中小学生紧急情况下疏散演习实验研究

摘要：中小学教育建筑是城市文明发展不可缺少的一部分，然而由于中小学生的生活阅历少、心智发展尚不成熟，遇到地震、火灾、停电等紧急情况时容易出现心理恐慌，从而导致踩踏事故的发生。因此，开展中小学生在紧急情况下的安全疏散问题研究具有极其重大的现实意义。为此我们针对中小学生在教学楼内开展了紧急情况下的疏散实验。我们对两次疏散实验中学生通过走廊、楼梯和一楼出口的流量进行了计算与分析，并对不同地点的运动速度做了统计，结果表明多次疏散演练可以缩短学生的疏散时间，增大出口处的平均流量，同时提高在楼梯上的速度。通过分析，我们得到紧急情况下学生疏散的行为特征以及心理状态变化。

关键词：中小学生；紧急情况；疏散实验

0 引言

教育是社会发展的重要组成部分，由于城市化的发展，城镇人口迅速增多，中小学校的人数也迅速膨胀，学校里面人员密集、人流量大，发生灾害事故时很容易引发群死群伤的严重后果，社会影响恶劣。由于中小学学生心智发展还不成熟，在紧急情况下对伤害的规避能力、对于突发事件的应对能力、自我保护能力都比较弱，在平常生活中对自己的某些危险行为后果预见能力有限，比如在昏暗的楼梯口恶作剧，弯腰系鞋带等等，在面对火灾、地震等危机事件时更容易惊慌失措，也更容易受到伤害。目前国内针对校园疏散实验研究相对较少，对中小学生群体在火灾、地震等紧急场景下的疏散规律尚没有系统化的量化研究和分析，缺乏对疏散过程人群运动规律的数据采集和分析。

因此，中小学生紧急情况下的安全疏散问题及其对策的研究具有很强的迫切性和重要的现实意义。

1教学楼中小学生疏散实验

1.1 疏散场景

本次疏散实验选在某中学教学楼内，该教学楼共4层，参与疏散的班级共有8个，分别分布在二楼两个班，三楼两个班，四楼四个班，疏散过程中只有一部楼梯用来疏散，在该楼梯间、走廊等关键位置架设摄像机进行视频拍摄，记录整个疏散过程。教学楼二楼三楼疏散教室在教学楼东侧，分别有两个疏散教室，四楼疏散教室在教学楼西侧，有四个疏散教室。

1.2人员情况

表1是参与疏散演习实验的人员基本情况，实验人员都是刚小学毕业，上初一的新生，其疏散行为可以用来代表中小学生疏散的基本特性。其中七年级九班、七年级十班学生位于教学楼二楼，七年级十一班、七年级十二班位于教学楼三楼，七年级十三班～十六班位于教学楼四楼。每个班的人数分别为49、50、48、50、51、50、52、50人，总共有400人参与疏散实验，其中男生有189人，女生有211人。

1.3 实验设置及步骤

本文研究的主要内容为中小学生在紧急情况下的人员疏散，包括教室、走廊、楼梯等场所。实验过程中，我们分别在楼梯、走廊、教室等关键位置架设了摄像机，由于实验条件的限制，实验次数为两次。

本实验的具体实验步骤如下：

1. 集合各班班主任，告知其实验基本内容及要求，按照学校统一语音指示有序进行实验；

2. 第一次疏散广播响起，学生在班级教室里检查鞋带有没系好，准备疏散。第二次疏散广播响起，各班班主任组织学生疏散到指定地点；学生从教室疏散，分别从教室的前、后门出去；各楼层疏散顺序按照先低层后高层的原则；

3. 疏散完成后，学生集合到操场，然后再回到教室进行第二次疏散，疏散方法同第一次。

2典型人员疏散特性

在紧急疏散过程中，会有不同于平常的疏散现象出现，比如瓶颈处的拥挤、容易摔倒等等。通过对疏散中行人的运动行为进行分析，可以为预判人群运动提供参考，为预测人群由安全向危险发展的临界点提供依据。

2.1沿扶梯行走行为

在紧急情况下，行人的运动速度会加快，为了让自己不会摔倒，很自然的会把手扶在扶梯上行走。通过实验视频分析，大多数学生在紧急情况下的下楼过程中都会争取沿着扶梯进行疏散。

2.2楼梯处的拥挤行为

疏散时虽然要求各班站成两路纵队，靠楼梯两侧有序下楼，但是因为人员不能及时疏散出去，而导致在楼梯上人员形成拥堵。在拥挤的条件下一旦有人摔倒，将很难爬起来，容易造成事故，所以要在疏散的时候及时对学生进行引导。在拥挤的情况，我们观察到人员运动速度整体变慢，许多人在楼梯口等待。

2.3超越行为

在视频中我们观察到，楼梯外侧行人的运动速度要高于楼梯内侧的行人运动速度，在从楼梯进入平台的时候，外侧行人要走更远的距离，所以在平台上他们的运动速度也会高于靠近楼梯的行人。演习中的超越行为分为楼梯上的超越行为以及楼梯平台上的超越行为，我们观察到下楼的时候发生在平台上的超越行为要远远多于发生在楼梯上的。在遇到前面有人走的比较慢的时候，一些着急的同学会加快速度，超过前面的行人，在紧急情况下，楼梯上的超越行为也很容易导致学生摔倒，是一种比较危险的行为。

观察和理解这些行为可以在疏散的时候更合理、准确地设计模型。

3数据处理及分析

3.1疏散时间和出口流率

疏散的时候，设计的疏散指令是第一次听到疏散广播时，学生在教室检查好自己的鞋带有没系好，做好疏散准备工作，以保证安全，第二次疏散广播响时，开始疏散。文中统计的疏散时间为学生从第二次听到疏散广播开始运动到一楼大门口所用的时间。在发生地震、火灾等紧急情况下，人们可以用的疏散时间是有限的，疏散时间是评价中小学生疏散能力的一个重要参数，也是评估中小学生在紧急情况下能否安全逃生的重要参考。

可以看到，第一次疏散演习所用时间为208s，第二次疏散演習花了187s，比第一次疏散演习少用21s，说明在平时进行多次疏散演练可以在一定程度上缩短疏散时间。两次疏散演练第一个人疏散出去的时间也不一样，分别是第36s和第21s。也可以看到，疏散人数随着时间大致成线性递增关系，这是因为在疏散演习中，要求按照从低层到高层疏散的原则，所以大多数二楼的人从楼梯疏散完以后，楼上的人才开始疏散下来，在二楼楼梯口没有形成特别拥挤的状况，因此从二楼下来的人的流量是一定的，这在二楼楼梯口位置处的疏散人数与时间的关系图中也可以看出来。endprint

我们对出口的流量进行了统计，流量计算如公式（1）所示。其中F表示流量，N是时间间隔为Δt的时间内出去的人数。时间间隔Δt越长计算误差越大，但如果时间间隔较短，流量波动性会比较大，在本文中我们选取Δt=5s来进行计算。

F=N/Δt（1）

流量计算结果，流量虽然不是很稳定，但是主要都在1到3之间波动。第一次紧急疏散的平均流量是1.94人/s，第二次紧急疏散的平均流量是2.13人/s。第二次紧急疏散的平均流量要高于第一次緊急疏散的平均流量。

（2）不同出口疏散流量

通过比较不同地点的流量可以发现在疏散过程中哪些地点是制约疏散效率的关键地方。在教学楼疏散过程中，人首先在教室疏散出去，经过走廊，再到楼梯，最后从一楼出口出去。为此我们统计了教室、走廊、楼梯、一楼出口的疏散时间以及流量。59个人通过走廊所需时间是12s，50个人疏散出教室所需时间是20s，60个人通过楼梯需要28s，49人走出一楼出口需要18s；因此可以得出走廊的流量是4.92人/s，教室的流量是2.5人/s，楼梯上的流量是2.14人/s，一楼出口处的流量是2.72人/s。走廊流量最大，楼梯流量和教室的流量相差不大。但是因为有多个教室的行人同时疏散，人员经过走廊到达楼梯口时，因为只有一个楼梯口，在楼梯口处流量受到制约，从而导致人员在楼梯口拥堵。

3.2速度

（1）不同地点速度分布与大小

在实验中我们观察到人员从教室出来，经过走廊，在通过楼梯时容易形成拥堵，因此楼梯上的运动是影响疏散时间长短的主要因素。我们统计了两次疏散中楼梯上的速度。

台阶高度为0.18m，台阶深度为0.33m，台阶斜面的距离为0.376m，每两层之间共有24级台阶，因为摄像机拍摄角度的关系，只能拍到12级台阶上人员的运动，所以在计算楼梯上速度的时候，我们计算行人经过12级台阶的平均速度，每个行人的速度计算公式如公式（2）所示。

vi=L/t=12l/t（2）

同时，我们还研究了学生在走廊上的速度以及一楼出口处的速度，第一次疏散和第二次疏散在走廊上和一楼出口处速度差别不是很大。走廊上速度平均值是1.63m/s，标准差是0.28m/s。一楼出口处的速度平均值是2.30m/s，标准差是0.48m/s。表2给出了不同地点的速度大小与标准差，可以看到一楼出口处的速度最大，楼梯上的速度最小。学生通过一楼出口，通向室外，行走不受限制，所以速度较大，而在楼梯上行走，由于台阶的影响，行人会放慢速度使自身不会摔倒。

表1 不同地点速度大小

实验场景 楼梯

（第一次疏散） 楼梯

（第二次疏散） 走廊 一楼出口

平均速度（m/s） 1.18 1.43 1.63 2.30

标准差（m/s） 0.29 0.33 0.28 0.48

4结论

本文采用疏散演习实验和问卷调查相结合的研究方法对中小学生教学楼内的人员在紧急情况下疏散存在的问题进行了研究。对结果进行分析和讨论，主要得到了如下结论：

1. 在紧急情况下，行人在楼梯疏散时会沿着扶梯行走以让自己不会摔倒，行人在紧急情况下疏散会出现超越行为以及楼梯口等瓶颈处的拥堵行为。

2. 多次演习可以缩短人员疏散时间，实验中第一次疏散演习所用时间为208s，平均流量是1.94人/s，楼梯上的平均速度是1.18m/s；第二次疏散演习用时187s，平均流量为2.13人/s，楼梯上的平均速度是1.43m/s。

3. 不同地点流量大小不一样，走廊的流量是4.92人/s，教室的流量是2.5人/s，楼梯上的流量是2.14人/s，一楼出口处的流量是2.72人/s。走廊流量最大，楼梯处是疏散的瓶颈，易形成拥堵，人员疏散的平均流量接近疏散瓶颈处的流量。

4. 通过问卷调查的方法，我们得到行人在认知行为，确认行为，逃生行为各方面相关的行为特性。调查发现中小学生心理素质并不是很高，通过平常的疏散演习加强他们的心理素质很有必要。

参考文献：

[1]胡志莹，叶明海，大型社会活动人群拥挤事故防范系统研究，灾害学，（2006）108-112.

[2]张利欣，郭海林，刘宵，王志宁，不同室内布局对安全疏散的影响研究，消防科学与技术，（2014）639-641.

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作者简介：王信颖（1981-）男，汉族，山东聊城人，助理工程师，工程硕士，从事消防安全研究。endprint