孟文濤，祖宏權(quán)

(1.徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)消防救援大隊(duì)，江蘇 徐州 221000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)和安全辦公室，黑龍江 哈爾濱 150006)

0 引言

在國(guó)內(nèi)火災(zāi)案例中，可以看到多起兒童群死群傷的重特大火災(zāi)事故。由于兒童在發(fā)生火災(zāi)時(shí)很難快速地平復(fù)心情、冷靜逃生，容易給火災(zāi)救援帶來困難。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)校園火災(zāi)疏散路線進(jìn)行了很多研究，尤其在數(shù)值模擬方面做了很多模型研究。為了能更精確地為數(shù)值模型提供基礎(chǔ)理論研究，進(jìn)一步為校園火災(zāi)救援提供數(shù)據(jù)參考，有必要對(duì)校園火災(zāi)疏散特性參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。基于此，本文以某小學(xué)為試驗(yàn)對(duì)象，開展了一系列參數(shù)研究。

1 試驗(yàn)概述

1.1 試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x

校園擁擠踩踏事故通常發(fā)生在疏散通道的出口處。學(xué)生在教學(xué)樓等建筑物的疏散過程中，經(jīng)常出現(xiàn)大量人群突然擠到安全出口，在安全出口處于擁擠和無序的狀態(tài)下，加之受到驚嚇、恐慌、從眾等因素的影響，導(dǎo)致大量學(xué)生擠傷、窒息或踩踏致死。在校園火災(zāi)事故中，由于大量的學(xué)生從某一出口疏散出去，導(dǎo)致在火災(zāi)事故中也常伴隨著擁擠踩踏事故的發(fā)生。因此，基于現(xiàn)代教學(xué)樓等學(xué)校建筑物的設(shè)計(jì)理念，從安全的角度出發(fā)，應(yīng)注重學(xué)校建筑物出口的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)和《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范中，出口單位流量是設(shè)計(jì)出口寬度的主要依據(jù)。此外，每個(gè)階段學(xué)生的不同肩寬尺寸也影響著出口單位流量，因此，出口單位流量是優(yōu)化安全出口的一個(gè)重要因素。針對(duì)學(xué)生這一典型群體，對(duì)各學(xué)齡段學(xué)生安全疏散過程中通過出口的疏散能力進(jìn)行研究，有利于對(duì)各學(xué)齡段學(xué)生群體進(jìn)行快速有效的疏散，從而對(duì)預(yù)防學(xué)生群體擁擠踩踏事故的發(fā)生具有十分重要的意義。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

本文的試驗(yàn)地點(diǎn)選擇某小學(xué)校園，占地面積約為8 000 m2，校舍建筑面積約為4 000 m2。學(xué)校約有900名學(xué)生，50名教師。教學(xué)樓有3個(gè)直通室外的樓梯，試驗(yàn)以最靠近小學(xué)大門的樓梯為研究對(duì)象?？紤]到中午各年級(jí)以排隊(duì)的形式在教室門口集合后再離開校園這一情況，不能很好地反映樓梯的疏散能力，因此選擇在每天下午放學(xué)后的時(shí)間段進(jìn)行錄像觀測(cè)。試驗(yàn)從周一到周五對(duì)樓梯的疏散能力進(jìn)行6次實(shí)測(cè)，試驗(yàn)時(shí)間除了周三為15：30，其余時(shí)間都為16：30。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以時(shí)間間隔5 s進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，小學(xué)教學(xué)樓樓梯的相關(guān)參數(shù)有：樓梯的凈寬度為1.5 m，臺(tái)階的寬度為0.165 m，臺(tái)階數(shù)為12個(gè)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與研究

2.1 數(shù)據(jù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析

參考日本的Togawa推導(dǎo)的疏散時(shí)間計(jì)算公式，其中人流量通過出口時(shí)間的表示為：

(1)

式中：T為人流量通過出口時(shí)間，s；N為通過出口的人數(shù)，人；We為出口的有效寬度，m；C為出口單位流量，人/m·s。

利用時(shí)間間隔內(nèi)的疏散人數(shù)、出口的凈寬度、疏散間隔時(shí)間這3個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出口單位寬度上的人員流量。根據(jù)某一出口單位流量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可帶入公式(1)得到出口單位流量隨著時(shí)間的變化情況，研究出口單位流量的變化規(guī)律，可總結(jié)和分析出各學(xué)齡段學(xué)生通過疏散出口的最大單位流量。重點(diǎn)針對(duì)樓梯這一出口，分析教學(xué)樓樓梯的單位流量與人員密度的關(guān)系。數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果限于篇幅原因，本文以實(shí)測(cè)情況3為例(見表1)，對(duì)其前十組和最后十組數(shù)據(jù)進(jìn)行演示，其他情況在此不贅述。

2.2 數(shù)據(jù)研究與討論

為了對(duì)教學(xué)樓樓梯出口單位流量的變化規(guī)律進(jìn)行研究，可以采用曲線回歸擬合的方法，研究教學(xué)樓樓梯出口單位流量和人員密度隨時(shí)間變化情況。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線回歸擬合得到的擬合曲線如圖1所示。

圖1 教學(xué)樓樓梯出口單位流量和人員密度隨時(shí)間變化的擬合曲線圖

圖1顯示的是小學(xué)教學(xué)樓樓梯出口單位流量、人員密度和時(shí)間這3個(gè)基本參數(shù)組成的雙y曲線?？傮w上，樓梯的出口單位流量、人員密度隨著時(shí)間變化而呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，同時(shí)體現(xiàn)了出口單位流量具有隨機(jī)的性質(zhì)，不是一個(gè)固定值。其中小學(xué)樓梯情況3的人流量較大，出口單位流量曲線呈現(xiàn)出由小變大再由大變小的“拱形”特點(diǎn)，擬合效果較好。其余情況下，經(jīng)過樓梯的學(xué)生總量較少，盡管有些情況(如情況4和情況6)的出口單位流量局部出現(xiàn)較大值，但是平均單位流量還是比較低，樓梯的疏散效率不高，出口單位流量曲線基本呈現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的特點(diǎn)。

在這6組實(shí)驗(yàn)中，情況1、情況2、情況3、情況4、情況5和情況6出現(xiàn)的出口單位流量最大值分別為0.839人/(m·s)、0.559人/(m·s)、1.339人/(m·s)、1.339/(m·s)、0.559人/(m·s)、1.259人/(m·s)。由此可見，測(cè)得的小學(xué)教學(xué)樓樓梯的出口單位流量最大值為1.399人/(m·s)。

情況1出現(xiàn)的樓梯出口單位流量最大值為0.839人/(m·s)，對(duì)應(yīng)的人員密度為1.249人/m2。情況2、情況5出現(xiàn)的樓梯出口單位流量最大值都為0.559人/(m·s)，對(duì)應(yīng)的人員密度為0.624人/m2、1.041人/m2。情況3、情況4出現(xiàn)樓梯出口單位流量最大值都為1.399人/(m·s)，對(duì)應(yīng)的人員密度都為0.839人/m2、1.873人/m2。情況6出現(xiàn)的樓梯出口單位流量最大值為1.259人/(m·s)，對(duì)應(yīng)的人員密度為1.873人/m2。由此可見，測(cè)得的小學(xué)教學(xué)樓樓梯的出口單位流量最大值為1.399人/(m·s)時(shí)，對(duì)應(yīng)的人員密度為1.873人/m2。這與《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)和《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范中的一些相關(guān)數(shù)據(jù)還是有一定的差異。

3 結(jié)論

本文著重研究了各學(xué)齡段學(xué)生通過樓梯出口的單位流量，借助于錄像觀測(cè)，運(yùn)用曲線回歸分析方法進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理，得出規(guī)律性結(jié)論如下：樓梯出口單位流量、人員密度隨著時(shí)間變化而呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，且出口單位流量具有隨機(jī)的性質(zhì)，測(cè)得的小學(xué)教學(xué)樓樓梯的出口單位流量最大值為1.399人/(m·s)時(shí)，對(duì)應(yīng)的人員密度為1.873 人/m2，這與《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范中的一些相關(guān)數(shù)據(jù)還是有一定的差異，體現(xiàn)出小學(xué)生的生理和心理的特點(diǎn)。故在進(jìn)行人員疏散數(shù)值模擬時(shí)，小學(xué)生占比較多的情況下可以考慮調(diào)整人員參數(shù)的設(shè)置情況。