电影院观众厅地面坡度对人员疏散的数值模拟分析

张　慧

（内蒙古自治区呼和浩特市消防支队，内蒙古　呼和浩特）

摘要：电影院观众厅内的地面通常设置为坡地面，所以和常规的人员密集场所的疏散条件并不完全相同。本文针对观众厅内的坡度设置的不同和火源位置的不同，通过FDS建立电影院观众厅模型，针对坡度和火源位置建立不同的火灾场景，并对火灾场景进行模拟，通过模拟得出的数据分析不同坡度和火源位置对烟气和温度的影响，进而总结对电影院人员安全疏散的影响因素。

关键词：电影院；人员疏散；数值模拟；坡度

1　研究背景

随着国民文化生活的日益丰富，走进电影院观看电影便成为文化生活中不可或缺的一部分。随着《文化产业振兴计划》的出台，我国电影院的数量更是呈现出突飞猛进的增长趋势。在电影院大量出现的同时也暴露出诸多的消防安全问题，如电影院火灾的发生。电影院火灾的发生极可能造成重大的群死群伤现象，因此电影院的消防安全问题应该得到极大的关注。

我国电影院的建设应执行《电影院建筑设计规范》（JGJ 58—2008）、《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）、《建筑内部装修设计防火规范》（GB 50222—95）以及《民用建筑设计通则》，但存在一些上述规范中均没有进行明确规定的内容：

（1）《电影院建筑设计规范》（JGJ 58—2008）未对电影院观众厅内安全出口的设置位置进行规定和要求。

（2）《电影院建筑设计规范》（JGJ 58—2008）对观众厅地面坡度的规定并未考虑到人员的安全疏散。

本文的研究手段是通过计算机模拟对数值进行分析，因此，针对电影院观众厅进行实地调研，依据相应规范，建立电影院标准观众厅模型。在模型参数的设置中，主要考虑了模型的尺寸、网格大小、火源功率以及装修材料等内容。

2　确定建立模型的标准                                                                            

2.1　确定电影院观众厅的尺寸                                   

根据《电影院建筑设计规范及条文说明》中的规定，观众厅长度应在30m左右，并不建议超过30m，观众厅内长度和宽度的比例应控制在（1.3∶1）～（1.7∶1）之间。在本文中建立的电影院观众厅模型通过实际调研，确定设置在多层商业建筑中地上一层到三层中的任意一层，确定长度为25m，宽度为16m，符合《电影院建筑设计规范及条文说明》中的建设要求。

2.2　模型设置

以某电影院观众厅建立计算模型，长宽高分别为25m×15m×9.8m。设置2个安全出口，经调研，目前多数观众厅的安全出口均相对设置在观众厅前方靠近银幕处，因此本文模型将2个安全出口位置均设置在电影院观众厅前方。其尺寸为1.8m×3m。分别在电影院的两侧设置了疏散走道，宽度为1.4m。计算网格mesh尺寸为25m×17m×9.8m，按照0.2m×0.19m×0.2m进行划分，共计630000个，见图1。

在模型的疏散走道、安全出口、电影院前方、后方等部位设置了温度探测点，位置如图中所示，用来分析火灾发生情况下电影院内疏散走道、安全出口及前方、后方等位置的温度与时间的变化。本文还在模型2m高处和顶棚处设置了slice装置，通过smokeview的能见度输出结果判断该高度的温度变化和烟气的沉降速度。

2.3　电影院模型坡度的设置

电影院观众厅内地面通常设置为坡地面，这是为了提供更好的声画质量和视听效果，保证视像无遮挡。根据《电影院建筑设计规范及条文说明》中的规定，电影院观众厅内地面坡度一般为（1∶10）～（1∶8）。为了分析不同的坡度对电影院观众厅火灾时的烟气是否有直接的影响，本文在建立模型时，分别设置坡度为1∶10、1∶9、1∶8三种工况，另外选取无坡度的工况作为和其他三种工况对比的模型。见图2～图5。

2.4　火灾模拟中火灾场景设置

火灾场景为火源位置设置在模型前方，并在模型前段、中间、后方设置温度探测点。

2.5　火源的热释放率

参考《上海市工程建设规范—建筑防排烟技术规程》（DGJ 08-88—2006）中对火灾场景的热释放速率的设定，将该模型的火源单位面积的热释放速率设置为2500kW/m2。

2.6　模拟时间设置

模型的火灾模拟时间设定为900s，即模拟0～900s内火灾发展情况及输出相应的火灾参数。

3　四种工况在燃烧下的对比分析

3.1　燃烧发展趋势对比

图6分别是工况一在100s和900s时的燃烧情况图，通过两图可以发现，两个时刻的燃烧情况基本没有发生改变。图7为工况一燃烧的热释放速率曲线，说明工况一的热释放速率在每个时刻都大致相同，并且同图6中对工况一燃烧现象的描述相一致。因此，可以认为工况一在场景一条件下的燃烧发展稳定，模拟过程呈稳态燃烧的状态。

工况二中热释放速率出现了急速上升的情况，由工况二的燃烧情况图以及热释放速率图分析可知，工况二出现了火势的蔓延，时间大概由475s开始，从smokeview测试的顶棚温度显示可知，大概在498s时已出现超过600℃的区域（smokeview中黑色区域对应的温度是600℃），之后观众厅进入了全面燃烧的状态。见图8～图10。

在同一场景条件下，工况三和工况一的燃烧情况相似，都是基本处于稳态燃烧状态，热释放速率基本保持在初始的设置状态。通过工况三的燃烧情况图可知，工况三中的燃烧范围没有扩大，仍限于初始着火的范围，点火源并没有将周围的座椅、地毯等可燃物引燃，产生火灾蔓延，形成大面积的火灾。见图11、图12。

由工况四的燃烧图和热释放速率图综合分析可知，工况四和工况二一样，热释放速率急速上升，火源将周围的可燃物引燃，火势蔓延，造成观众厅内大面积燃烧。图12为工况四在场景一条件下124s时顶棚温度情况，黑色区域为600℃，说明该时刻的顶棚温度局部达到600℃以上。判定室内火灾产生轰燃的判据之一就是顶棚温度达到600℃以上，因此，由火势图、热释放速率和顶棚温度可以判定，工况四在场景一条件下出现火势蔓延的情况。从工况二和工况四热释放速率图以及开始出现大面积燃烧的时间对比分析可知，工况四比工况二的燃烧更加猛烈，也更加危险。见图13～图15。

由四种工况在同一种场景下的火灾发展趋势的对比分析可知：四种工况的模型中只有坡度设置不同，但火灾发展的趋势却是不尽相同，没有坡度的工况一火灾发展相对稳定，而随着坡度的增加，火势发展越来越猛烈，工况四火势发展最快，其次是工况二。工况三并没有出现和工况二、四的燃烧情况，本文分析可能存在以下两个原因：一是也许在工况三情况下的坡度设置比较不利于燃烧的扩散和蔓延，恰好不会引起火势的蔓延，从而证明工况三的坡度较利于人员的安全疏散，但是由于模拟实验数据只有四组，样本体量太小并不能得出明确的推断和结论，因此如果想要证明该假设成立，还需要其他更多的实验数据来证明；二是由于这些数据都源于FDS的模拟和计算，也许是由于软件对计算条件的改变较为敏感，或者是由于坡度的改变导致计算网格划分精度的改变影响到模拟的结果，因此只有通过大量模拟计算才能得出正确的结论。但是通过四种工况在同一种场景即场景一下的火灾模拟可知，不同的坡度的火灾发展趋势是不同的。

3.2　火场温度对比情况

人员的生命体征会因为火场的烟气和高温受到威胁，从而影响人员的安全疏散甚至生命安全。根据相关的研究可知，人体皮肤和器官对热的承受极限阈值，如表1所示。

根据表1的数值，本文采用烟气层温度为60℃这一阈值来分析讨论四种工况的安全程度。烟气层的高度也会对人员产生影响，本文选择人眼特征高度2m作为研究高度，即在2m高处设置slice和热电偶装置对在模型中的2m高处的温度进行监测。其中热电偶设置在2个安全出口处和2部疏散走道上的相同高度。从smokeview输出的显示图中，将60℃标记为黑色，图中的黑色区域表示该时刻高度2m的烟气层温度为60℃。

图16中四幅图片是四种工况在场景一条件下2m高处的温度分布情况，黑色区域表示温度已达到60℃。工况四2m高处达到60℃时的时间最快，仅为90s，其次是工况二和工况三。由此可以推断，在同一场景的模拟条件下，工况四的温度变化速度最快，达到人体热的极限阈值所需要的时间最短，最不利于人员的安全疏散。从四种工况火场温度变化及时间先后顺序可知，在同一种场景条件下，坡度的不同，火灾发生时烟气层的温度变化也是不同的。从工况一到工况四，温度上升得越来越快，供人员疏散用的有效时间越来越短。

3.3　

火场中，除了火场温度对人员造成的伤害之外，另外一个最主要的因素就是烟气。火场中的烟气多以固态颗粒或液态颗粒的形式悬浮在空气之中，它们对光具有遮挡和消减的作用，从而使火场中的能见度大大降低，人员无法实现安全疏散，进一步导致火场内人员的中毒和窒息。对于电影院观众厅来说，并没有自然采光的措施，观众厅内一旦发生火灾，也只能通过影院的照明设施来为人员疏散提供光照条件，但是根据影剧院建筑照明的照度标准值中对观众厅的要求，影片播放完毕时观众厅内灯光的照度为50lx，而供人员正常活动的灯光照度一般为75～100lx，这说明，电影院观众厅内的照度远不如自然光线，人员疏散相对较为困难。因此，研究电影院观众厅内的能见度是非常必要的。表2为不同场景下人员安全疏散的能见度极限值统计表。

根据表2中的描述，在非常小的房间里，人员能够安全疏散的能见度阈值是2m，对于其他的房间，火场中人员安全疏散的能见度阈值为10m。电影院的观众厅不属于非常小的房间，因此在本文的研究过程中，选择能见度10m作为电影院火灾下人员安全疏散的能见度阈值。

对于能见度的研究，选择人眼特征高度为2m，因此在建立模型时，在2m高处设置可以探测能见度的slice装置，在计算输出模型smokeview中观察2m高处能见度的变化，图中的黑色区域对应的是能见度阈值10m，即出现黑色的区域的时刻能见度低于10m，该时刻火场内的人员已经基本不能够进行疏散。

图17是四种工况在同一场景下能见度的截图，选择的是四种工况能见度下降到10m以下的时间点截图。对比可以看出工况四能见度降到10m以下需要的时间最短，其次是工况三、工况二，最后是工况一。从能见度的角度分析人员安全疏散，在场景一条件下，工况一优于其他三种工况，工况四最差。

火灾中的烟气除了会大大降低火场的能见度，滚滚浓烟还会使身在火场中的人员产生恐慌的心理，导致人员疏散过程中产生慌乱，延长疏散时间。因此，烟气沉降速度也直接影响着人员的疏散。为了对比方便，本文选择安全出口上边缘（3m）作为标准，即以四种工况烟气沉降到安全出口上边缘处的时间为分析标准。

4　结论

本文中，对四种工况在同一火灾场景下进行了火灾模拟计算，同时，分别对燃烧发展规律、火场能见度的变化、火场温度变化以及烟气填充变化等进行了对比和分析。通过分析可知，电影院的观众厅中，坡度不同，观众厅燃烧的发展、烟气浓度变化、能见度以及场温度的变化规律存在着明显的差异。通过对这些参数随时间变化的规律进行分析，发现四种工况的燃烧速率以及能见度、火场温度到达人员疏散的极限阈值的时间是不同的，并且随着坡度的增加，火场内温度上升变快，能见度下降也变快。所以，电影院观众厅的坡度对观众厅内人员的疏散有直接的影响作用，坡度越大，越不利于观众厅内人员的疏散。

参考文献

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