高校公寓部分疏散通道失效下的人员疏散行为及其消防管理对策研究

张媛媛 宋冰 王垚磊 瞿望 杨五勤

摘要：由于管理以及实际维护等问题，高校公寓疏散通道往往存在部分功能失效的情况。基于Pathfinder三维动态仿真疏散模拟软件研究了高校公寓人员疏散行为并提出了相应的对策措施。研究发现，相同情况下，女生公寓楼的整体疏散时间要比男生用时长6.8%;安全出口失效的情况下，疏散效率下降最大达到77.9%，整体疏散行动时间增加23.7%;一部疏散楼梯失效下，整体疏散时间增加13.9%。可见确保疏散通道的畅通对发生火灾时的疏散至关重要。此外，研究还发现应急演练下学生整体疏散时间比模拟时间多出约2min，说明学生思想上没有高度重视，紧张度不够，需要加强安全应急教育。相关研究结论对高校公寓消防管理具有一定的借鉴意义。

关键词：高校公寓;火灾;数值模拟;疏散行为;消防管理

从校园火灾案例中发现，学生公寓是高校火灾的易发频发场所，一直是高校消防安全管理的重点，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，但校园火灾事故仍时有发生，主要原因为我国高校学生公寓普遍建成时间久、被动防火设施破损多、电气设备老化严重、消防系统陈旧等诸多不足[1]，加之学生违规用电现象屡禁不止。据相关学者统计，自2000年以来，全国高校共发生火灾4 000余起，造成50多人死亡，累计造成直接财产损失达200多亿元[2]。

事故表明，火灾事故时的人员安全疏散至关重要。但是，由于管理以及实际维护不到位，高校公寓疏散通道往往存在部分失效问题。例如，高校学生公寓考虑管理人员、治安等因素，一般只有公寓值班人员所在安全出口处于常开状态，其他安全出口均被封锁。再如，高校公寓内疏散楼梯由于经常有人通行，防火门常处于开启状态，加之年久失修，发生火灾时不能起到防火隔烟的作用，烟气通过“烟囱效应”可迅速蔓延至整个公寓，危及学生生命安全。目前，尚未有学者从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员疏散行为及其对策。本文基于Pathfinder疏散模拟软件研究了该问题，并对相关的消防安全管理工作進行了讨论，为高校日常消防管理工作提供理论指导和警示借鉴。

1  疏散模型及场景设置

1.1  建筑物结构

笔者选取某高校学生公寓为研究对象，公寓共7层，总高度22.4m，东西长88m，南北长93m，占地约为4045m2。公寓共有6部疏散楼梯，10个对外安全出口（其中6个出口朝向公寓天井），安全出口总宽度22.5m，公寓内共518间宿舍，楼内设有消防给水及消火栓系统、无线烟感火灾自动报警系统、消防应急照明和疏散指示系统等。图1为该公寓基本建筑布局图。

1.2  疏散模型

本文疏散模型的建立是基于美国Thunderhead engineering公司研制开发的一款图形动态疏散仿真模拟软件Pathfinder。该软件应用原理近似于水流动模型，可以用于模拟常态和紧急情况下人员在疏散过程中的运动状态及疏散行为特征。根据软件特定的算法，疏散人员既可以相对独立运动，同时又会受其他人员干扰，真实体现出疏散状态特征。图2为建立的公寓三维动态疏散仿真模型。

1.3  疏散参数选择

公寓三维动态疏散仿真模拟人员行走速度按照美国消防工程师手册（HandbookofFireProtection Engineering）提出的SFPE疏散模型确定速度参数[3]，定义了两类人群类型，分别为成年男学生、成年女学生。定义紧急情况下的男学生疏散最大速度为1.5m/s，女学生运动速度为男生运动速度的85%，即1.28m/s。

依据国标《中国成年人人体尺寸》以及相关调查测算数据，定义男学生肩宽为50cm，女学生肩宽为45cm[4]。

该公寓每间宿舍可住4名学生，考虑所有宿舍均有人住，学生总计2072人。此外，公寓楼内设有学生社区党工委办公室，考虑物业管理中心人员等，计入20人。因此，疏散模型设置总人数2092人。

1.4  确定人员疏散时间

疏散时间的确定是相对随机的，受人的主观因素影响较大，且难以控制。国际上通常将疏散过程分为三个阶段：察觉阶段（报警时间）、行为和响应阶段（人员预动作时间）、行动阶段（疏散行动时间）。人员整体疏散时间则可用公式（1）计算得出：

式中：TRET为整体疏散需要时间，s;Td为报警时间，s;Tpre为人员疏散预动作时间，s;Tt为人员疏散行动时间，s;ks为安全系数，一般取1.5～2。本文中Tt为疏散软件模拟的时间。

1.5  报警时间与人员疏散预动作时间确定

该公寓每间宿舍及公共区域设有无线烟感报警探测器，可将火警信息第一时间反馈到学校消防控制中心。每年学校会组织全体新生参加应急疏散演练，模拟某间宿舍突发火情后，学校各部门的应急处置程序。根据演练结果，消防控制中心接到火警后通知公寓管理人员现场确认的时间为50s。

报警时间Td按照模拟演练数据定为50s，人员疏散预动作时间根据英国《BSDD240：1997，FireSafety EngineeringinBuildings》[5]推荐，取值为60s。安全系数ks取值1.5。

1.6  疏散场景设置

本文考虑公寓人员性别、安全出口是否有效、火灾下疏散楼梯失效等因素共设置4个疏散场景，如表1所示。

2  人员疏散时间对比分析

根据设置的场景建立了四个仿真模型，场景1模拟过程中发现公寓第7层全部疏散至楼梯间的行动时间为46.3s。25s时，6层各楼梯人员密度在3人/m2左右，出现了拥堵情况，如图3所示。6层全部疏散至楼梯间行动时间为139s，说明此时各疏散楼梯的服务水平处于较差状态。全体人员疏散至室外安全区域行动时间为288.5s，根据模拟结果得出，4#、5#、6#疏散楼梯较为拥堵，疏散效率较低。

根据场景2模拟结果，所有女生全部撤离到室外安全地点用时314.5s，较男生用时多26s，虽然女生疏散速度设置为男生疏散速度的85%，但由于该公寓安全出口多、人员密度不大，加上女生体型小巧，因此疏散行动时间跟男生疏散时间比较差距不大，女生疏散行动时间比男生疏散行动时间长约9%。

为了方便公寓日常安全管理，安全出口1#、3#平时处于常开状态，其余安全出口设置为火灾等突发情况下联动开启，但由于学生平时出入习惯，1#、3#安全出口会被高效利用，因此设置模拟场景3，只有1#、3#安全出口开启，其余处于关闭状态。根据场景3模拟结果，与场景1进行对比，分析各楼层学生全部疏散至楼梯间所用时间，如表2所示。结果发现，7层疏散效率降低幅度最大，达77.9%，整体疏散效率降低23.7%。

通过场景1～4可以看出，相同情况下，女生宿舍楼的疏散用时更长。女生的整体疏散时间要比男生长6.8%。此外，在安全出口失效的情况下，疏散效率下降最大达到77.9%，整体疏散行动时间增加23.7%。单个疏散楼梯失效情况下，疏散行动时间增加了18.5%，整体疏散时间延长13.9%。

3  計算机仿真模拟与疏散演练对比分析

为分析计算机仿真模拟的精确性，本节探讨计算机仿真模拟时间与人员疏散演练时间的内在联系。根据演练结果，所有学生接到疏散指令后，疏散至室外安全区域用时605s（所有安全出口均打开）。考虑到演练为事前通知，所有学生听到警报后立即进行疏散，所以预动作时间可以忽略。场景1的设置与演练情形相同，不考虑预动作时间，模拟所得的整体疏散时间为483s。应急演练中整体疏散时间比模拟时间多约2min，可见学生在演练中并没有达到最大的行走速度，这也与真实火灾人员行动特征相吻合。

4  结语

本文从高校公寓楼消防安全管理的角度出发，基于Pathfinder疏散模拟软件研究了不同情形下人员疏散行为特征，得到以下结论：

安全出口失效的情况下，疏散效率下降最大达到77.9%，整体疏散行动时间增加23.7%，可见安全出口被封堵是一个巨大的安全隐患且违反法律规定。为了使安全出口能够有效使用，同时考虑学生公寓治安管理要求，可设置火灾等紧急状态下安全出口联动启动装置，通过应急广播引导学生从安全出口有序疏散。

一部疏散楼梯失效下，疏散行动时间就增加了18.5%，整体疏散时间增加13.9%。因此，学生公寓应设置为常开防火门，平时处于开启状态，火灾时联动关闭。此外，疏散楼梯应经常维护保养，保证其功能完好有效。

研究发现应急演练下学生整体疏散时间比模拟时间多出约2min，说明学生思想上没有高度重视，紧张度不高，演练过程中行动速度没有达到最大。因此，学校应加强学生常态化安全教育，强化应急疏散演练的真实性、实效性，切实提高学生消防安全意识和应急处置能力。

参考文献：

[1]马加名.基于GIS的高校学生宿舍火灾风险评估及应急决策系统研究[D].武汉：武汉理工大学，2014.

[2]方正.高校校园火灾原因分析及其对策[J].湖北理工学院学报，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]国家技术监督局.中国成年人人体尺寸[M].北京：中国标准出版社，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