疫情防控措施下的高校食堂服務能力分析：以某高校食堂為例

王振報，溫蘇皖

(河北工程大學 建筑與藝術學院，河北 邯鄲 056038)

高校食堂是學生與教職員工發(fā)生大規(guī)模接觸的場所，具有時間相對集中，地點相對固定以及人流量巨大的特點[1-3].截止2020年9月1日，全球新冠肺炎現(xiàn)有確診人數(shù)已突破700萬，隨著新學期的到來，食堂安全服務問題將成為每個高校疫情防控的巨大挑戰(zhàn).由于疫情防控措施[4-8](如體溫測量，排隊時保持1 m的安全距離等)的影響，每個高校食堂在疫情防控期間可容納人數(shù)都會有一定的下降，一旦超過此容納人數(shù)就極容易產生人員大面積的堵塞滯留，影響高校的疫情防控管理，甚至危害到師生的身體健康[9-10].因此，需要預先對疫情防控期間的食堂進行仿真模擬，并通過模擬結果對高校食堂在疫情防控期間的管理安排提供建議，從而提高高校食堂的服務水平和管理水平.

行人仿真是一項通過計算機、網(wǎng)絡等技術和數(shù)學理論等手段，采用虛擬現(xiàn)實方法，對行人交通系統(tǒng)進行實際模仿的應用技術[11-13].它被用來模擬各種模型場景，探索行人、人群和基礎設施之間的交互方式，主要應用于地鐵站[14-16]、火車站[17-18]等場所，對場所的設計和運營進行虛擬實驗，并評估不同級別的行人需求的影響，尋找方案中存在的短板瓶頸，并幫助設計師加以改進.

本文將使用Legion仿真模擬軟件結合某高校食堂售餐區(qū)平面進行仿真模擬.模擬時將加入高校疫情防控期間所采取的管理措施，即入餐廳時的體溫測定、全程采用單向人流流線、使用隔斷排隊、保持1 m的安全距離等，這些措施都將增加整體就餐時間、降低食堂服務能力；分析仿真模擬輸出結果，計算在疫情防控措施下的單位時間內食堂可承載人數(shù)及服務人數(shù)(單位時間內完成就餐離開出口的人群數(shù)量)；同時，提出相應的優(yōu)化管理策略.

2 仿真模型構建

2.1 模型構建流程

對日常使用和疫情防控措施2種情景下的食堂運行狀態(tài)進行仿真模擬，輸出單位時間內人流量，并計算得出食堂單位時間內的服務能力，仿真技術路線如圖1所示.

圖1 仿真技術路線

通過人共調查食堂人流的輸入、派餐服務時間等參數(shù)，分析行人特性并結合建筑平面建立Legion仿真模型；利用人工調查結果對日常使用狀態(tài)下的仿真模型輸出結果進行驗證；利用仿真驗證的模型對疫情防控措施下的食堂人流運行情況進行模擬，對比2種情景輸出結果來確定疫情防控措施對食堂就餐人員服務能力的影響；提出管理建議.

2.2 疫情防控措施下的食堂設置

該食堂共2層，各層平面相同，使用人數(shù)相仿.每層售餐區(qū)約為1 412 m2，其中排隊等候區(qū)面積約426 m2，進餐區(qū)面積約813 m2，共有1 176個座位(見圖2).售餐區(qū)包含食堂主要出入口、備餐區(qū)、等候區(qū)和就餐區(qū)4大部分，餐廚結合形式呈簡單的“一”字型，等候區(qū)與就餐區(qū)獨立分開，互不影響，就餐區(qū)與出入人流會有部分交叉.疫情防控期間食堂采用單向人流，可防止功能流線的交叉，更好地做到疫情防控，但相比原有流線，路程有所增加.同時限制排隊距離，在服務窗口后設有限制黃線以保證取餐時與后面的人有1 m的安全社交距離.相較正常狀態(tài)，疫情防控期間將會采取嚴格的疫情防控措施，這些措施都會一定程度地增加食堂人員承載負擔：1)進入餐廳時增設體溫測定，調研得出耗費時間約為3 s/人；2)全程采用單向流線，出入口互相獨立；3)流線固定，且采用隔斷等措施使就餐人員保持1 m以上的安全社交距離；4)就餐區(qū)餐桌數(shù)量減至812個且餐桌間隔1 m.售餐區(qū)座位分布見圖3.

圖2 食堂售餐區(qū)平面流線

圖3 售餐區(qū)座位分布

高校食堂是由多個相對獨立的窗口進行服務的，疫情防控下人員就餐主要包括測量體溫、排隊等餐、就餐進食以及離開食堂4個階段[19-20]，單位時間內完成就餐流程并離開食堂的人數(shù)決定了食堂的服務能力[21].通過實地調研確定的人流輸入見表1.由表1可知，在用餐時間段人流輸入相對穩(wěn)定，50 min后將有小幅下降.

表1 不同時間段食堂人流輸入表

根據(jù)我國行人步行特征，并經過實地調查，仿真模型采用的實體速度見表2.

表2 行人速度參數(shù) m/s

2.3 食堂就餐模型及標定

2.3.1 食堂就餐模型設計

食堂時間段內排隊人數(shù)和進餐人數(shù)滿足

其中，t為食堂內的某一時間段，單位為min；n1(t)為t時間段正在排隊的人數(shù)；n2(t)為t時間段正在進餐的人數(shù)；n3(t)為t時間段離開食堂的人數(shù)；v1和v2分別為單位時間內到達食堂開始排隊人數(shù)和取餐完成前往進食區(qū)人數(shù)，單位為人/min.

單位時間到達食堂開始排隊人數(shù)v1滿足

其中，N1為體溫檢測點數(shù)量；T1為體溫單位測量時間，單位為s/人，實地調研T1約為2 s/人.

單位時間完成排隊的人數(shù)v2滿足

其中，N2為食堂服務窗口個數(shù)；T2為窗口單位服務時間[22]，單位為s/人.實地調研N2為16，并呈現(xiàn)排隊人員平均分布[23]，T2約為30 s/人.

設τ為單位時間段t完成就餐的人數(shù)，且假設τ滿足正態(tài)分布.定義D算子[24]，其表示以中心μ，方差為σ的正態(tài)分布函數(shù)展開，再將所有的進餐人數(shù)考慮進來，則可以得到t時間段完成進餐的人數(shù)即食堂輸出人數(shù)

其中，N(t)為t時間段食堂人員存量.

2.3.2 仿真模型標定

在正常使用條件下(不限制社交距離情況下)，通過調研食堂的入口和出口人流量數(shù)據(jù)與仿真模型的數(shù)據(jù)對比，如果差異太大，則調整模型參數(shù)，以縮小誤差[25-26].使用Legion建立正常使用條件下的行人仿真模擬模型，在t時間段內根據(jù)調研數(shù)據(jù)輸入人流，圖4展示了日常狀態(tài)下仿真的行人分布.通過Legion仿真模擬輸出并計算獲得就餐人數(shù)n2(t)、食堂輸出人流量n3(t)等變量，用二維平面坐標圖顯示其動態(tài)變化.圖5展示了日常狀態(tài)下仿真的行人密度(顏色越深表明該處越擁擠).

圖4 日常狀態(tài)下仿真模擬行人分布

圖5 日常狀態(tài)下仿真模擬行人密度

圖6為食堂單層從開放到運營60 min時段仿真模型的輸入人流、輸出人流以及實地調研的統(tǒng)計結果.在實際調查中存在少數(shù)行人在食堂開啟后未在食堂用餐直接離開的現(xiàn)象，則需對模型進行修正，使得仿真模擬得到的輸出人流量與實際調研得到的數(shù)據(jù)相對吻合，在同一水平波動.

圖6 模型輸入、輸出人流量對比

模型與實際調研每5 min輸出人流對比見表3.由表3可知，當模型趨于穩(wěn)定時，仿真模型可以很好地反映實際情況下的人流輸出，此時輸出人流大致在40～80 人/min波動，與人員就餐時間波動有關.輸入人流與輸出人流的大致吻合，表明食堂可以很好地承擔輸入的人數(shù)，內部未出現(xiàn)人流大面積滯塞聚集.

表3 每5 min輸出人數(shù)對比

3 仿真結果及分析

3.1 日常情況下仿真結果輸出

單層食堂以及就餐區(qū)人員存量情況見圖7.

圖7 模型單層食堂以及就餐區(qū)人員存量

由圖7可知，當模型趨于穩(wěn)定時，就餐區(qū)人員存量在900人左右浮動，與就餐時間差異有關；就餐區(qū)人員存量存在峰值，最高達919人，這也表明就餐區(qū)的最大人員承載值為919人，在該承載值下可以達到有序就餐、無人員滯塞，可使食堂疫情防控可控；食堂人員存量也存在峰值，為1 014人，表明食堂的最高人員承載值為1 014人；食堂就餐區(qū)的人員存量差值即可代表排隊人員數(shù)量及少部分流動人員數(shù)量，其值在100人左右波動，相較于426 m2的排隊區(qū)域面積，不會產生較大擁擠.

食堂單位時間內服務的人數(shù)，即為食堂的服務能力.食堂單層單位時間內的累計輸出人數(shù)見圖8.由圖8可知，模型于17 min后開始輸出人流，輸出人數(shù)與時間t呈正相關；其服務能力約為2 551人/h.

圖8 模型食堂單層單位時間內的輸出人數(shù)

3.2 疫情防控下的仿真結果輸出

模擬將采用疫情防控措施下的食堂設置，使用Legion建立行人仿真模擬模型.疫情防控措施下仿真的行人分布見圖9；仿真的行人密度見圖10(顏色越深表明該處越擁擠).即：在t時間段內根據(jù)調研數(shù)據(jù)輸入人流，通過Legion仿真模擬輸出并計算獲得就餐人數(shù)n2(t)、食堂輸出人流量n3(t)等變量，并用二維平面坐標圖顯示其動態(tài)變化.

圖9 疫情防控措施下仿真行人分布

圖10 疫情防控措施下下仿真行人密度

疫情防控下食堂單層仿真模擬的輸出人流以及日常情況下的輸出人流對比見圖11.由圖11可知，疫情防控下食堂的輸出人流大致在30～60人/min波動，與日常有較大差異.

圖11 疫情防控下食堂單層仿真模擬和日常情況下的輸出人流對比

疫情下食堂單層就餐人數(shù)的情況見圖12.由圖12可知，當模型趨于穩(wěn)定時，就餐區(qū)人數(shù)大體在700人左右浮動，并存在峰值709人，這表明了疫情下食堂就餐區(qū)的最高人員承載值為709人，相較于日常就餐區(qū)的最高人員承載值減少了211人，也意味著在輸入人數(shù)相同的情況下，會有約211人在排隊等候區(qū)排隊或等候就餐，會出現(xiàn)較為嚴重的擁擠現(xiàn)象.

圖12 疫情防控下和日常情況下食堂單層就餐區(qū)人數(shù)對比

疫情下食堂單層單位時間的累計輸出人數(shù)與日常累計輸出人數(shù)的對比，即食堂的服務能力對比見圖13.由圖13可知，相較于日常服務能力的2 551人/h，疫情防控措施下的食堂服務能力約為1 681人/h，下降了34%.

圖13 疫情下食堂單層單位時間的累計輸出人數(shù)與日常累計輸出人數(shù)的對比

3.3 仿真結果分析

1)食堂的仿真過程呈現(xiàn)階段性，在0～15 min內，食堂和就餐區(qū)的人員存量呈現(xiàn)近似線性增長，15 min后基本穩(wěn)定；17 min后趨于穩(wěn)定，但也有較大幅度波動.

2)食堂在開啟17 min左右時到達人員存量為閾值，此后開始輸出人流，1 h內各層輸出人流約為2 551人，即食堂的服務能力約為5 102人/h.

3)疫情防控措施下的食堂單層服務能力約為1 681人/h，食堂服務能力約為3 362人/h.為了達到日常食堂的服務人數(shù)，需增加食堂的開放時間，且滿足其中，F(xiàn)r為食堂日常的服務能力；Fy為疫情防控措施下的食堂服務能力，單位是人/h；tr為食堂日常開放時間，ty為疫情防控措施下的食堂開放時間，單位是h.根據(jù)計算得出，疫情防控措施下食堂的開放時間約為日常開放時間的1.5倍.

體溫檢測作為疫情防控的一個關鍵步驟，同時也可很好地控制食堂人流的輸入.各層體溫檢測點數(shù)量需滿足

四舍五入取各層布置2個體溫檢測點較為合適.

4 結論

1)日常食堂內部各層就餐區(qū)人員閾值約為919人，疫情防控下人員閾值約為709人，可以根據(jù)需求合理地布置座位數(shù).

2)日常食堂的食堂服務能力約為5 102 人/h；保持安全社交距離下的食堂服務能力約為3 362人/h.為了滿足以往的服務人數(shù)，開放時間需要為原開放時間的1.5倍.

3)體溫檢測點可以很好地控制人流的輸入，每層設置2個即可有效地將食堂人數(shù)保持在一個可控的范圍.

利用仿真模擬手段根據(jù)現(xiàn)有食堂建筑條件計算食堂的服務能力，有助于更好地控制就餐人流，并可以用來估算疫情期間的食堂供給面積規(guī)?；蚴程镁筒头諘r間.本文的思路和方法可以為疫情等突發(fā)事件下的建筑進行承載能力評估、制定應急方案提供理論依據(jù)和技術支持.