城市综合体火灾中人员疏散路径的动态风险评估模型

引言：城市综合体作为多功能的大型建筑，人员密集、结构复杂。一旦发生火灾，人员疏散困难，易造成重大伤亡和财产损失。传统的人员疏散路径评估多为静态，难以适应火灾发展的动态变化。因此，构建城市综合体火灾中人员疏散路径的动态风险评估模型，对于保障人员生命安全、提高应急响应能力具有重要的现实意义。

1. 城市综合体火灾特点及人员疏散问题分析

1.1 城市综合体建筑结构与功能特点

城市综合体作为集商业、办公、居住、餐饮等多业态于一体的建筑集群，其建筑结构与功能呈现出显著的复杂性和综合性，这一特征在国内北京国贸、上海陆家嘴等核心商圈的综合体中尤为典型。从结构层面来看，为满足多业态空间需求，综合体普遍采用大跨度中庭、连廊、地下多层车库等设计，内部承重墙占比低，多依赖钢结构与玻璃幕墙支撑，这种结构虽提升了空间利用率，但也为火灾蔓延提供了有利条件 —— 中庭形成的 “烟囱效应” 可使火焰在短时间内垂直蔓延数层，连廊则成为水平方向的火灾传播通道。

1.2 火灾发生时人员疏散面临的挑战

火灾发生后，城市综合体人员疏散面临多重交织的挑战，这些挑战直接影响疏散效率与人员安全。浓烟与高温是首要威胁，由于综合体空间封闭性强，火灾产生的有毒烟气（如一氧化碳、氰化物）难以快速扩散，在中庭及走廊等区域形成高浓度积聚，能见度可迅速降至 1 米以下，而高温烟气会导致人员皮肤灼伤、呼吸道损伤，甚至引发空间内可燃物轰燃，大幅缩短可用疏散时间。国内相关火灾案例显示，多数伤亡事故与烟气中毒、高温灼伤直接相关。人员行为的不确定性加剧了疏散难度，综合体人员构成复杂，包含老人、儿童、外来游客等，不同人群的疏散能力与应急反应存在显著差异老人与儿童行动迟缓，游客对空间不熟悉易出现恐慌性奔跑、盲目跟随等行为，而部分人员因贪恋财物返回火场，进一步延误疏散时机。

2. 动态风险评估模型构建基础

2.1 影响人员疏散路径风险的因素

影响城市综合体人员疏散路径风险的因素具有多维性与动态关联性，这些因素随火灾发展阶段与人员疏散进程持续变化。火灾物理参数是核心影响因素，包括烟气浓度、温度、能见度及火焰蔓延速度，这些参数直接决定路径的通行可行性 —— 当路径上某段区域烟气浓度超过 500ppm （一氧化碳）、温度高于 60℃或能见度低于 0.5 米时，该路径基本丧失通行安全，而火焰蔓延速度决定了路径安全状态的存续时间。路径自身的空间属性影响显著，路径宽度、长度、转弯数量及是否存在障碍物直接关系通行能力，如宽度不足 1.2 米的走廊在人员密集时易形成拥堵，多转弯路径会增加疏散时间与人员迷失概率，而临时堆放的货物、倒地的家具等障碍物会进一步缩减有效通行宽度。

2.2 相关理论和方法综述

动态风险评估模型的构建依托于多学科理论与方法的交叉融合，这些理论与方法为模型提供了核心支撑。火灾动力学理论是模拟火灾发展过程的基础，其中 CFD（计算流体动力学）方法可精准模拟综合体内部烟气扩散、温度场分布及火焰蔓延规律，国内学者基于 FDS（火灾动力学模拟器）等软件，已实现对不同火源位置、通风条件下火灾物理参数的动态预测，为路径风险评估提供实时物理环境数据。人员疏散动力学理论聚焦于人员移动规律，社会力模型通过量化人员之间的排斥力、吸引力及环境约束力，可模拟个体在疏散过程中的运动轨迹，而元胞自动机模型则将综合体空间划分为网格元胞，通过定义元胞状态转换规则，实现大规模人员疏散的动态仿真，这两种方法在国内

大型综合体疏散模拟中已得到广泛应用。

3. 动态风险评估模型的建立

3.1 模型架构设计

动态风险评估模型采用 “数据层 - 仿真层 - 评估层 - 应用层” 的四层架构，各层之间通过数据接口实现实时交互，确保模型的动态性与实用性。数据层作为模型的基础支撑，负责多源数据的采集、预处理与存储，数据来源包括静态数据与动态数据 —— 静态数据涵盖综合体建筑 CAD 图纸生成的空间拓扑结构（如路径长度、宽度、转弯点坐标）、消防设施布局参数（如排烟口位置、灭火器数量）及建筑材料燃烧特性；动态数据则通过物联网传感网络实时获取，包括烟气浓度、温度、能见度等火灾物理参数，人员密度、位置及移动速度等人员流动数据，以及应急设施运行状态数据（如指示灯亮灭、防火卷帘启闭）。数据预处理模块通过异常值剔除、数据归一化等操作，将异构数据转换为统一格式，存储于时空数据库中，为后续仿真与评估提供标准化数据。仿真层是模型的核心运算单元，包含火灾发展模拟子模块与人员疏散模拟子模块，火灾发展模拟子模块基于 FDS 软件，输入数据层提供的静态参数与初始火源信息，动态输出不同时间步长下各空间节点的火灾物理参数；

3.2 火灾发展动态模拟

火灾发展动态模拟以火灾动力学理论为核心，结合城市综合体的结构特点与国内消防规范要求，实现对火灾全过程物理参数的精准预测。模拟的初始参数设置需充分结合综合体实际情况，火源参数根据常见火灾类型确定，如商场店铺电气火灾的火源功率初始值设定为 500kW，餐饮厨房油锅火灾初始温度设定为 300^∘C ，同时输入火源位置的空间坐标、周围可燃物分布（如纺织品货架、木质装饰）及燃烧热释放速率曲线。边界条件依据建筑设计参数确定，包括围护结构的耐火极限（如钢结构耐火极限需满足 1.5小时）、通风系统参数（如排烟量 200000m³/h ）及门窗开启状态，这些参数可通过调取数据层的静态建筑数据获取。模拟过程采用 FDS 软件进行数值计算，基于Navier-Stokes 方程求解火灾过程中的流体流动与传热传质问题，将综合体空间离散为三维网格（网格尺寸设定为 0.5m×0.5m×0.5m ，确保模拟精度），时间步长设置为 0.1 秒，以捕捉火灾发展的瞬时变化。

3.3 人员分布与移动建模

人员分布与移动建模需精准刻画城市综合体内部人员的空间分布特征与疏散过程中的运动规律，为路径风险评估提供人员行为数据支撑。人员初始分布建模基于时空异质性原则，结合综合体各区域的功能属性与时段特征确定 —— 商业楼层根据店铺类型（如服装区、餐饮区）的吸引力系数与面积占比，采用泊松分布模型生成人员位置，其中餐饮区在就餐高峰时段（12:00-13:30）人员密度设定为 2.5 人 /m² ，服装区非高峰时段密度设定为 0.8 人 /㎡；

结束语：本研究构建的城市综合体火灾中人员疏散路径的动态风险评估模型，能够实时反映火灾发展和人员疏散过程中的风险变化。通过案例验证，模型具有较高的准确性和实用性。未来可进一步完善模型，结合更多实际数据和先进技术，为城市综合体的消防安全管理提供更有力的支持，最大程度保障人员生命安全。

参考文献

[1]马川蓉,刘哲民.新时期消防监督管理工作现状及其质量提升策略研究[J].科技创新导报,2019,16(34):187,189.

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