某歷史文化街區人員火災安全疏散時間計算及研究

王振鑫 王珺

摘 要：歷史文化街區內建筑建設年代久遠，建設時采用木質等可燃材料多，耐火等級不高；建設年代無規劃，且隨著時間的推移，防火間距不足、經營用途復雜多樣、火災荷載大、致災因素多、消防設施匱乏的問題日益突出，一旦發生火災，將嚴重影響人員安全疏散和火災撲救。根據多年成熟研究成果，發生火災后，現場人員能否快速有效的疏散逃生是減少火災人員傷亡的關鍵因素。結合歷史文化街區的實際開發、保護，針對不同現狀，采用疏散模擬軟件分析計算，并考慮最不利情況下的報警和反應時間，得出從不同防火區域、單元安全疏散的時間，以及從整個街區安全疏散的時間。并增加一系列有針對性地疏散引導設施或措施，縮短人員的疏散時間，為歷史文化街區的開發提供技術支持。

關鍵詞：歷史文化街區；安全疏散；疏散時間；數值模擬；建議對策

中圖分類號：TU998.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）02-0125-04

0 引言

文物是人類社會歷史發展的沉淀，是人類寶貴的文化遺產[1，2]。為實現對歷史文化街區內文物建筑價值的延續和提升，既要兼顧文物建筑的修繕保護，又要引入更具活力的產業業態，促進文商旅融合發展[3]。但歷史文化街區內建筑消防設施欠缺，使用風險隱患十分突出。在保護街區原貌的前提下，通過改造提升使街區具備基本消防安全，確保一旦發生火災，街區內人員在短時間內能夠成功逃生，是當前迫切需要解決的問題[4]。本研究針對歷史文化街區現狀模擬分析人員緊急狀態下疏散情況，并根據模擬分析結果提出建議，以提升緊急狀態下人員的疏散能力。

1 工程概況

某歷史文化街區始建于明洪武三十一年（1398），于明建文二年（1401年）投入使用，后歷經明、清兩代擴充建設，為北部沿海最重要的海防守御門戶之一[5]。該街區整體為省級文物保護單位，距今600余年，總建筑面積為5.4萬m2。整個街區有文物建筑本體院落34處，歷史建筑院落40處，一般歷史院落132處，布置情況如圖1所示。本次研究針對該歷史文化街區內呈十字形交叉的兩條大街，如圖2所示。此區域總占地面積約2.25萬m2，總計64棟建筑物，總建筑面積約1.0374萬m2，每棟建筑面積為38～580m2，層數大都為一層。該研究區域內建筑結構形式為傳統單層磚木結構，建筑墻體采用火燒磚砌筑，采用不外露木結構做為支撐柱，采用裸露木結構做為屋頂承重構架，屋頂木承重構架上鋪設蘆葦、高粱桿等，再以麥秸泥壓頂后鋪瓦。依據《建筑設計防火規范》[6]，本街區內建筑為四級耐火等級建筑物。

結合該研究區域建筑分布特點，將該研究區域劃分為4個獨立的防火控制區，如圖3所示。每個防火控制區之間街巷寬度均不小于 4 m。每個防火控制區又劃分成多個獨立的防火組團，各防火組團內建筑物的占地面積總和不超過3 000 m2。結合該研究區域特點，事前獲取文物保護部門批準，將該區域劃分成9個防火組團，如圖4所示。每個防火控制區之間、組團之間等不同使用功能的場所進行防火分隔，組團間及組團內改造的歷史建筑加強措施。

由于該研究街區內存在數量眾多的文物建筑，所以參照《文物建筑防火設計導則（試行）》，街區內設置室外消火栓，室外消火栓的間距不大于60 m，保護半徑不超過80 m。同時沿街布置消防軟管卷盤，相鄰消防軟管卷盤的間距不大于50 m。每棟文物建筑內設置局部應用噴水滅火系統，設計火災危險等級為中危險I級。街區內消防用水取自市政給水管網，市政給水壓力不小于0.45 MPa，管徑不小于300 mm。街區內設置消防控制室，按規范要求設置應急照明、疏散指示標志系統、火災自動報警系統。內部裝修使用難燃或不燃材料。

2 研究內容

本研究從該歷史文化街區現狀出發，參照國家相關標準及國內外成熟研究方法，對街區內的人員疏散行為及時間進行分析研究。通過采用PathFinder軟件模擬分析，同時考慮不同場景的最不利因素，從而得出從不同防火組團安全疏散所需的時間和整個街區所有人員安全疏散所需的時間，并采取有針對性的疏散引導方案，提升人員疏散效率，減少最不利情況下人員疏散所需時間，提升歷史文化街區的本質消防安全。

3 研究方案

3.1 分析方法

采用美國ThunderHead Engineering公司研發的人員緊急疏散逃生評估系統PathFinder 2022，模擬分析該歷史文化街區內人員整體疏散的情況，計算出人員從各防火組團緊急疏散至安全區域的時間和路徑，計算結果為分析和改善各防火組團內人員安全疏散的能力提供依據和改進措施，優化提升街區內人員的整體安全疏散能力，確保在發生火災或緊急情況下，人員能從街區內成功疏散至街區外的安全區域。

3.2 參數設置

3.2.1人數確定

本研究根據該歷史文化街區現狀及各防火組團內建筑的使用功能，結合國家現行標準規范的相關規定，按照最不利原則，確定各區域需要疏散的總人數，確保模擬分析切合實際又留有余量。

依據《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）計算商業建筑疏散人數：商店營業區疏散人數＝各營業廳建筑面積×疏散人員密度。住宅部分疏散人數主要依據設計單位和業主單位提供資料同時結合項目實際情況確定。

綜上所述，依據現行國家相關標準及借鑒同類成熟經驗，根據該歷史文化街區現狀及各防火組團內建筑的使用功能，按照最不利原則，選擇最大的人員荷載，確定疏散人數，計算其極限情況下的容納人數，確保疏散人數的統計具有一定的安全余量。疏散人員數量統計詳見表1。

3.2.2 人員疏散速度

參照美國消防工程師協會《消防工程手冊》中關于疏散的相關參數，確定人員的疏散速度。當人員密度在 0.54～3.8 人/m2之間時，人員疏散速度為 k（1－0.266D），其中，D為人員密度，人/m2；k為常數，當位于走道、安全出口、坡道等平緩疏散路徑時k=1.4，當位于樓梯類疏散路徑時，根據樓梯梯蹬高度和寬度不同，k從取值范圍1.00～1.23取值。

3.2.3安全出口的計算寬度

沿用傳統經驗做法，參照美國消防工程師協會的《消防工程手冊》提出的通道寬度計算折減方法，得到各防火組團內不同使用功能場所安全出口的有效疏散寬度，作為建立三維疏散模型的初始邊界條件。

3.3 必需疏散時間

人員疏散所需時間綜合考慮報警時間、響應時間和疏散行走時間3個部分?？紤]疏散過程的不利因素影響，有必要對行走時間進行適度安全補償，本研究的人員疏散安全系數按1.5考慮，即人員疏散的必需疏散時間 TRSET＝報警時間TA＋響應時間TR＋1.5×軟件模擬計算所得的時間TM。街區的各種工況下，各模擬分析區域內均設置有自動噴水滅火系統、火災自動報警系統，房間建筑面積不大，人員能夠在較短時間感知火災的發生，報警系統提示的重要性不明顯，故本次研究報警時間取60 s。

人員在不同場所對火災反應的時間不同，隨著場所內報警系統的靈敏度的升高，人員響應火災，做出反應所需的時間縮短。按照慣例參照美國消防安全工程常用的各種用途建筑物在不同火災報警系統下的人員響應時間，該街區內功能主要為商業營業廳，少量住宅，街區內設有廣播類簡易火災報警系統?？紤]街區內目標疏散人群可能對建筑內的報警系統和疏散設施不熟悉，本研究將人員疏散的響應時間確定為 120 s。

3.4 模擬計算分析

本研究采用美國PathFinder模擬計算軟件進行模擬疏散和計算分析，根據各項參數建立三維網絡模型，高效仿真模擬人員在緊急狀況下的疏散路徑和疏散行為，分析計算疏散時間，為實際工程的安全改善和提升提供依據和指導。該工程軟件的高還原度和可信度，被廣泛接受用于各類復雜、疑難、特殊建設工程的疏散模擬計算。結合以上分析和各參數指標的確立，建立出該歷史文化街區整體疏散的三維模型，如圖5所示。

將各疏散場景條件帶入建立的疏散模型中，得到不同場景下各組團及整個街區的必需疏散時間。街區內人員的疏散過程如圖6所示。

3.5 小結

通過采用疏散模擬分析軟件對該歷史文化街區內各防火組團內人員疏散過程的模擬和計算分析，計算得到人員從不同防火組團疏散到安全區域的時間，進而得到該街區整體安全疏散時間。結果匯總見表2。

4 結語

通過此次研究對該歷史文化街區內人員的疏散模擬計算和分析，人員從整個街區安全疏散的必需疏散時間約為 5.4 min。為進一步縮短人員疏散時間，提升整個街區消防安全水平，提出以下3點建議和改善措施。

第一，在街區內設置消防應急廣播系統，在緊急情況下通報火情，指揮人員安全疏散，縮短人員疏散相應時間。

第二，街區各巷道內進一步增設一定數量的疏散指示標志或疏散引導設施，引導游客迅速疏散，快速逃離火場。

第三，街區內各巷道增設應急照明設施，提升夜間疏散效率，縮短夜間整體街區的人員疏散時間。

參考文獻

[1] 黃亞嵐.鳳凰古城火災危險性及預防措施探析[J].武警學院學報，2013，29（2）：59-61.

[2] 吳佳樂.淺析老城區消防安全問題及對策[J].武警學院學報，2013，29（8）：65-66.

[3] 王翠.淺談歷史街區火災原因及策略[J].智能建筑與智慧城市，2021（1）：103-104.

[4] 宋曉勇.歷史文化街區保護整治工程的防火技術問題[J].消防科學與技術，2017，36（4）：474-476.

[5] 李桓.關于煙臺市所城里的保護性規劃的基礎研究[J].建筑學報，2016（S1）：71-76.

[6] GB50016-2014.建筑設計防火規范[S].