基于pathfinder的化工厂火灾疏散研究

摘 要：本文基于Pathfinder疏散模拟软件，对化工厂火灾疏散进行研究。随着化工产业的发展，火灾风险不断增加，如何有效地进行人员疏散已成为重要课题。本文首先介绍了化工厂火灾的特点和影响因素，然后构建了基于Pathfinder的疏散模型，并通过实际案例进行模拟分析，重点分析他们的疏散时间和逃生距离，以及在逃生过程中可能出现的聚集和拥堵现象。通过对这些数据的深入分析，旨在识别出影响疏散效率的关键因素，并为工厂的安全管理和疏散策略的优化提供科学依据。

关键词：Pathfinder；化工厂；火灾；疏散模拟

中图文分类号：TU899        文献标识码：A

0、引言

火灾是工业生产中最为严峻的安全隐患之一，尤其在化工厂这样的高风险环境中，火灾不仅可能造成巨大的财产损失，更可能对工人的生命安全构成严重威胁。因此，制定科学合理的火灾疏散策略显得尤为重要。近年来，随着计算机模拟技术的快速发展，利用计算机软件进行火灾疏散研究已成为提升疏散效率的重要手段。其中，Pathfinder软件因其在模拟人群行为和疏散过程中的高效性和准确性，逐渐成为火灾安全研究领域的重要工具。

在化工厂中，火灾的发生往往伴随着有毒气体的释放和爆炸的风险，逃生时间的长短直接关系到工人的生存机会。因此，分析和优化疏散过程中的人群行为，评估不同疏散策略的有效性，对减少事故损失具有重要意义。Pathfinder软件以其先进的建模技术和人群动态模拟能力，为研究人员提供了一个理想的实验平台。通过该软件，研究人员可以在虚拟环境中模拟真实的火灾场景，观察工人在疏散过程中的行为表现，从而深入理解影响疏散效率的各种因素。

1、pathfinder疏散模型构建

使用Pathfinder软件进行疏散模拟时，模型构建的主要步骤包括：

（1）现场三维建模

该化工厂为生产棉织物的车间，共两层，其中一层占地面积为3351平方米，二层建筑面积为3146平方米，大楼设置有4部楼梯，4个安全出口。根据实际化工厂的平面图，利用Pathfinder构建三维模型，如图1、2所示。

（2）人员行为模型

定义人员的行为特征，包括反应时间、移动速度和决策行为等。不同类型的人员（如操作工、管理人员、访客等）在火灾中的反应和疏散策略可能有所不同。通过调研化工厂1个月内的正常工作情况，确定工作时间化工厂中人数共249人，均为成年人，根据实际工作情况分布于各个车间和办公室。设定紧急情况下成年男性的运动速度为1.5m/s，成年女性的运动速度为1.28m/s，根成年男性肩宽为451 mm，成年女性肩宽为414 mm。车间楼层底，内部房间多，由于工人对工厂非常熟悉，故设定人员察觉火灾发生的时间为15 s。

（3）火灾情景设置

假设工厂2层左侧上面的房间着火，火源增长系数α为0.011Kw/s2，厂房热释放速率为8MW，经计算得到工厂的火灾发展时间为413s。

2、模拟结果分析

模拟过程如图3所示，经过模拟，得到了不同位置的249名工人从发现火灾到达安全出口的时间和距离，因为工厂配置了火灾自动报警系统，所以每位工人得到逃生指令信息的时间是一致的。

根据模拟结果可知，火灾发生时，249名工人的从不同位置开始疏散，最快疏散时间为20.03s，显示出部分工人在紧急情况下反应迅速，能够有效找到出口。最慢疏散时间为106.93 s，这一时间较长，可能由于个别工人面临路线选择或心理因素的影响，导致其未能及时疏散。平均疏散时间为46.93 s，明显小于火灾的发展时间，这表明在设计的疏散路径和逃生策略上，整体上能够保证工人在火灾发生时及时撤离，减少了潜在的生命安全风险。

根据模拟结果可知，火灾发生时，249名工人疏散至安全出口的逃生距离，其中，最远逃生距离为83.46m，最近逃生距离为6.20m，平均逃生距离为31.14m。这些数据反映了工人们在逃生过程中需要经历的不同距离，显示出工厂内的布局对于逃生效率的重要性。较远的逃生距离可能会导致一些工人在紧急情况下感到恐慌，进而影响其逃生速度。

在模拟过程中观察到，工人在逃生时可能因选择不同的逃生楼梯和出口而出现聚集和拥堵现象。这种拥堵会导致疏散效率下降，可能会对整体的安全造成威胁。

3、建议及措施

3.1 疏散通道优化

化工厂应对疏散通道进行优化设计，确保通道宽敞、畅通无阻，并定期检查和维护。考虑在关键区域增设逃生出口，以分散人流，减少在主要出口处的拥堵现象。确保所有逃生路线直接通向安全出口，减少不必要的绕行，缩短逃生时间。同时，应考虑在工厂内部设置明显且易于理解的疏散指示标志，指引工人快速找到最近的逃生出口。考虑安装电子显示屏，实时提供逃生路线和安全出口的指引信息。

3.2 疏散演练

定期组织疏散演练，提高员工对火灾情况的认识和应对能力。演练应模拟真实火灾情景，确保员工能够在压力下有效疏散，使员工熟悉逃生路线和应急措施，提高在真实火灾情况下的反应能力。提供消防安全和逃生技能的培训，增强员工的自救意识和应对能力。

3.3应急预案完善

建立健全化工厂火灾应急预案，针对不同火灾情景制定相应的疏散策略和应急措施。同时，应加强对员工的培训，提高其应急反应能力。定期审查和更新火灾疏散计划，根据演练结果和真实事件的反馈进行调整。

3.4 引导与疏散措施

在火灾发生时，应设立专人负责现场疏导，引导人员有序疏散，避免因拥挤导致的伤亡。此外，采用可视化技术（如动态指示牌）实时显示疏散路径和安全区域。在火灾发生时安排专门的疏散引导员，引导工人朝向安全出口，帮助减轻拥堵。在高峰疏散期间，利用可移动障碍物或指示物来引导人员有序疏散，避免在特定区域聚集。在关键疏散路径和出口处安装监控摄像头，以监测人流情况，及时发现和处理拥堵问题。确保通风系统能够在火灾时提供良好的空气流通，减少烟雾对逃生的影响。

4、结论

本研究通过应用Pathfinder软件对某化工厂249名工人在火灾情况下的疏散行为进行了深入分析，揭示了工人在紧急情况下的疏散表现以及影响疏散效率的关键因素。研究结果表明，在模拟的火灾场景中，工人的平均疏散时间为46.93秒，且所有工人均能在火灾蔓延之前安全逃离，显示出工厂现有疏散设计在一定程度上是有效的。然而，个别工人所经历的最长疏散时间达106.93秒，提示我们仍需关注不同个体在紧急情况下的差异化表现。

通过对逃生距离的分析，发现最远逃生距离为83.46米，而最近逃生距离为6.20米，平均逃生距离为31.14米。这一结果表明，工厂的布局对逃生时间和安全性起到了重要影响。值得注意的是，研究过程中观察到，工人在疏散时因选择不同的逃生楼梯和出口而出现了聚集和拥堵现象，明显降低了疏散效率。这一发现强调了在火灾应急预案中，引导措施和流量管理的重要性。

总之，本研究为化工厂的火灾疏散安全管理提供了科学依据，突出了火灾应急预案中存在的不足，并提出了可行的改善措施。未来，随着火灾安全技术的不断进步和人群行为研究的深入，进一步的研究应关注更复杂的火灾场景和多种因素的综合影响，以便制定更加科学合理的疏散策略，最终实现工厂的安全生产和员工的生命安全保障。

参考文献：

[1] 战乃岩，尹海燕，姜泽旭，等.基于Pyrosim和Pathfinder大型工厂车间火灾及疏散模拟[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2024，45（03）：110-117.

[2] 曹凯.基于BIM技术的建筑火灾与人员安全疏散模拟[J].砖瓦，2024，（07）：107-110.

[3] 肖军诗，李东杰，王涛，等.基于Pyrosim与Pathfinder的水下干式采油装置火灾烟气模拟与人员逃生研究[J].海洋石油，2024，44（02）：104-108+112.

[4] 董子忱.天津国际邮轮母港应急疏散优化——客运组织场景下Pathfinder软件的仿真模拟[J].中国港口，2024，（03）：33-37.

[5] 黄丽蒂，刘双双，赵朝瑞，等.LPG储罐泄漏多事故场景下社区居民疏散仿真模拟与优化[J].河南科学，2024，42（04）：476-483.

[6] 张兆金，张永旭.基于Pathfinder的某综合楼疏散模拟研究[J].消防界（电子版），2023，9（21）：102-104.

[7] 赵朝瑞.油气储罐泄漏事故灾害下老龄化社区疏散与优化策略研究[D].东北石油大学，2023.

[8]刘剑锋，游波，周超，等.建筑火灾与人员安全疏散模拟[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2022，37（04）：9-17.

注：该文系重庆工贸职业技术学院科研项目（ZR202307）