高校典型建筑物室內不同結構對學生群體應急疏散的影響研究

陳心如 都恩源 計林宇 宋濤

摘要：高校典型建筑物內部結構復雜緊密，如教學樓教室和實驗室內桌椅、實驗臺面眾多，人員疏散時極易在出入口、過道間產生堵塞現象，因此優化室內結構對提高學生群體的應急疏散效率有著重要意義。以高校典型建筑物中的大容量教室為研究對象，基于社會力模型，利用Anylogic軟件針對教室內部不同結構場景和男女生不同混合比例進行群體疏散仿真研究。結果顯示，在不大幅減少教室容納學生數量（僅降低6%學生數量）的前提條件下，僅調整教室前排第1～4排座位布局即可顯著減少學生疏散時間，有效提高疏散效率。

關鍵詞：高校典型建筑物;室內結構;應急疏散;社會力模型;Anylogic仿真

國家應急管理工作會議提出公共安全是國家穩定的基礎[1]，隨著高等教育持續完善和高校規模不斷擴大，高校突發安全事故及群體應急疏散現狀也愈發受到大眾重視。

國內學者主要圍繞高校教學樓、宿舍樓等典型建筑內人群進行應急疏散研究。龍圣杰等[2]研究了多層宿舍學生群體疏散的撤離時間;郭小林[3]在社會力模型的基礎上建立了教學樓應急疏散模型用于教學樓應急疏散方案的優化;趙宇寧等[4]研究教學樓疏散時間與樓梯口利用率之間的關系;夏煜等[5]提出連通教學樓來緩解疏散壓力;都恩源等[6]研究了男女生宿舍樓緊急出口寬度與疏散效率之間的關系。本文基于社會力模型，以湖州師范學院教學樓中的大容量單間教室為例，使用Anylogic軟件構建學生群體應急疏散模型，通過模擬仿真探索座位結構變化和男女生混合比例不同對疏散效率的影響，結合人群逃生心理和行為，為高校教室結構優化布局提供理論指導。

1模型簡述

社會力模型是用于行人疏散建模和模擬仿真最常用的行人流模型[7]。Helbing等于1995年提出了社會力模型[8]，模型方程為：midvdidt=Ftotal+δ;其中mi是行人的質量;人受到的力Ftotal分為三個部分：自驅力FDi、人與人之間的相互作用力作用力Fij和人與障礙物之間的相互排斥力Fiω。各自方程為：

Ftotal=FDi+∑Njj=1，j≠iFij+∑Nωω=1Fiω;

FDi=mi（vdiei-vi）/τi;ei=xd-xi‖xd-xi‖

Fij=Aiexp（-εij/Bi）enij;εij=dij-（ri+rj）;

Fiω=Aωexp（-εiω/Bω）eniω;εiω=diω-ri;

自驅力FDi中vdi為行人i的期望速度，vi為行人i的實際速度，τ為弛豫時間，xd-xi為行人i與目標d之間的距離。人與人之間的相互作用力Fij中，dij是表示行人i與行人j之間的距離，ri和rj分別是行人i與j的半徑，Bi是行人i和j之間的特征距離0.08m，Ai是行人i和j之間的社會排斥力強度2000N。人與障礙物之間的相互排斥力Fiω中，diω是行人i與障礙物ω之間的距離，Bω是行人i和障礙物ω之間的特征距離0.08m，Aω是行人i和障礙物ω之間的社會排斥力強度2000N。

2學生群體應急疏散模型參數

2.1教室場景參數

高校教學樓內大容量教室（超過100人）由于容納學生較多，對學生應急疏散影響較大，成為了人群應急疏散研究重點。以湖州師范學院教學樓為例，常見的有容納144人上課的大教室，室內座位結構示意圖如圖1所示。

室內有9排座位，分為左中右三塊，左右兩塊每排可容納4人，中間每排可容納8人。教室前端有一個講臺桌。兩個出口（一次最多可通過一人）位于教室前端。桌椅等室內障礙物的尺寸分別為：①桌椅：桌面高（桌面近胸緣距離地面的高度）：800mm;桌面深（坐人側，桌面前后方向的尺寸）：350mm;每個席位桌面寬（坐人側，桌面左右方向的尺寸）：600mm;桌下凈空高（課桌屜箱下的空間）：620mm;座面高（椅前緣最高點距離地面的高度）：410mm，;桌椅高差（桌面高和座面高之差）：320mm;坐人側桌緣與靠背點（指在椅正中線上，靠背向前最凸的點）間距：420mm。②講臺桌：長3.2m，寬1.2m。

2.2行人參數與指標

①男女比例：高校教室內上課學生男女混雜，專業不同會造成男女比例不同。以作者所處的師范院校為例，經調研統計，文科類專業女生占總人數85%，男生占比15%;理科類專業女生占總人數50%，男生占比50%;工科類專業女生占總人數15%，男生占比85%。

②疏散速度：放松狀態下人均行走速度為1.1m/s，緊急情況下的行走速度為1.49m/s[9]。高校大學生屬于青壯年，疏散速度較快，但由于教室內障礙物較多，空間擁擠，行走通道狹窄，通道和出口處人群密度較大，阻礙了學生的疏散速度;根據男女生生理結構及在緊急疏散過程中心理狀態上的差異[6，9]，模擬時設定男生疏散速度為0.9～1.5m/s，女生疏散速度為0.9～1.3m/s。

③行走空間：為避免在行人應急疏散時不必要的碰撞而造成的二次事故，疏散過程行人的行走空間最小為028m2[10]。我國成年男子體寬約為0.43～0.49m，女子體寬約為0.40～0.46m。由于研究對象為成年大學生，故模擬時取男女生在疏散時的人體空間半徑為0.4～0.5m。

④出口的選擇：已有研究[6]和實際問卷調查顯示，在逃生過程中，逃生人員都偏向于選擇最近的出口或者熟悉的出口進行逃生。

3學生群體應急疏散仿真與分析

3.1教室及學生場景基礎設定