高校公寓部分疏散通道失效下的人員疏散行為及其消防管理對策研究

張媛媛 宋冰 王垚磊 瞿望 楊五勤

摘要：由于管理以及實際維護等問題，高校公寓疏散通道往往存在部分功能失效的情況?；赑athfinder三維動態(tài)仿真疏散模擬軟件研究了高校公寓人員疏散行為并提出了相應(yīng)的對策措施。研究發(fā)現(xiàn)，相同情況下，女生公寓樓的整體疏散時間要比男生用時長6.8%;安全出口失效的情況下，疏散效率下降最大達到77.9%，整體疏散行動時間增加23.7%;一部疏散樓梯失效下，整體疏散時間增加13.9%。可見確保疏散通道的暢通對發(fā)生火災(zāi)時的疏散至關(guān)重要。此外，研究還發(fā)現(xiàn)應(yīng)急演練下學(xué)生整體疏散時間比模擬時間多出約2min，說明學(xué)生思想上沒有高度重視，緊張度不夠，需要加強安全應(yīng)急教育。相關(guān)研究結(jié)論對高校公寓消防管理具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高校公寓;火災(zāi);數(shù)值模擬;疏散行為;消防管理

從校園火災(zāi)案例中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生公寓是高校火災(zāi)的易發(fā)頻發(fā)場所，一直是高校消防安全管理的重點，近些年，高校在人防、物防、技防上均加大了消防投入，取得了一定的成效，但校園火災(zāi)事故仍時有發(fā)生，主要原因為我國高校學(xué)生公寓普遍建成時間久、被動防火設(shè)施破損多、電氣設(shè)備老化嚴重、消防系統(tǒng)陳舊等諸多不足[1]，加之學(xué)生違規(guī)用電現(xiàn)象屢禁不止。據(jù)相關(guān)學(xué)者統(tǒng)計，自2000年以來，全國高校共發(fā)生火災(zāi)4 000余起，造成50多人死亡，累計造成直接財產(chǎn)損失達200多億元[2]。

事故表明，火災(zāi)事故時的人員安全疏散至關(guān)重要。但是，由于管理以及實際維護不到位，高校公寓疏散通道往往存在部分失效問題。例如，高校學(xué)生公寓考慮管理人員、治安等因素，一般只有公寓值班人員所在安全出口處于常開狀態(tài)，其他安全出口均被封鎖。再如，高校公寓內(nèi)疏散樓梯由于經(jīng)常有人通行，防火門常處于開啟狀態(tài)，加之年久失修，發(fā)生火災(zāi)時不能起到防火隔煙的作用，煙氣通過“煙囪效應(yīng)”可迅速蔓延至整個公寓，危及學(xué)生生命安全。目前，尚未有學(xué)者從高校消防安全管理的角度，研究部分疏散通道失效下的高校公寓人員疏散行為及其對策。本文基于Pathfinder疏散模擬軟件研究了該問題，并對相關(guān)的消防安全管理工作進行了討論，為高校日常消防管理工作提供理論指導(dǎo)和警示借鑒。

1? 疏散模型及場景設(shè)置

1.1? 建筑物結(jié)構(gòu)

筆者選取某高校學(xué)生公寓為研究對象，公寓共7層，總高度22.4m，東西長88m，南北長93m，占地約為4045m2。公寓共有6部疏散樓梯，10個對外安全出口（其中6個出口朝向公寓天井），安全出口總寬度22.5m，公寓內(nèi)共518間宿舍，樓內(nèi)設(shè)有消防給水及消火栓系統(tǒng)、無線煙感火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)等。圖1為該公寓基本建筑布局圖。

1.2? 疏散模型

本文疏散模型的建立是基于美國Thunderhead engineering公司研制開發(fā)的一款圖形動態(tài)疏散仿真模擬軟件Pathfinder。該軟件應(yīng)用原理近似于水流動模型，可以用于模擬常態(tài)和緊急情況下人員在疏散過程中的運動狀態(tài)及疏散行為特征。根據(jù)軟件特定的算法，疏散人員既可以相對獨立運動，同時又會受其他人員干擾，真實體現(xiàn)出疏散狀態(tài)特征。圖2為建立的公寓三維動態(tài)疏散仿真模型。

1.3? 疏散參數(shù)選擇

公寓三維動態(tài)疏散仿真模擬人員行走速度按照美國消防工程師手冊（HandbookofFireProtection Engineering）提出的SFPE疏散模型確定速度參數(shù)[3]，定義了兩類人群類型，分別為成年男學(xué)生、成年女學(xué)生。定義緊急情況下的男學(xué)生疏散最大速度為1.5m/s，女學(xué)生運動速度為男生運動速度的85%，即1.28m/s。

依據(jù)國標《中國成年人人體尺寸》以及相關(guān)調(diào)查測算數(shù)據(jù)，定義男學(xué)生肩寬為50cm，女學(xué)生肩寬為45cm[4]。

該公寓每間宿舍可住4名學(xué)生，考慮所有宿舍均有人住，學(xué)生總計2072人。此外，公寓樓內(nèi)設(shè)有學(xué)生社區(qū)黨工委辦公室，考慮物業(yè)管理中心人員等，計入20人。因此，疏散模型設(shè)置總?cè)藬?shù)2092人。

1.4? 確定人員疏散時間

疏散時間的確定是相對隨機的，受人的主觀因素影響較大，且難以控制。國際上通常將疏散過程分為三個階段：察覺階段（報警時間）、行為和響應(yīng)階段（人員預(yù)動作時間）、行動階段（疏散行動時間）。人員整體疏散時間則可用公式（1）計算得出：

式中：TRET為整體疏散需要時間，s;Td為報警時間，s;Tpre為人員疏散預(yù)動作時間，s;Tt為人員疏散行動時間，s;ks為安全系數(shù)，一般取1.5～2。本文中Tt為疏散軟件模擬的時間。

1.5? 報警時間與人員疏散預(yù)動作時間確定

該公寓每間宿舍及公共區(qū)域設(shè)有無線煙感報警探測器，可將火警信息第一時間反饋到學(xué)校消防控制中心。每年學(xué)校會組織全體新生參加應(yīng)急疏散演練，模擬某間宿舍突發(fā)火情后，學(xué)校各部門的應(yīng)急處置程序。根據(jù)演練結(jié)果，消防控制中心接到火警后通知公寓管理人員現(xiàn)場確認的時間為50s。

報警時間Td按照模擬演練數(shù)據(jù)定為50s，人員疏散預(yù)動作時間根據(jù)英國《BSDD240：1997，F(xiàn)ireSafety EngineeringinBuildings》[5]推薦，取值為60s。安全系數(shù)ks取值1.5。

1.6? 疏散場景設(shè)置

本文考慮公寓人員性別、安全出口是否有效、火災(zāi)下疏散樓梯失效等因素共設(shè)置4個疏散場景，如表1所示。

2? 人員疏散時間對比分析

根據(jù)設(shè)置的場景建立了四個仿真模型，場景1模擬過程中發(fā)現(xiàn)公寓第7層全部疏散至樓梯間的行動時間為46.3s。25s時，6層各樓梯人員密度在3人/m2左右，出現(xiàn)了擁堵情況，如圖3所示。6層全部疏散至樓梯間行動時間為139s，說明此時各疏散樓梯的服務(wù)水平處于較差狀態(tài)。全體人員疏散至室外安全區(qū)域行動時間為288.5s，根據(jù)模擬結(jié)果得出，4#、5#、6#疏散樓梯較為擁堵，疏散效率較低。

根據(jù)場景2模擬結(jié)果，所有女生全部撤離到室外安全地點用時314.5s，較男生用時多26s，雖然女生疏散速度設(shè)置為男生疏散速度的85%，但由于該公寓安全出口多、人員密度不大，加上女生體型小巧，因此疏散行動時間跟男生疏散時間比較差距不大，女生疏散行動時間比男生疏散行動時間長約9%。

為了方便公寓日常安全管理，安全出口1#、3#平時處于常開狀態(tài)，其余安全出口設(shè)置為火災(zāi)等突發(fā)情況下聯(lián)動開啟，但由于學(xué)生平時出入習(xí)慣，1#、3#安全出口會被高效利用，因此設(shè)置模擬場景3，只有1#、3#安全出口開啟，其余處于關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)場景3模擬結(jié)果，與場景1進行對比，分析各樓層學(xué)生全部疏散至樓梯間所用時間，如表2所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，7層疏散效率降低幅度最大，達77.9%，整體疏散效率降低23.7%。

通過場景1～4可以看出，相同情況下，女生宿舍樓的疏散用時更長。女生的整體疏散時間要比男生長6.8%。此外，在安全出口失效的情況下，疏散效率下降最大達到77.9%，整體疏散行動時間增加23.7%。單個疏散樓梯失效情況下，疏散行動時間增加了18.5%，整體疏散時間延長13.9%。

3? 計算機仿真模擬與疏散演練對比分析

為分析計算機仿真模擬的精確性，本節(jié)探討計算機仿真模擬時間與人員疏散演練時間的內(nèi)在聯(lián)系。根據(jù)演練結(jié)果，所有學(xué)生接到疏散指令后，疏散至室外安全區(qū)域用時605s（所有安全出口均打開）?？紤]到演練為事前通知，所有學(xué)生聽到警報后立即進行疏散，所以預(yù)動作時間可以忽略。場景1的設(shè)置與演練情形相同，不考慮預(yù)動作時間，模擬所得的整體疏散時間為483s。應(yīng)急演練中整體疏散時間比模擬時間多約2min，可見學(xué)生在演練中并沒有達到最大的行走速度，這也與真實火災(zāi)人員行動特征相吻合。

4? 結(jié)語

本文從高校公寓樓消防安全管理的角度出發(fā)，基于Pathfinder疏散模擬軟件研究了不同情形下人員疏散行為特征，得到以下結(jié)論：

安全出口失效的情況下，疏散效率下降最大達到77.9%，整體疏散行動時間增加23.7%，可見安全出口被封堵是一個巨大的安全隱患且違反法律規(guī)定。為了使安全出口能夠有效使用，同時考慮學(xué)生公寓治安管理要求，可設(shè)置火災(zāi)等緊急狀態(tài)下安全出口聯(lián)動啟動裝置，通過應(yīng)急廣播引導(dǎo)學(xué)生從安全出口有序疏散。

一部疏散樓梯失效下，疏散行動時間就增加了18.5%，整體疏散時間增加13.9%。因此，學(xué)生公寓應(yīng)設(shè)置為常開防火門，平時處于開啟狀態(tài)，火災(zāi)時聯(lián)動關(guān)閉。此外，疏散樓梯應(yīng)經(jīng)常維護保養(yǎng)，保證其功能完好有效。

研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)急演練下學(xué)生整體疏散時間比模擬時間多出約2min，說明學(xué)生思想上沒有高度重視，緊張度不高，演練過程中行動速度沒有達到最大。因此，學(xué)校應(yīng)加強學(xué)生常態(tài)化安全教育，強化應(yīng)急疏散演練的真實性、實效性，切實提高學(xué)生消防安全意識和應(yīng)急處置能力。

參考文獻：

[1]馬加名.基于GIS的高校學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評估及應(yīng)急決策系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2014.

[2]方正.高校校園火災(zāi)原因分析及其對策[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報，2019，1（35）：13-17.

[3]Proulx G.“Movement of people：The Evacuation Timing”.SFPE Handbook of Fire Protection Engineering， National Fire Protection Association，Quincy，Massachusetts，Third edition 2002， Chapter 3-13 （3-370）.

[4]國家技術(shù)監(jiān)督局.中國成年人人體尺寸[M].北京：中國標準出版社，2014.

[5] Fire Safety Engineering in Buildings[S].BS DD240：1997.

Research on personnel evacuation behavior and fire management countermeasures under the failure of some evacuation channels in university apartments

Zhang Yuanyuan，Song Bing，Wang Yaolei，Qu Wang，

Yang Wuqin

（China University of Mining and Technology， Jiangsu? Xuzhou? 221116）

Abstract：Due to management and actual maintenance problems， the evacuation channels of university apartments often have some functional failures. Based on Pathfinder three-dimensional dynamic simulation evacuation simulation software， the evacuation behavior of university apartment personnel was studied and corresponding countermeasures were put forward. The study found that under the same conditions， the overall evacuation time of the female apartment building was 6.8% longer than that of the male; when the safety exit failed， the evacuation efficiency dropped by 77.9%， and the overall evacuation time increased by 23.7%; when an evacuation staircase failed， the overall evacuation time increased by 13.9%. So， it is crucial to ensure the smooth flow of evacuation channels for evacuation in the event of a fire. In addition， the study also found that the overall evacuation time of students during the emergency drill was about 2 minutes longer than the simulation time. It shows that the students do not attach great importance to their ideology， the tension is not enough， and it is necessary to strengthen the safety emergency education. The relevant research conclusions have certain references significance for the fire management of university apartments.

Keywords：university apartment; fire; numerical simulation; evacuation behavior; fire management