鄭渝川

摘要：為研究高校禮堂的疏散效率，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，本文以某高校禮堂作為研究對(duì)象，采用Pathfinder疏散軟件為基礎(chǔ)，進(jìn)行模擬研究。分別設(shè)置兩組，每組5個(gè)工況來分別研究疏散出口寬度和個(gè)數(shù)對(duì)疏散效率的影響。結(jié)果表明：在一個(gè)可以容納700人的禮堂里，增加出口的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于增加單個(gè)出口門的寬度。當(dāng)人們?cè)谑枭⒌倪^程中遇到擁擠時(shí)，就會(huì)有在疏散末尾的人改變疏散出口，從而增加別的出口的疏散時(shí)間。在寬度一致時(shí)，禮堂的正門的疏散人數(shù)仍然是側(cè)門疏散人數(shù)的2.5倍。

關(guān)鍵詞：禮堂;疏散模擬;Pathfinder;疏散出口;疏散效率

1引言

禮堂作為學(xué)校開展大型活動(dòng)的主要場(chǎng)所，能容納幾千人，如果發(fā)生火災(zāi)，就極易造成人員的擁堵甚至發(fā)生踩踏事件。如果瞬間失去視野，就更加無法組織有序的疏散，這樣就更加無法順利疏散。

隨著國(guó)家重視教育，大學(xué)生越來越多，社會(huì)更加重視高校的安全環(huán)境，許多學(xué)者致力于研究高校的人員疏散，例如謝明峰和魯義[1]就通過Pyrosim進(jìn)行建模，使用FDS進(jìn)行火災(zāi)數(shù)值模擬，對(duì)溫度、有毒有害氣體、能見度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確定ASET;同時(shí)通過Pathfinder進(jìn)行人員疏散模擬，確定所需疏散時(shí)間，綜合分析表明長(zhǎng)廊式的多層教學(xué)樓，在疏散時(shí)會(huì)使人群集中在樓梯和走廊處而不是在出口。適當(dāng)增加多個(gè)出口比在原有的基礎(chǔ)上增加出口的寬度效果更好，戎傳亮[2]在原有研究高校教學(xué)樓的基礎(chǔ)上通過疏散通道溫度的變化進(jìn)一步研究對(duì)人員的影響，結(jié)果表明當(dāng)人員行動(dòng)時(shí)間的隨機(jī)性較大時(shí)，溫度和人員密度隨時(shí)間的變化無統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，當(dāng)兩者一致時(shí)，則其變化規(guī)律基本上符合高斯分布，但溫度總是滯后于人員密度變化。丁元春、劉星星等人[3]通過Pathfinder軟件模擬高校食堂發(fā)生緊急情況下的人員疏散，并提出增加出口寬度、增加一部室外樓梯等針對(duì)性意見，李輝鵬[4]在過去學(xué)者的基礎(chǔ)上，通過Anylogic研究恐慌心理對(duì)人員疏散的效率影響，得出由于恐慌心理的存在，其疏散時(shí)間是不考慮恐慌的1.3倍，其中大量的時(shí)間都滯留在瓶頸處，受到恐慌瓶頸處時(shí)間是原來的2.4倍，人員的峰值密度也是原來的1.4倍。房榮雅[5]和湛蓮香[6]等人都是通過研究不同樓層的著火點(diǎn)對(duì)學(xué)生疏散的影響，特別指出在一樓設(shè)置逃生窗和二樓設(shè)置外掛樓梯等措施。

通過閱讀大量文獻(xiàn)資料，很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)高校內(nèi)建筑有了一定的研究，但是對(duì)禮堂研究較少，尤其是這種大型建筑會(huì)邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外知名人士來訪交流，只要著火可能會(huì)因?yàn)椴皇煜ざa(chǎn)生極強(qiáng)的不安感，因此我們通過依次增加相同大小的出口的個(gè)數(shù)來優(yōu)化禮堂的人員疏散。

2模型的建立

122.1模擬軟件的選擇

國(guó)內(nèi)外有很多專家學(xué)者都在研究人員疏散，他們也使用了不同的模擬軟件。筆者研究高校禮堂時(shí)用的是Pathfinder軟件，這款軟件具有很強(qiáng)的靈活性，可以運(yùn)用在不同的場(chǎng)景中。其提供的可視化的用戶界面和較為真實(shí)的三維動(dòng)畫效果給我們?cè)谘芯繒r(shí)提供了疏散的過程。在人物設(shè)置（年齡、性別、文化等）和場(chǎng)景設(shè)置（CAD導(dǎo)入等）上都較為完善，所得出的模擬結(jié)果與真實(shí)的情況較為接近。

2.2設(shè)置參數(shù)

筆者建立了一個(gè)長(zhǎng)45m、寬44m的模型，在內(nèi)部設(shè)置階梯性的房間來模擬禮堂中每個(gè)人的座位要求，其中整個(gè)禮堂總共有25排座位，在左右兩側(cè)區(qū)域分別都是8個(gè)座位，在禮堂的正中心每排都是10個(gè)座位。

1）工況設(shè)置：設(shè)置一個(gè)初始出口為4m，在出口對(duì)稱的情況下，每次增加出口1m一共5組工況。同時(shí)，在初始情況下，對(duì)稱地增加出口個(gè)數(shù)，也設(shè)置5組工況。共10個(gè)工況其中工況1和工況6與初始條件一致。初始條件如圖1所示。增加出口的數(shù)量和位置如圖2-5所示。

2）人員參數(shù)：本文研究出口數(shù)量和出口寬度對(duì)高校禮堂人員疏散的影響，因此在設(shè)置時(shí)主要設(shè)置人員為青年人，疏散速度為2m/s，其余次要條件例如性別、文化、身高、寬度等因素，均設(shè)為軟件內(nèi)部的默認(rèn)值。

3）人員位置：場(chǎng)下每個(gè)人坐在自己的位置上，臺(tái)上有20個(gè)人正在進(jìn)行演出活動(dòng)，臺(tái)左右各有5名志愿者，在禮堂的外走道有20個(gè)人隨機(jī)分布，禮堂總共有700個(gè)人。

3結(jié)果分析

利用Pathfinder軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的工況進(jìn)行數(shù)值模擬，得到一下的結(jié)果如表1和表2所示

由模擬的結(jié)果可以看出以下幾點(diǎn)：

1）從工況1和工況2或工況3和工況4比較在足夠大的禮堂內(nèi)，增加大門出口的寬度并不一定能到到很好的疏散效果，工況2增加了1m疏散出口寬度反而增加了8.2秒的疏散時(shí)間，工況4增加了1m的疏散出口距離反而增加了6秒的疏散時(shí)間。

2）從工況6、8、10來看，出口成對(duì)出現(xiàn)時(shí)，疏散時(shí)間均有明顯的下降，分別下降57秒和4.3秒，由于疏散時(shí)出口若出現(xiàn)不對(duì)稱的情況則最后一個(gè)人的選擇未發(fā)生改變，因此總疏散時(shí)間在對(duì)稱的基礎(chǔ)上不會(huì)由明顯的降低。

3）從兩組工況組來看，在高校的禮堂中，要提高疏散效率，增加疏散出口的數(shù)量要好于增加疏散門的寬度。尤其是當(dāng)出口從兩邊開始增加時(shí)，疏散時(shí)間明顯降低，多個(gè)出口很好的分擔(dān)了疏散人群的任務(wù)。

4問題討論

針對(duì)以上模擬得出的結(jié)果，筆者通過對(duì)工況10做出進(jìn)一步的分析，當(dāng)存在多個(gè)出口提供給人們進(jìn)行疏散時(shí)，為何疏散時(shí)間并沒有顯著的降低，反而有上升的可能，其次每個(gè)疏散門在疏散的過程中是否是均勻分散人群。

344.1疏散能力

從圖中來看，雖然各個(gè)出口的寬度相同均為4m，但是顯然每個(gè)疏散出口不是均勻疏散人群的，仍然是禮堂的正大門起到了主要的疏散功能，在模擬中，正大門主要疏散了270人，其余的側(cè)門分別疏散了98人、110人、106人、116人。側(cè)門疏散的人數(shù)差不多，離正門較遠(yuǎn)的門4和門5反而疏散了更多的人數(shù)。疏散側(cè)門離正門的遠(yuǎn)近并不是分擔(dān)正門疏散壓力的原因。多個(gè)出口出現(xiàn)時(shí)，當(dāng)人們從通道里出來，就會(huì)走向距離更近且無人員擁擠的疏散出口，由此人群在通道的盡頭就會(huì)分流從而達(dá)到緩解正門疏散壓力的效果。

4.2疏散出口選擇

上面總結(jié)了每個(gè)疏散門的疏散能力，但是人門時(shí)如何選擇疏散出口的，筆者從整個(gè)疏散的角度出發(fā)，研究人們?cè)谑枭⒌倪^程中是否發(fā)生了判斷上的改變。在不同時(shí)間段上觀察人們的行為。

從以上的圖中可以發(fā)現(xiàn)一些人一開始選擇從左側(cè)樓梯到通道，由于擁堵又開始往右側(cè)走，到達(dá)中間平臺(tái)的人由于中間樓道堵塞，開始往兩邊樓道走，因此就進(jìn)一步加重了擁堵的現(xiàn)象。由此證明人在選擇疏散出口時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)搖的心理，在一個(gè)出口處產(chǎn)生擁擠，就會(huì)有部分人放棄該出口而尋求別的出口。經(jīng)過擁堵區(qū)，人群會(huì)近乎于均勻的方式從各個(gè)出口逃生。

5結(jié)論

通過Pathfinder的高校禮堂疏散模擬，我們可以清晰的認(rèn)識(shí)到即使是單個(gè)出口，其寬度一再增加對(duì)疏散的效果提升也不是很明顯，相反地，增加疏散出口的數(shù)量就能明顯地提高疏散效率，由于場(chǎng)景是對(duì)稱設(shè)計(jì)的，因此當(dāng)相同寬度的疏散側(cè)門成對(duì)出現(xiàn)時(shí)，能大大提升疏散效率。當(dāng)每個(gè)疏散出口寬度一致時(shí)，禮堂的正門起到主要的疏散作用，其疏散能力是單個(gè)側(cè)門出口的2.5倍。人群在疏散產(chǎn)生擁堵時(shí)，在疏散尾端的人會(huì)改變疏散出口的選擇，進(jìn)而加大了整體的疏散時(shí)間，這就是再增加出口數(shù)量也未能降低疏散總時(shí)間的原因。在未來的進(jìn)一步人員疏散的研究上，可以針對(duì)疏散樓梯的寬度、平臺(tái)的寬度、疏散出口之間的距離等因素做出進(jìn)一步的研究。通過單因素或者多因素耦合的作用下，為像禮堂一樣多人匯集的建筑做出一個(gè)最優(yōu)的疏散規(guī)劃提供支持。

參考文獻(xiàn)

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