0.引言
在城市快速发展背景下，土地短缺问题与工业用地利用率低的矛盾愈加突出，所以，人们开始探索新的工业载体空间模式——工业上楼。2021年，国家发改委在《关于推广借鉴深圳经济特区创新举措和经验做法的通知》的第十条中明确提出要推广“工业上楼”模式。让轻型生产、环保型和低能耗类型的高端制造业先一步“上楼”，形成高密度的集约型工业空间。多层工业厂房是当前向高密度推进的重要趋势，而相较于单层厂房，多层工业厂房具有电气设备众多，空间布局复杂等特点，一旦发生火灾，建筑内的设备不仅会造成严重损失，更会威胁到人员的健康与生命安全，对多层工业厂房的防火疏散研究具有重要的现实意义。
本文以三亚某多层工业厂房为例，运用BIM技术建立三维数字化模型，导出IFC格式文件，再导入Pyrosim软件和Pathfinder软件，实现三者的信息耦合，以此建立火灾疏散仿真模型，研究火灾数值模拟及人员疏散内容，分析多层工业厂房存在的安全风险区域，并判断多层工业厂房的火灾疏散安全性能。
1 .数值模型的建立与参数设定
1.1研究对象概况
本文研究对象为三亚市某多层工业厂房，总建筑面积为9454.26㎡，地上5层，建筑高度23.05m，室内外高差0.45m，建筑平面呈L型，建筑结构为钢筋混凝土框架结构，火灾危险性类别为戊类。建筑首层主要功能有展览、食堂、设备间及实验检测间等，2-5层为标准层，其中2-4层主要功能为通用厂房及其检测平台，五层为办公区域。
1.2建立BIM模型
研究对象分为六个防火分区，首层分为两个防火分区，二至五层每层为一个防火分区，每个防火分区均设两部直通室外的疏散楼梯间（图1）。利用Revit 2021软件，按照BIM建模原则构建三维数字化模型如图2所示。
图1 研究对象平面防火分区示意图
图2 研究对象BIM模型
1.3基于Pyrosim的火灾仿真模型
根据研究对象不同楼层的功能设置分工况分别设置火源点进行研究,并根据GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的相关内容进行参数设置。
工况一：因为首层主要功能为展示、食堂等，与标准层功能不同，所以在首层设置火源点。考虑到2#楼梯贯穿整个建筑楼层，疏散面较广，所以拟定首层的火源点设置在疏散最不利的2#楼梯附近的入口大厅处。
该工况总热释放量12MW,，火源面积4㎡，热释放速率为3MW，单位面积热释放速率为3MW/4㎡=750kW/㎡, 加速燃烧时间t2=3MW/0.044=2612s；
工况二：研究对象2-4层主要功能为通用厂房及其检测平台，只选取疏散较为不利的最高层4层设置火源点，因为建筑平面东西向较长，拟定4层的火源点在平面西北角。
该工况总热释放量10MW,火源面积4㎡，单位面积热释放速率为2.5MW，单位面积热释放速率为2.5MW/4㎡=625kW/㎡, 加速燃烧时间t2=2.5MW/0.044=2382s；
工况三：5层办公区域为研究对象最高层，且存在大量纸质资料、电气设备、木质桌椅等易燃用品，疏散较为不利，所以单独设置火源点，且为了使模拟比较有代表性，与4层火源点进行对角方向布置。
该工况总热释放量4.5MW,火源面积3㎡，单位面积热释放速率为1.5MW，单位面积热释放速率为1.5MW/4㎡=375kW/㎡, 加速燃烧时间t2=1.5 MW /0.044=184.62s；
具体设置情况如图3所示。
图3 三个工况火源点分布与参数设置
鉴于三个工况的加速燃烧时间不同，将模拟时间统一定为350s;模型网格尺寸设定成0.5mx0.5mx0.5m,总网格数883 584个；分别将测量能见度、co浓度、温度和烟气层高度的探测设备布置在四、五层疏散楼梯口和首层建筑主要出入口处，共设探测设备36个，切片5个，如图4所示。
图4 研究对象探测设备与切片位置示意图
1.4基于Pathfinder的疏散仿真模型
将revit模型另存为IFC格式，并导入pathfinder可自动生成疏散模型。在此基础上，进行人员参数设置。首层展厅按照人员密度计算，分别设置103人和77人，其余房间按照实际情况确定，首层共设置277人；二至四层为车间，共设置98人；五层为办公，共设置240人。考虑工业建筑性质及工作人员情况，除展厅会有老年人或成年人带领儿童进行参观，其他楼层工作人员偶尔会带孩子到办公室工作，大部分工作人员为成年男性和成年女性。本研究将人员构成分为以下四类：成年男性占45%，成年女性占45%，老人占3%，儿童占7%，具体数值见表1，各类人员的疏散速度与肩宽按照《SFPE消防工程手册》与《中国成年人人体尺寸（GB/T10000-1988）》进行设置。
表1 研究对象内各类人员分布
2.模拟结果分析
目前，多数国家认可的火灾疏散安全评估标准是可用安全疏散时间(Available Safe Egress Time, ASET)与所需安全疏散时间(Required Safe Egress Time, RSET)。根据Pyrosim火灾仿真模拟，可得出三个工况下的可用安全疏散时间，基于Pathfinder的疏散仿真模拟，可知研究对象在三个工况下的所需安全疏散时间。通过二者时间的比较，可对建筑消防疏散安全性能进行评价。
由模拟结果可知：
工况一：Pyrosim模拟显示火灾发生至215s时，首层主入口温度达到疏散临界温度60℃；238s时，首层出口能见度低于5m，co浓度值未发生显著改变，所以工况一的ASET为215s（图5）。通过Pathfinder模拟结果可知，因为首层大厅着火，导致2#楼梯疏散受阻（图6），加重1#楼梯疏散压力，最终模拟结果RSET为396s。
图5 工况一火灾模拟结果
图6 T=100S时模拟疏散情况
工况二：Pyrosim模拟显示火灾发生至216s时，四层楼梯口co浓度达临界值，温度和能见度在模拟时间250s内均为达到临界时，所以工况一的ASET为216s（图7）。通过Pathfinder模拟结果可知，1#和2#楼梯疏散人数最多，在220.8s时，2#楼梯完成四层疏散，最终模拟结果RSET为220.8s（图8）。
图7 工况二火灾模拟结果
图8 T=220.8S时模拟疏散情况
工况三：Pyrosim模拟显示火灾发生至303.6s时，五层co浓度达临界值，此时温度与能见度均未达到临界值，所以ASET为303.6s（图9）。通过Pathfinder模拟结果可知，1#和2#楼梯疏散人数最多，在184.0s时，2#楼梯完成五层疏散，最终模拟结果RSET为184.0s（图10）。
图9 工况三火灾模拟结果
图10 T=184.0S时模拟疏散情况
3. 建筑安全性能分析
表2展示了三种工况下，ASET与RSET的比较结果，其中工况三安全疏散性能合格，其余两工况均为不合格。基于表格分析，不难看出在单一火源设置情况下，随着火源点的层数越高，RSET值越小，即疏散所用时间越短，而层数越低，RSET值越大，即疏散所用时间约长。
表2三种工况下ASET与RSET的比较结果
除表格对比结果外，在模拟过程中可以直观感受到，疏散楼梯设置的合理性，也是影响疏散时间的一大因素。在工况一的pathfinder模拟中，首层2#楼梯疏散口的着火情况直接加剧了1#楼梯的疏散压力，从而延长了疏散时间。而在三个工况下，3#楼梯在火灾发生过程中的疏散能力极低，使用人数均不超过10人。从平面上观察，3#疏散梯的设置是为了右下角的房间而加，并通过走道，只针对性的进行这一房间的疏散，日常使用频率不高。所以在疏散时，人们往往选取经常使用的1#和2#疏散楼梯，导致2#疏散楼梯成为工况二、三中疏散压力最大的地方，从而间接导致了整体疏散时间的延长。
4.结论
本文基于BIM技术构建的虚拟模型，借助Pyrosim和Pathfinder软件对三亚市某多层工业厂房进行消防疏散模拟研究，结论如下：
1.对比三种工况下的火源位置发现，多层工业厂房的低楼层发生火灾的危险性高于高楼层。多层工业厂房在发生火灾时，烟气会顺着气流向更高的楼层扩散，导致着火层及上部楼层疏散难度加大，影响疏散速度。因此多层工业厂房的消防疏散难度较大。
2.对比三种工况下的co浓度、温度与能见度发现，影响低楼层疏散的主要因素是温度和能见度，而对于高楼层疏散来说，co浓度是影响疏散的主要因素，因此增强多层与高层工业厂房的通风与防排烟设计是非常必要的。
3.通过对比Pathfinder模拟的三种工况发现，3#楼梯的疏散效率极低，直接导致工况二、三中2#楼梯的疏散拥堵，间接导致工况一情况下，整体疏散时间的延长。因此在平面设计中，要整体考量功能布置与疏散的合理性，尽量避免为了单个房间在房间内部增加一部疏散楼梯的情况，以免出现满足疏散要求但不利于实际疏散的情况出现。
参考文献
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