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。基于Pathfinder三維動態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的對策措施。研究發現，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生火災時的疏散至關重要。此外，研究還發現應急演練下學生整體疏散時間比模擬時間多出約2min，說明學生思想上沒有高度重視，緊張度不夠，需要加強安全應急教育。相關研究結論對高校公寓消防管理具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：高校公寓;火災;數值模擬;疏散行為;消防管理

從校園火災案例中發現，學生公寓是高校火災的易發頻發場所，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，但校園火災事故仍時有發生，主要原因為我國高校學生公寓普遍建成時間久、被動防火設施破損多、電氣設備老化嚴重、消防系統陳舊等諸多不足[1]，加之學生違規用電現象屢禁不止。據相關學者統計，自2000年以來，全國高校共發生火災4 000余起，造成50多人死亡，累計造成直接財產損失達200多億元[2]。

事故表明，火災事故時的人員安全疏散至關重要。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，其他安全出口均被封鎖。再如，高校公寓內疏散樓梯由于經常有人通行，防火門常處于開啟狀態，加之年久失修，發生火災時不能起到防火隔煙的作用，煙氣通過“煙囪效應”可迅速蔓延至整個公寓，危及學生生命安全。目前，尚未有學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和警示借鑒。

1? 疏散模型及場景設置

1.1? 建筑物結構

筆者選取某高校學生公寓為研究對象，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，公寓內共518間宿舍，樓內設有消防給水及消火栓系統、無線煙感火災自動報警系統、消防應急照明和疏散指示系統等。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公司研制開發的一款圖形動態疏散仿真模擬軟件Pathfinder。該軟件應用原理近似于水流動模型，可以用于模擬常態和緊急情況下人員在疏散過程中的運動狀態及疏散行為特征。根據軟件特定的算法，疏散人員既可以相對獨立運動，同時又會受其他人員干擾，真實體現出疏散狀態特征。圖2為建立的公寓三維動態疏散仿真模型。

1.3? 疏散參數選擇

公寓三維動態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[3]，定義了兩類人群類型，分別為成年男學生、成年女學生。定義緊急情況下的男學生疏散最大速度為1.5m/s，女學生運動速度為男生運動速度的85%，即1.28m/s。

依據國標《中國成年人人體尺寸》以及相關調查測算數據，定義男學生肩寬為50cm，女學生肩寬為45cm[4]。

該公寓每間宿舍可住4名學生，考慮所有宿舍均有人住，學生總計2072人。此外，公寓樓內設有學生社區黨工委辦公室，考慮物業管理中心人員等，計入20人。因此，疏散模型設置總人數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）、行為和響應階段（人員預動作時間）、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為人員疏散預動作時間，s;Tt為人員疏散行動時間，s;ks為安全系數，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動作時間確定

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

報警時間Td按照模擬演練數據定為50s，人員疏散預動作時間根據英國《BSDD240：1997，FireSafety EngineeringinBuildings》[5]推薦，取值為60s。安全系數ks取值1.5。

1.6? 疏散場景設置

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

2? 人員疏散時間對比分析

根據設置的場景建立了四個仿真模型，場景1模擬過程中發現公寓第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水平處于較差狀態。全體人員疏散至室外安全區域行動時間為288.5s，根據模擬結果得出，4#、5#、6#疏散樓梯較為擁堵，疏散效率較低。

根據場景2模擬結果，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，其余安全出口設置為火災等突發情況下聯動開啟，但由于學生平時出入習慣，1#、3#安全出口會被高效利用，因此設置模擬場景3，只有1#、3#安全出口開啟，其余處于關閉狀態。根據場景3模擬結果，與場景1進行對比，分析各樓層學生全部疏散至樓梯間所用時間，如表2所示。結果發現，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，本節探討計算機仿真模擬時間與人員疏散演練時間的內在聯系。根據演練結果，所有學生接到疏散指令后，疏散至室外安全區域用時605s（所有安全出口均打開）。考慮到演練為事前通知，所有學生聽到警報后立即進行疏散，所以預動作時間可以忽略。場景1的設置與演練情形相同，不考慮預動作時間，模擬所得的整體疏散時間為483s。應急演練中整體疏散時間比模擬時間多約2min，可見學生在演練中并沒有達到最大的行走速度，這也與真實火災人員行動特征相吻合。

4? 結語

本文從高校公寓樓消防安全管理的角度出發，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定。為了使安全出口能夠有效使用，同時考慮學生公寓治安管理要求，可設置火災等緊急狀態下安全出口聯動啟動裝置，通過應急廣播引導學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，學生公寓應設置為常開防火門，平時處于開啟狀態，火災時聯動關閉。此外，疏散樓梯應經常維護保養，保證其功能完好有效。

研究發現應急演練下學生整體疏散時間比模擬時間多出約2min，說明學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，學校應加強學生常態化安全教育，強化應急疏散演練的真實性、實效性，切實提高學生消防安全意識和應急處置能力。

參考文獻：

[1]馬加名.基于GIS的高校學生宿舍火災風險評估及應急決策系統研究[D].武漢：武漢理工大學，2014.

[2]方正.高校校園火災原因分析及其對策[J].湖北理工學院學報，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]國家技術監督局.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