剧场改造项目应急疏散仿真模拟研究

袁洁

摘要：剧场改造项目存在新旧消防规范要求不一致的问题，需在设计阶段对改造后的项目验证是否满足消防疏散要求，以上海某剧场改造项目为例，建立剧场的BIM模型，将BIM模型导入Pathfinder软件中，建立Pathfinder应急模型，进行应急疏散模拟，给出具体的疏散路线以及保证安全采取的措施，从而给出设计优化方案或运维阶段的保障措施。

关键词：剧场改造项目，应急疏散，BIM模型，仿真模拟

0引言

在当前的社会背景下，对既有建筑进行改造符合时代的发展潮流，对当今社会建设有着非常积极的意义^[1]。传统剧院改造项目主要针对在不改变建筑主体结构和建筑面积的前提下，对舞台系统（舞台机械系统、舞台灯光系统、舞台音响系统、舞台内通视频监控系统）的更新，另外包括功能布局调整、装饰工程、声学工程、建筑设备升级改造等内容，有时还会加入对主入口及外立面，观众厅，办公区域的提升修缮。

剧场项目作为人员稠密的地方，如何在紧急情况下有序疏散人员是关键。尤其是改造项目，存在新旧消防规范要求不一致的情况，改造后项目需要满足现行消防规范要求及现行消防疏散要求。通过应急疏散仿真模拟，能够在设计阶段对改造后的项目是否满足消防疏散要求进行验证，也能够给出具体的疏散路线以及保证安全采取的措施，从而给出设计优化方案，本文以上海某剧场修缮工程为例，研究应急疏散仿真模拟在剧场改造项目中的应用。

1工程基本情况

上海某剧场修缮工程，总建筑面积5100平方米，建于2001年，原为上海市某大厦的六层裙房，经过15年的运行，室内外建筑结构构件、装修及设备管道等出现一定程度的老化和损坏，部分屋面板出现不同程度的渗漏，机械设备的安防设施和控制系统也远远落后。因此，需对该剧院进行维修，从选材到设备安装，全面提高安保和消防系统的安全水平，更新舞台设备和控制系统，提升整体演出效果，从而满足剧团的更专业的艺术追求，给观众待来更终极的视听音体验。

室内修缮部分基本维持原有格局，主入口优化进出流线及室外等候区域；观演区的观众厅座椅更新并适当增加、空调气流组织优化、内装饰品质及声学性能提升；观众厅厅门区域增强消音措施，并提升观众厅厅门的隔音性。原设计引用的消防设计规范与现有规范有较大不同，原设计按当时的建筑设计防火规范进行设计，本修缮项目适用的消防规范为《建筑设计防火规范》GB50016-2014及《建筑内部装修设计防火规范》GB50222-2017。项目通过BIM技术对人流较集中的舞台及观众厅进行疏散模拟，复核设计是否规范合理，是否满足现行规范要求。

2应急疏散模拟依据及流程

2.1 应急疏散模拟依据

方案文本，防火分区等消防疏散建筑图纸、结构图纸、各系统总图（消防、绿地、交通等）。

核心数据根据相关规范应包括：建筑参数（建筑用途；楼层平面图、布局和尺寸；内容物；报警系统；消防安全管理应急预案）、人员状态（人员数量和位置、人员特征，如年龄和健康状况、日常活动和人员的状态）。

2.2 应用软件

Revit：Revit是Autodesk公司一套系列软件的名称。Revit系列软件是专为建筑信息模型(BIM)构建的，可帮助建筑设计师设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑^[2]。

Pathfinder：Pathfinder是一个紧急出口模拟器，集成了用户界面和三维动画效果，可更快速地疏散模型，并产生比其他模拟器更真实的图形效果，提供三维可视化分析结果。

2.3 人员行为模式选择

Pathfinder软件中的人员行为模式一般包含两种模式：SEPE模式和Steering模式，人员的运动规则由不同的运动模式所决定，选择不同的运动模式，最终得到的疏散时间、疏散路径则不同。

Steering模式是使用路径规划指导机制碰撞处理相结合控制人员运动的^[3]。

SEPE模式是以出口流量为基础的人员运动模式，该模式基于美国消防工程师协会SFPE消防手册（SFPE工程指南：火灾中的人类行为）中提出的流量模型，人员疏散的速度由各区域空间内人员密度、疏散出口的人员数量及疏散出口的数量及宽度等决定。

考虑SEPE模式更能科学地反映人员逃生的具体情况，因此本文所提及的剧场改造项目所选用的人员行为模式为SEPE模式。

2.4 应急疏散模拟流程

参考设计方案、规范和剧场实际需求，确定模拟区域和疏散人员数量。

根据模拟区域截取局部模型，定义疏散房间、疏散人数、疏散人员种类、疏散楼梯、疏散出入口等。

设计不同工况下的疏散方案，一般不超过四种。在软件中，预设每个房间的参数、疏散出口、疏散人数和分布位置，以及人流类型。

针对不同的工作条件，使用内置算法自动生成行人疏散路线，找到潜在拥堵位置，并获得疏散时间。

将结果和建议反馈给设计单位，优化各房间出入口布局。

3剧场改造项目仿真模拟

3.1 模型构建

在舞台及观众厅的应急疏散模拟中，根据设计文件对舞台及观众厅区域构建BIM模型，模拟范围为舞台区域（防火分区1）、观众厅区域（防火分区2）两部分，疏散对象仅为该区域滞留人员，不考虑上下层间垂直疏散。分别在舞台及观众厅区域设置50人、1054人需要疏散人员。根据《消防安全工程-第9部分：人员疏散评估指南》典型的未受阻碍的行进速度大约为1.19m/s。

舞台及观众厅区域按防火分区平面图布置疏散出口，宽度与图纸一致，并按面积比例在各房间分配人数，第一阶段舞台区域人员分散布置，人员密集区域主要集中在观众厅6个疏散门周围，观众厅有6个安全出口，舞台区域2个安全出口（疏散出口平面布置图见图1）。

图 1 疏散出口平面布置图

3.2 疏散结果分析

开始疏散时观众厅人员密集分布于6个门附近（图2），疏散过程中由于北侧舞台区疏散人员数较少，更加利于疏散，于是北侧先于南侧完成人员疏散，北侧疏散用16s，疏散人流完全通过（图3）。南侧观众厅区域Door03、Door04略优先完成疏散，疏散时间为89s，Door01、Door02、Door05、Door06人流密度最大（图4），疏散人流较为集中，人流滞留时间较长，疏散时间为92.8s。

图 2 人员密集分布于6个门附近

图 3 北侧舞台区域提前完成疏散

图 4 南侧Door01、Door02、Door05、Door06人员密度最大

根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014，观众厅内人员根据不同容量疏散时间为3-4分钟，观众厅每个疏散门的平均疏散人数要求一般不能大于400人-700人。通过BIM模型与Pathfinder软件结合，对舞台及观众厅区域进行的人员疏散模拟，最终疏散时间为92.8s，小于3分钟，模拟结果满足现行剧场建筑设计规范及现行建筑设计防火规范。

3.3 疏散建议

观众厅区域：Door01、Door02、Door05、Door06门疏散人流较为集中，滞留人流时间较长，提醒可以从舞台区疏散，从而节约时间；可在地面设置疏散导视标识，引导人员分散疏散；时刻保持走道畅通，以便紧急情况缩短疏散时间。

4应急疏散模拟在剧场改造项目的应用结论

利用BIM模型及相应分析模拟软件，在方案设计阶段对剧场改造项目进行应急疏散模拟，既能科学地分析出人员疏散逃离路径、出入口等数据，也能直观又可靠地分析出人员的最佳疏散时间，减少人员伤亡，有效提高应对突发状况的能力。

针对改造项目，原设计引用的消防设计规范与现有规范有较大不同，利用模拟疏散软件更为精确、直观地复核设计是否满足现行规范要求。此外，根据模拟结果可对运维管理提出较为合理的建议，对后续运维阶段也可提供一定的保障作用。

虽然在方案设计阶段进行应急疏散模拟在一定程度上可以减少部分人员伤亡，但是真正发生火灾等紧急情况时，真实情况下人员拥挤的剧场应急疏散所面临的挑战比模拟情况更为复杂，存在更多的不确定性，在应用软件进行模拟时并未考虑人员的心理情况及外界的环境影响等因素。因此在后续的研究中，可更多地考虑人员心理及外界环境等因素对疏散结果的影响。

参考文献

[1]刘雪可.基于BIM的既有建筑改造管理研究[D].江苏徐州:中国矿业大学,2019.

[2]李研君.基于Revit的建筑信息模型功能拓展包的设计与实现[D].武汉:华中科技大学,2014.

[3]冯洋洋.大型商业综合体火灾人员疏散研究[D].西安:西安科技大学,2015.

作者简介：袁洁，女（1991.7）硕士，工程师，专业方向：项目管理。