（03）：52-59.