基于Pathfinder的山東某高校多層學生公寓安全疏散研究

摘要：高校學生公寓作為學生日常生活的主要活動場所，在緊急情況下，安全疏散時暢通無阻對于保障學生安全至關重要。以山東某高校多層學生公寓為例，采用Pathfinder軟件分析了樓梯間位置、安全出口寬度及走廊寬度對人員疏散安全性的影響。研究發現，改變樓梯間布局位置對于人員疏散安全性的影響較大，將樓梯間均勻設置于多層學生公寓的走廊中的布局形式，能有效地引導人員快速疏散；改變安全出口寬度以及走廊寬度對于人員疏散安全性的影響較為有限。

關鍵詞：高校學生公寓；人員疏散；Pathfinder

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）05-0010-03

鑒于學生公寓人員密集的特性，火災發生時若無法實現高效疏散，易引發嚴重的社會影響和經濟損失。國內外研究者對學生宿舍人群疏散問題，從多個維度進行了深入研究。郭萬海[1]等開展了安全出口設置與人員疏散效率的關聯性研究。謝明峰[2]等針對疏散過程中的人員擁堵現象開展研究，重點優化了疏散設施關鍵參數。Pathfinder軟件憑借其優越的性能和廣泛的應用基礎，目前被廣泛應用[3]。本文對山東某高校的多層學生公寓進行了人群疏散情景的仿真模擬研究。通過對比模擬結果，分析學生公寓中樓梯間布局位置、安全出口寬度以及疏散走廊寬度對人員疏散效率所產生的影響，從而得出最佳疏散方案。

1 模型搭建及參數設定

1.1" 模型搭建

對山東某高校的多層學生公寓進行建模，該公寓的樓層高度為3.5m，共有6層，每層建筑面積約為1017m2，建筑總面積約為6107m2，耐火等級為二級。該學生公寓為內廊結構，每層樓均設有38個房間，其中36間為宿舍（因一層存在1間學生公寓大廳、1間管理室和1間設備室，故1層共32間宿舍），每個房間均為標準4人間。在走廊盡端分別設有封閉樓梯間，其門凈寬為2m，樓梯間為雙跑樓梯，樓梯的梯段凈寬度為1.6m，宿舍房間門的凈寬度為0.9m，每層的東西兩側均設置有1間公共衛生間。1層大廳則設置有安全出口，其凈寬為3.5m。建筑平面布局見圖1、圖2。

在Pathfinder軟件中，用戶可以調整模擬中人員的肩寬、身高以及他們在疏散過程中的移動速度等關鍵參數。本次模擬所選取的高校公寓為男生公寓，依據GB/T10000—2023《中國成年人人體尺寸》標準，采用青年男性人體參數的平均值來進行相關設定，即：肩寬45.5cm，身高1.75m，疏散速度為1.5m/s。

Pathfinder軟件提供了兩種核心的行為模式供用戶選擇：Steering模式和SFPE模式。為了更真實地模擬復雜的行人流動情況，采用了Steering模式，該模式行人基于預設路徑向出口移動，但其行進過程會受環境及周圍行人動態影響。

學生因跨專業、年級上課時段不同，從而導致白天樓層人員分布差異顯著。然而，到了晚上學生們休息后，人員分布則變得相對平均，且此時整個建筑內的總人數達到了高峰。本次模擬選取了最不利情況，即各樓層宿舍均處于滿員時，共計849人參與疏散模擬（848名為學生，1名為宿管），將行為方式均設置為“Goto Any Exit”，該算法能確保人員從當前位置出發，自動選擇最短的路徑到達任何疏散出口。

1.2" 安全疏散評價標準

1.2.1" 疏散所需時間

設定火災發生至室內人員感知的時間為TA（s），人員在開始疏散前的預備時間為TR（s），人員從宿舍疏散至安全區域的時間為TB（s）。學生宿舍疏散所需的總時間TRSET可通過以下公式進行計算：

TRSET=TA+TR+TB （1）

考慮到學生對宿舍布局的熟悉程度，人員火災感知時間TA確定為30s；鑒于一旦宿舍樓發生火災，學生能夠迅速做出應急反應，因此將疏散準備時間TR設為30s。在實際火災中，人員路徑選擇受多因素影響，需引入安全系數以提升疏散模擬的真實性。依據《SFPE消防工程手冊》，最終將安全系數確定為1.1。參照GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規范》并結合實際應用場景，學生宿舍的安全疏散允許時間被設定為5～7min，本研究中采用7min作為標準值。

1.2.2" 最小疏散凈寬

根據GB55037—2022《建筑防火通用規范》中對于最小疏散凈寬度的規定，本學生公寓的疏散出口、疏散走道和疏散樓梯各自的總凈寬度，應根據疏散人數和每100人所需最小疏散凈寬度計算確定，在該學生公寓中，標準層每層共有36間標準4人間宿舍（共144人），根據規范規定的最小疏散凈寬度為1.44m，在該建筑中，疏散走道的寬度為2.1m，疏散樓梯的總寬度為3.2m，均超出了規范所規定的標準，因此判定，該建筑的最小疏散凈寬度滿足規范要求。

1.2.3" 疏散距離

根據GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規范》中對于房間內任一點至房間直通疏散走道的疏散門的直線距離的規定，在該學生公寓的設計中，樓梯間被設置于走廊的末端位置。該建筑中最遠端房間疏散門至最近安全出口的實際距離為30.98m，滿足規范所設定的40m，在下文的改變樓梯間寬度的模擬實驗中，情況2、3存在袋形走道，最遠的房間疏散門至最近安全出口的直線距離為21m，滿足規范要求的22m。

2 模擬研究及數據分析

在實際情況中，盡管已增設了數個疏散通道及出口，疏散通道與出口的使用不均衡狀況仍然普遍存在。基于上述的疏散模型，本研究分別設置樓梯位置、安全出口寬度、走廊寬度等變量作為人員疏散時間的影響因素，從而探討這些因素對人群疏散過程中產生的具體影響。

2.1" 改變樓梯間位置

本模擬設置3個情況，分別將樓梯間布置在走廊的不同位置。情況1：樓梯間位于學生公寓的兩端；情況2：樓梯間均勻設置在走廊中，即位于學生公寓走廊的1/3處；情況3：樓梯間一部位于學生公寓的端部，一部位于學生公寓走廊的1/3處。最終建立的模擬模型見圖3～5。

表1為整棟建筑的疏散時間計算結果。在此，采用了α=1.1的系數進行計算。通過與《建筑設計防火規范》中的數據進行對比，建筑內所有人員疏散完成所需時間TRSET均未超過規范給定的閾值TASET，滿足人員成功疏散逃生的條件。因此，可以認為疏散仿真結果是有效的。

利用Pathfinder軟件對各情境進行模擬分析，得出不同情境下各樓層樓梯口的所需疏散時間。為方便研究，選取學生公寓的一、三、五層作為研究對象，其疏散時間見表2。

情況1在中、高層時的疏散速度和情況2相差較小，但在低層疏散時相差較大，最大相差31.0s。其差異的產生，根源在于樓梯布局的不合理性，兩部樓梯彼此間距較遠且在一層時兩部樓梯離大廳距離也較遠，因此人群多選擇從一層樓梯間的出口直接疏散至室外，當人群遭遇擁堵時，一層大廳的出口難以緩解樓梯間出口的人員擁堵情況。

情況2中，總疏散時間相較于情況1實現了顯著的縮減，總疏散時間減少了29.2s。這一改進有效提升了模擬的安全撤離效率。情況3與情況2相比，疏散時長顯著增加，具體增幅為36.6s。此延長主要歸因于中、高樓層人員到達樓梯的延遲，以5層為例，其最后抵達出口1和出口2的時間分別滯后了62.8s和49.0s。

2.2" 改變安全出口寬度

本模擬共設定了5種情況，將出口1和出口3的寬度設置為不同值，即原寬度、2.1、2.4、2.7、3.0m。模擬結果匯總見表3。研究發現，出口寬度調整對整體疏散效率未產生顯著改善效果，各實驗組中最大降幅未超過3.5%，且存在逆向增長的特殊現象。因此，在制定宿舍疏散優化方案時，應優先考慮其他具有更高改進潛力的技術措施，而非將出口寬度調整作為首要優化目標。

2.3" 改變走廊寬度

本模擬共設計了4種情況，分別將走廊的寬度設置為不同值，即原走廊寬度2.1、2.6、3.1、3.6m，模擬結果匯總見表4。在維持建筑疏散出口寬度恒定的條件下，走廊寬度的增加對整體疏散時間的優化效果存在局限性，各情況中疏散耗時最大降幅均未超過3%，這表明單純增加走廊寬度并不能顯著降低整體疏散時間。因此，在設置走廊寬度時，依據規范確定寬度是合理的。若以提升疏散效率為目標，則無需在此既定寬度基礎上再增加。

3 結束語

當樓梯間不對稱且不均勻分布時，人員疏散過程暴露出較大缺陷：盡管疏散個體選擇最優路徑的時間得以縮減，但各樓梯出口人流分布極不均衡，進而在某些區域引發了擁堵現象，影響了整體疏散效率。通過將兩個樓梯間的位置均勻分布，實現了各出口疏散人數的均衡分布，此舉顯著提升了出口的有效利用率，有效緩解了擁堵問題。單純擴大出口寬度以及單純改變走廊寬度并不能有效縮短該建筑的總疏散時間。基于此，建議在制定該宿舍疏散優化方案時，應優先考慮其他具有更優改進潛力的技術措施。

參考文獻

[1]郭萬海，朱國慶，王湛.大型商業綜合體人員安全疏散策略研究[J].消防科學與技術，2020，39（4）：482-486.

[2]謝明峰，魯義.高校教學樓火災與人員疏散模擬研究[J].消防科學與技術，2021，40（1）：85-90.

[3]劉康明.考慮教學樓教室布局對疏散效率的仿真模擬研究[J].今日消防，2021，6（6）：10-12.