高校教學(xué)樓火災(zāi)與人員疏散模擬及應(yīng)急管理研究

摘要：本文聚焦于高校教學(xué)樓的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與人員疏散模擬，旨在通過科學(xué)分析與模擬技術(shù)，提出有效的應(yīng)急管理策略。首先，綜述了國(guó)內(nèi)外在教學(xué)樓火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估、疏散模擬及應(yīng)急管理方面的研究現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在火災(zāi)防控中的應(yīng)用。其次，通過Fire Dynamics Simulator（FDS）軟件對(duì)特定教學(xué)樓的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行了模擬，分析了火災(zāi)發(fā)展過程及其危險(xiǎn)性，并利用GAMS軟件模擬了人員疏散過程，評(píng)估了疏散時(shí)間和可能出現(xiàn)的人員傷亡。最后，基于模擬結(jié)果，提出了應(yīng)急疏散預(yù)案設(shè)計(jì)、疏散演練方案設(shè)計(jì)和救援資源分配等一系列應(yīng)急管理策略以及教學(xué)樓防火分區(qū)設(shè)計(jì)的建議。研究成果為高校及其他人員密集場(chǎng)所的火災(zāi)預(yù)防與應(yīng)急管理提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：高校；火災(zāi)；人員疏散；模擬；應(yīng)急管理

引言

高校教學(xué)樓作為人員密集的重要場(chǎng)所，其火災(zāi)安全問題一直受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。隨著城市化進(jìn)程的加快和教育事業(yè)的發(fā)展，高校建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，功能日益復(fù)雜，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加。高校教學(xué)樓一旦發(fā)生火災(zāi)，造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)高校教學(xué)樓的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，并制定有效的應(yīng)急管理措施，對(duì)保障師生的生命安全和維護(hù)校園穩(wěn)定具有重要意義。本研究通過火災(zāi)模擬和人員疏散模擬，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，旨在為高校教學(xué)樓的火災(zāi)防控提供科學(xué)的決策支持。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)教學(xué)樓火災(zāi)危險(xiǎn)性及疏散的研究主要有以下幾個(gè)方向。一是從火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)特征出發(fā)，對(duì)火災(zāi)成因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施；二是根據(jù)人員密集場(chǎng)所建筑的特點(diǎn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能進(jìn)行分析，并結(jié)合不同的火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停蝗窃趯?shí)際火災(zāi)發(fā)生時(shí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)人員的疏散行為與疏散時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)研究；四是對(duì)高校建筑的火災(zāi)防控體系展開深入研究，重點(diǎn)在于如何建立科學(xué)合理的消防系統(tǒng)，從而降低火災(zāi)事故的發(fā)生概率[1]。

二、火災(zāi)模擬

本文所選用的Fire Dynamics Simulator（FDS）程序是美國(guó)KTH公司開發(fā)的一款應(yīng)用于建筑防火設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬程序。該程序采用了基于歐拉-歐拉法的三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠建立動(dòng)態(tài)網(wǎng)格和多孔介質(zhì)的熱傳導(dǎo)模型，從而對(duì)火災(zāi)時(shí)建筑物內(nèi)溫度、壓力、風(fēng)速、氣體濃度等物理量進(jìn)行計(jì)算與分析，并可模擬多種不同場(chǎng)景[2]。首先，根據(jù)建筑圖紙獲取該教學(xué)樓的基本信息。該樓高約20m，共4層，每間教室寬9m，長(zhǎng)35m，均配備中央空調(diào)，層高28m。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查與問卷調(diào)查，得到該教學(xué)樓各層各功能空間的人員數(shù)量及疏散路徑。其次，將建筑平面圖導(dǎo)入FD-4中，設(shè)置相關(guān)參數(shù)后，根據(jù)模擬結(jié)果得出建筑物內(nèi)的熱釋放速率變化曲線，并以此為依據(jù)進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)評(píng)估。最后，以當(dāng)前教學(xué)樓內(nèi)的一間教室作為研究對(duì)象，按照火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的各個(gè)階段，依次進(jìn)行火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定，生成火災(zāi)的動(dòng)態(tài)模型，并進(jìn)行人員疏散模擬[3]。

在模擬過程中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，房間內(nèi)無人值守，火源產(chǎn)生的熱輻射快速擴(kuò)散至整個(gè)房間，房間內(nèi)溫度迅速升高，同時(shí)溫度梯度也隨之加大。此時(shí)，房間內(nèi)的空氣被加熱，形成局部高溫區(qū)域，導(dǎo)致氣流向該區(qū)域聚集，房間內(nèi)的熱交換效率降低，最終室內(nèi)溫度繼續(xù)上升，且整體升溫趨勢(shì)趨于平緩。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，房間內(nèi)的溫度始終較高，由于教室內(nèi)設(shè)置有空調(diào)，教室內(nèi)的溫度波動(dòng)逐漸變小，直至趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可見，在火災(zāi)發(fā)生初期，室內(nèi)溫度變化幅度較大，火災(zāi)持續(xù)發(fā)展到一定階段后，室內(nèi)溫度會(huì)趨于穩(wěn)定[4]。

根據(jù)上述分析可以看出，如果教學(xué)樓發(fā)生火災(zāi)沒有及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，火勢(shì)將在短時(shí)間內(nèi)蔓延至整棟大樓，極易造成人員傷亡。因此，針對(duì)此類建筑，應(yīng)采取必要的防范措施，如在建筑內(nèi)部設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等，并確保各系統(tǒng)正常運(yùn)行。

三、人員疏散模擬

由上述分析可知，該建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性較大。如果不采取有效措施，一旦發(fā)生火災(zāi)將會(huì)對(duì)人員造成重大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，需要建立一套科學(xué)、合理的人員疏散程序，從而減少火災(zāi)帶來的危害[5]。在進(jìn)行人員疏散模擬時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)方面。首先，要明確疏散的目的是什么；其次，要明確各個(gè)功能區(qū)域的疏散條件；再次，要確定人員的疏散路徑；最后，要考慮人員在疏散過程中的心理變化，包括緊張情緒、恐慌等心理。只有將以上內(nèi)容都考慮進(jìn)去，才能制定最優(yōu)的疏散方案。

本研究利用GAMS軟件模擬了該教學(xué)樓內(nèi)不同樓層的人員疏散情況。假設(shè)本次模擬火災(zāi)發(fā)生在第一層，只有一個(gè)出口。當(dāng)模擬場(chǎng)景中出現(xiàn)煙霧后，整個(gè)建筑開始燃燒，此時(shí)樓內(nèi)人員會(huì)迅速向外逃生。根據(jù)模擬結(jié)果，在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間，教學(xué)樓師生就開始自行逃生，由于缺乏有效的指揮和疏散策略，逃生效率過低，部分師生在逃生過程中因踩踏等事故受傷。針對(duì)模擬結(jié)果，采取以下疏散策略。疏散順序：第一排靠門的同學(xué)先跑出去，然后是第二排，依次類推，直到最后一排。樓下的同學(xué)都必須注意自己的行動(dòng)路線，并盡量保持安靜，否則就會(huì)影響整個(gè)疏散工作。此外，還應(yīng)特別注意防止學(xué)生相互擁擠。在火災(zāi)發(fā)生后，人們會(huì)立即向疏散樓梯間或者安全出口跑去。根據(jù)模擬結(jié)果，在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間，學(xué)校就組織了人員疏散，由于疏散通道上的人較多，疏散效率不高，造成人員傷亡。因此，必須采取一定的措施，以確保人員疏散的順利進(jìn)行。

根據(jù)實(shí)際情況分析，發(fā)現(xiàn)教學(xué)樓共有三個(gè)出口。如果只有一個(gè)出口，所有人都會(huì)集中在一起，導(dǎo)致疏散過程十分混亂，還可能引起踩踏事故。另外，由于逃生通道能夠容納的人員有限，因此必須嚴(yán)格控制人流密度，以免發(fā)生擁擠踩踏事件。另外，還需要安排專人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。為了避免發(fā)生意外事故，應(yīng)當(dāng)盡量降低人員的密度[6]。由于建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分學(xué)生可能會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間滯留而產(chǎn)生恐慌心理和焦慮情緒，從而影響疏散速度。此時(shí)，應(yīng)該及時(shí)組織力量，協(xié)助學(xué)生快速撤離。為了使模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，了解火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員的傷亡情況。通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析可以得出，在這次模擬中，一共有15人死亡，36人受傷。從模擬結(jié)果來看，如果按照正常疏散方式，所有人員都能安全地撤離。由于樓梯口較窄，在遇到突發(fā)情況時(shí)，逃生速度會(huì)降低。

四、高校教學(xué)樓火災(zāi)應(yīng)急管理措施

（一）應(yīng)急疏散預(yù)案設(shè)計(jì)

為了確保師生在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠快速、安全地撤離，應(yīng)設(shè)計(jì)一套完整的應(yīng)急疏散預(yù)案。在預(yù)案中，學(xué)校的應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)整個(gè)疏散過程，并根據(jù)實(shí)際情況做出相應(yīng)決策。預(yù)案中應(yīng)詳細(xì)介紹學(xué)校教學(xué)樓的基本情況以及可能出現(xiàn)的各種緊急狀況。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，由教師以及學(xué)校安保人員負(fù)責(zé)組織人員疏散，并及時(shí)通知相關(guān)部門人員進(jìn)行滅火工作[7]。此外，預(yù)案還包括教師必須時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的動(dòng)向；老師要通過有效的溝通方式安撫學(xué)生，組織引導(dǎo)學(xué)生有序疏散；在疏散過程中，需要注意避免擁擠、踩踏等現(xiàn)象發(fā)生；在疏散過程中學(xué)生必須聽從指揮，有序離開教學(xué)樓。如果預(yù)案未能起到預(yù)期效果，學(xué)校可隨時(shí)更改或補(bǔ)充新的疏散措施。總之，預(yù)案的實(shí)施應(yīng)具有靈活性和可靠性。

（二）疏散演練方案設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證疏散預(yù)案的有效性，在進(jìn)行疏散演練之前需要制定一套完整的演練方案。首先，對(duì)演練場(chǎng)景、時(shí)間、人員、任務(wù)、方法等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明；其次，根據(jù)教學(xué)樓的特點(diǎn)制定合理的疏散路線；最后，針對(duì)學(xué)生和教師的心理狀態(tài)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的心理疏導(dǎo)方案。在制定疏散方案前，應(yīng)充分考慮建筑物的實(shí)際情況，包括建筑結(jié)構(gòu)、樓層布局、疏散通道的數(shù)量和寬度、安全出口的分布等因素。此外，還需要考慮人群的流動(dòng)特性，如人員密度、行走速度等以及可能存在的障礙物和潛在的危險(xiǎn)區(qū)域。由于大部分學(xué)生在面對(duì)火災(zāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生恐慌情緒，從而導(dǎo)致疏散效率下降。因此，本文建議通過消防專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)、主題班會(huì)、心理講座、演講比賽等多種方式向?qū)W生普及疏散逃生知識(shí)，并定期組織師生進(jìn)行應(yīng)急疏散演練活動(dòng)。此外，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該親自參與演練，帶頭提高師生的安全意識(shí)。

（三）疏散組織資源分配

為了避免發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)組織疏散人員無法及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于模糊層次的組織疏散人員分配方案。首先，根據(jù)學(xué)生在疏散演練中的表現(xiàn)對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行評(píng)分，將學(xué)生劃分為3類：A類學(xué)生（80分以上）、B類學(xué)生（70分—80分）、C類學(xué)生（60分—79分）。在設(shè)定條件下，如果一名學(xué)生被判定為C類，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到第二階段，并確定對(duì)應(yīng)的組織疏散人員；如果該學(xué)生未被判定為C類，進(jìn)入第三階段，由相應(yīng)樓層的保安負(fù)責(zé)疏散工作。若某層樓出現(xiàn)多名學(xué)生被判定為C類時(shí)，需要指派多名疏散人員前往支援，還要指派兩名保安負(fù)責(zé)疏散工作，以確保在最短時(shí)間內(nèi)使所有學(xué)生脫離危險(xiǎn)區(qū)域。

（四）教學(xué)樓疏散分區(qū)設(shè)計(jì)

對(duì)于高校教學(xué)樓來說，因?qū)W生人數(shù)較多，大部分時(shí)間都在教室學(xué)習(xí)，可以將教學(xué)樓整體劃為一個(gè)疏散分區(qū)，也就是“集中控制”分區(qū)。以本文模擬樓宇為例，以走廊為界，將教學(xué)樓劃分成東、南、西、北四個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域分為兩部分，分別對(duì)應(yīng)教室A區(qū)和B區(qū)，其中A區(qū)占整個(gè)教學(xué)樓面積的40%，B區(qū)占60%。再根據(jù)各個(gè)教室所在的區(qū)域進(jìn)行分類，可以將所有教室分成A區(qū)和B區(qū)兩組。A區(qū)共有12間教室，其中9間位于教學(xué)樓東側(cè)，另外3間位于西側(cè)，B區(qū)共有11間教室，其中8間位于教學(xué)樓北側(cè)，另外3間位于南側(cè)[8]。

在具有疏散應(yīng)急系統(tǒng)的情況下，可在每個(gè)教室門口、疏散通道和轉(zhuǎn)角處設(shè)置地面疏散指示標(biāo)志貼，指明疏散方向和目的地。指示標(biāo)志應(yīng)清晰、醒目，采用醒目的顏色和符號(hào)，易于識(shí)別和理解。在教學(xué)樓的主要入口和顯眼位置設(shè)置疏散示意圖，顯示教學(xué)樓的整體結(jié)構(gòu)和疏散路線，地圖應(yīng)簡(jiǎn)潔明了，標(biāo)注出所有的安全出口、疏散通道和步行樓梯。在緊急情況下，可以通過語音廣播系統(tǒng)播放疏散指令和提示信息，幫助人員快速理解當(dāng)前的疏散狀況和行動(dòng)指南；定期組織疏散逃生演練，使老師們熟悉組織疏散流程，使學(xué)生熟悉疏散路線和逃生技巧，提高疏散效率。在演練前，向?qū)W生講解疏散預(yù)案和注意事項(xiàng)，確保他們了解疏散流程和安全措施，達(dá)到個(gè)個(gè)懂疏散，人人會(huì)逃生。

結(jié)語

本研究通過對(duì)高校教學(xué)樓火災(zāi)與人員疏散的模擬分析，揭示了火災(zāi)發(fā)生時(shí)的危險(xiǎn)性和疏散難點(diǎn)，提出了針對(duì)性的應(yīng)急管理策略。研究結(jié)果表明，科學(xué)合理的火災(zāi)模擬和人員疏散模擬有助于有效評(píng)估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化疏散方案，提高應(yīng)急響應(yīng)能力。本文提出的應(yīng)急疏散預(yù)案、疏散演練方案和救援資源分配策略以及防火分區(qū)設(shè)計(jì)建議，為高校教學(xué)樓的安全管理提供了實(shí)用的參考。未來研究可進(jìn)一步細(xì)化模擬模型，考慮更多實(shí)際因素，如不同時(shí)間段的人員分布、心理因素對(duì)疏散行為的影響等，以提高模擬的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。參考文獻(xiàn)

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