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航站楼性能化防火设计中的人员安全疏散研究

利用建筑信息模型(BIM)研究航站楼火灾事故中，建筑布局和消防系统对人员疏散的影响。利用PyroSim和Pathfinder对航站楼消防运行，人员安全进行仿真模拟，提出适合疏散路径，对机场航站楼进行性能化设。结果表明：航站楼一旦发生火灾，CO浓度会对人员安全造成明显威胁。增强航站楼排烟效果，安排专门人员进行疏散指导，加强安全管理工作是缩短人员疏散耗时的重要举措。

1、建筑特征与火灾特点分析

随着航空业的迅猛发展，机场航站楼已从过去的单一功能(办票、候机、登机)，逐步发展成为功能多样、超大空间的建筑集合体。一般机场航站楼建筑包括以下功能区域：

(1)、旅客办票区、离港区、到达区及迎客区，人流集散区，旅客候机及登机区；

(2)、与航空相关的商务设施，如航空公司办公区、餐饮区和零售商店等；

(3)、行李交运、行李传输处理、行李提取等；

(4)、与建筑运营管理相关的设备用房等；

(5)、航站楼内部还设置有现代化的内部交通，外围区域设置有大规模停车场。

现代化的机场航站楼建筑多采用单一大屋顶结构形式。这种结构形式的建筑通常表现为空间巨大，主入口靠近一侧，大空间区域难以分隔为不同的小空间，几层空间相互连通等建筑特点。机场航站楼建筑的使用功能和建筑特点决定了其人员组成复杂，进出港大厅出入口等处人员密度高，人员一般对建筑疏散出口、路径及其他消防设施不熟悉。对于国际机场，往往有众多不同语言文化的人员。

一般认为，机场航站楼建筑火灾荷载相对较低，管理水平相对较高，火灾较少发生。火灾使人们深刻地认识到，机场航站楼火灾对人员生命的危害程度和后果是非常严重的。由于机场建筑体量大、周边长，限制了火灾救援的扑救面；不可分隔的巨大空间易造成火灾和烟气的迅速蔓延；人员负荷高，导致人员疏散距离大，疏散宽度相对较小。此外，航站楼建筑与装满油料的飞机相贴邻，墙体及玻璃区域以及其他建筑部分可能受到飞机气流影响，存在着较大的火灾风险。

2、防火安全目标与设计方法

现代化机场航站楼的建筑特征和火灾特点，也决定了其防火设计难以依据传统的规格式设计方法进行，这给防火设计、运营管理以及防火监督带来了较大的困难。目前大部分现代化机场航站楼采用基于性能化的设计方法进行防火安全设计。性能化防火设计安全目标至少应包括以下部分：

(1)、保证建筑内人员的疏散安全；

(2)、保护财产安全；

(3)、保持机场运行的连续性。

性能化消防设计是借助消防安全工程学的方法和手段,在对建筑物的火灾风险、火灾发展状况以及主动和被动防火措施的实际效果进行个案评估的基础上，确定该建筑所需要的消防措施的设计方法。性能化消防设计综合考虑了火灾的发生与发展、烟气的蔓延和控制、火灾的蔓延和控制、火灾探测和报警、主动和被动灭火措施以及人员的疏散等因素。因此，能够得出经济合理的消防设计方案,为设计人员提供更多的选择。

3、疏散设计与安全评估

保证建筑内人员疏散安全是机场航站楼建筑防火安全设计的基本目标。机场建筑疏散设计应结合航站楼建筑的特点、火灾特点以及人员组成特点,综合考虑各方面影响因素，合理进行疏散设计，保证火灾情况下人员安全疏散。

人员安全疏散设计应以建筑内的人员能够脱离火灾危险并独立步行到安全区域为原则，通过采取防止火灾蔓延和保护消防安全通道等防火措施来实现。评估疏散设计是否合理、人员是否安全，主要以建筑中人员是否能够在危险到来前到达安全的区。通过采用疏散时间(RSET)和危险到来时间(ASET)作为判定参数。如果ASET>RSET，则疏散是安全的，疏散设计合理；反之则不安全，需要修改调整设计方案或设计参数。保证安全疏散的判定准确。

基于火灾疏散安全指数的飞机客舱防火设计

随着我国民航业的迅速发展，机场航站楼集聚的旅客日愈增多，一旦发生突发事故或应急处理不当，会给生命财产带来巨大损失，造成不良社会影响。因此为确保航站楼安全运行，对航站楼进行事故风险分析和应急疏散研究必不可少。

针对火灾动力学模拟工具(FDS)多用于矩形边界，而对于圆弧形边界建模的局限性，提出采用旋转矩形方块拟合圆弧方法，给出拟合算法公式。基于某型飞机客舱原型尺寸建立AutoCAD几何模型,导入FDS可视化建模软件PyroSim，利用提出的拟合算法设计了飞机客舱火灾仿真环境，通过不同尺寸的网格设置对火灾烟气在客舱空间内的运动进行了仿真分析，仿真结果表明了拟合算法的可行性及建模环境的设计合理性，可通过仿真方法克服火灾全尺度实验难以实施及花费巨大等问题，为国产大飞机客舱安全设计及运营安全管理提供仿真技术支持。

为研究飞机客舱设计对防火性能的影响，初次提出火灾疏散安全指数(FESI)的概念。利用PyroSim及Pathfinder仿真软件对飞机客舱的火灾场景和疏散过程进行模拟，确定不同客舱内表面积、出口宽度和高度及搭载人数下出口的FESI，分析以上设计因素对客舱火灾疏散能力的影响。使用BP神经网络算法确定几种窄体飞机在确保火灾疏散安全情况下的搭载人数。并以B737-800飞机为例对其疏散方案进行优化，模拟结果表明：客舱的内部表面积、舱门尺寸及座位数都是显著影响客舱防火性能的设计因素，典型布置下的B737-800飞机承载人数为154人，在疏散方案优化后可增加至175人。所提出的FESI不仅可对现有飞机的防火性能进行评估，优化客舱布局及人员疏散方案，还可为大型飞机客舱防火设计提供依据，同时为其他领域的消防研究提供参考。

基于火灾疏散安全指数的飞机客舱防火设计