高层建筑火灾安全疏散策略及仿真模拟分析

一、引言

近年来，随着城市土地资源的日益紧张和建筑技术的不断进步，高层建筑在城市建设中占据了越来越重要的地位。然而，高层建筑火灾事故频发，给人民生命财产带来了巨大损失。例如，2017 年英国伦敦格伦费尔塔火灾，造成了 72 人死亡，多人受伤。高层建筑火灾具有火势蔓延速度快、人员疏散困难、扑救难度大等特点。在火灾发生时，安全疏散是保障人员生命安全的关键环节。因此，研究高层建筑火灾安全疏散策略并进行仿真模拟分析具有重要的现实意义。

二、高层建筑火灾特点

（一）火势蔓延迅速

高层建筑内部存在大量竖向井道，如楼梯间、电梯井、管道井等，这些井道形成 “烟囱效应”，加速火势和烟气的蔓延。据研究，在火灾初期，烟气竖向蔓延速度可达 3-4m/s ，短时间内就能蔓延至多个楼层。同时，高层建筑内装修材料和家具等多为可燃材料，一旦起火，火势极易扩大。

（二）人员疏散困难

高层建筑层数多、人员集中，疏散距离长。在火灾发生时，人员需要通过楼梯等有限的疏散通道进行疏散，容易造成拥堵。而且，建筑内人员构成复杂，包括老人、儿童、残疾人等行动不便者，增加了疏散的难度。此外，火灾时产生的浓烟和高温会影响人员视线，使人产生恐慌心理，进一步阻碍疏散。

（三）扑救难度大

高层建筑高度高，常规消防车辆的射水和举高能力往往难以达到着火区域。同时，消防人员携带装备登高作战，体力消耗大，到达作业现场困难。高层建筑消防用水量巨大，外部输水困难，且部分建筑内部固定消防设施存在故障或配置不足，无法满足火灾扑救需求。

三、高层建筑火灾安全疏散策略

（一）合理规划疏散路线

1. 确定主要疏散路线：根据建筑功能布局和人员分布情况，确定主要疏散路线，应尽量短捷、通畅，避免曲折和死角。例如，在办公大楼中，应将靠近楼梯间的通道作为主要疏散路线。

2. 设置备用疏散路线：为防止主要疏散路线被烟火封堵，需设置备用疏散路线，且备用路线应与主要路线相互独立。如在高层建筑中设置环形疏散通道或另一个独立的楼梯间作为备用疏散路径。

3. 确保疏散路线标识清晰：在疏散路线上设置明显的疏散指示标志和应急照明，确保人员在浓烟中也能看清疏散方向。疏散指示标志应符合相关标准，间距不应超过 20m ，在转角处不应超过 1m_⨀ 。

（二）设置完善的疏散设施

1. 楼梯间的设计与维护：楼梯间是高层建筑最主要的疏散设施，应采用防烟楼梯间或封闭楼梯间，确保楼梯间的防火防烟性能。定期对楼梯间的防火门、疏散照明等设施进行检查和维护，保证其正常运行。

2. 避难层（间）的设置：对于超高层建筑，应设置避难层（间）。避难层（间）应具备良好的防火、防烟性能，配备必要的消防设施和生活保障设施，如消火栓、自动喷水灭火系统、应急照明、食品和饮用水等。避难层（间）的净面积应能满足设计避难人数的要求，按 5 人 / ㎡计算。

3. 疏散通道的宽度与畅通：疏散通道的宽度应根据建筑内的人员数量和疏散时间要求进行设计，一般不应小于 1.1m_⨀ 。严禁在疏散通道内堆放杂物或设置障碍物，确保疏散通道畅通无阻。

（三）加强人员培训与演练

1. 开展消防安全教育：对高层建筑内的居民、工作人员等进行定期的消防安全教育，使其了解火灾的危害、预防措施以及疏散逃生方法。例如，通过举办消防安全讲座、发放宣传资料、播放消防安全视频等方式进行教育。

2. 组织疏散演练：定期组织疏散演练，让人员熟悉疏散路线和疏散程序，提高在火灾发生时的应急反应能力和自救互救能力。演练应模拟不同的火灾场景，包括白天和夜间、不同楼层起火等情况，确保人员能够在各种情况下顺利疏散。演练结束后，应对演练效果进行评估和总结，针对存在的问题及时进行改进。

四、高层建筑火灾安全疏散仿真模拟分析

（一）仿真模拟软件介绍

目前，常用的高层建筑火灾安全疏散仿真模拟软件有 Pathfinder、Simulex、STEPS 等。本文选用 Pathfinder 软件进行仿真模拟。Pathfinder 软

件具有界面友好、易于上手的特点，它可以根据建筑平面图构建三维模型，设置人员参数、火灾场景参数等，通过模拟人员在火灾中的疏散行为，得出疏散时间、人员密度分布等结果。

（二）仿真模拟场景设置

以某 30 层的高层建筑为例，该建筑为办公建筑，每层建筑面积为1500 ㎡，人员密度为 0.1 人 / ㎡。设置以下三种火灾场景：

1. 场景一：火灾发生在第 10 层的一个办公室，火源功率为 1MW，火势蔓延速度为 0.1m²/s_o 2. 场景二：火灾发生在第 20 层的电梯前室，火源功率为 1.5MW，火势蔓延速度为 0.15m²/s 3. 场景三：火灾发生在第 25 层的走廊，火源功率为 2MW，火势蔓延速度为 0.2m²/s_⨀ 。

（三）疏散时间分析

通过 Pathfinder 软件模拟，得到不同场景下的疏散时间。场景一的疏散时间为 8 分钟，场景二的疏散时间为 10 分钟，场景三的疏散时间为 12分钟。随着火灾楼层的升高和火势的增大，疏散时间逐渐延长。这是因为火灾楼层越高，人员需要疏散的距离越远，且火势越大，对人员疏散的阻碍也越大。

五、基于仿真模拟结果的疏散策略优化

（一）调整疏散路线

根据仿真模拟中发现的人员拥堵情况，对疏散路线进行调整。在楼梯间入口处和疏散通道交汇处设置引导标识，引导人员合理分流，避免拥堵。例如，在场景三中，将部分人员引导至备用疏散路线，可有效缓解主要疏散路线的压力，缩短疏散时间。

（二）增加疏散设施

对于人员密度较大的区域，增加疏散设施。如在一些楼层的疏散通道中增设应急出口，或在楼梯间增设一部疏散楼梯，以提高疏散能力。通过仿真模拟验证，增加疏散设施后，疏散时间明显缩短，人员疏散更加顺畅。

（三）优化人员培训与演练内容

根据仿真模拟结果，优化人员培训与演练内容。在培训中，重点强调在火灾发生时如何应对人员拥堵情况，以及如何正确选择疏散路线。在演练中，设置更多复杂的场景，模拟不同程度的人员拥堵，让人员在实践中掌握应对方法，提高疏散效率。

六、结论

高层建筑火灾安全疏散是一个复杂的系统工程，涉及建筑设计、设施配备、人员管理等多个方面。通过合理规划疏散路线、设置完善的疏散设施以及加强人员培训与演练等策略，可以提高高层建筑火灾安全疏散水平。利用仿真模拟技术，能够对疏散过程进行量化分析，发现疏散策略中存在的问题，并据此进行优化。在未来的高层建筑建设和管理中，应充分重视火灾安全疏散问题，不断完善疏散策略，加强仿真模拟技术的应用，以保障人员生命财产安全。同时，相关部门应进一步加强对高层建筑消防安全的监管，确保各项消防安全措施落实到位。

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