王梓楠 符 皓 張 雪

2023 年4 月18 日，北京市豐臺區(qū)北京長峰醫(yī)院發(fā)生火災(zāi)，造成重大人員傷亡，嚴重沖擊了人民群眾的安全感和幸福感，令人痛心。醫(yī)院作為收容和治療病人的專業(yè)機構(gòu)，承載著社會救死扶傷的責(zé)任，也肩負著公共建筑在緊急狀況下保護和疏導(dǎo)人群的責(zé)任。在現(xiàn)有的醫(yī)院火災(zāi)事故中，也顯示大多數(shù)傷亡的人員為醫(yī)院的患者，他們自救能力差，應(yīng)對緊急情況的反應(yīng)能力與疏散運動速度均低于健康的人群，且在疏散過程中需要醫(yī)護人員以及醫(yī)院管理人員的協(xié)助，極大的降低了整個人群安全疏散的效率。由于醫(yī)院獨特的建筑環(huán)境和人員的特殊性，開展緊急情況下大醫(yī)院人群的疏散研究至關(guān)重要。

1 Pathfinder 疏散模擬軟件

1.1 Pathfinder軟件介紹

Pathfinder 是一款用于人員疏散研究的仿真軟件。在模擬中，人員會根據(jù)彼此之間的距離和整體疏散距離來確定最佳的疏散路徑。這種綜合考慮人員之間的互動和整體疏散效率的方法，能夠更準確的模擬實際情況下的人員行為和疏散過程，為疏散設(shè)計和安全評估提供了有力的工具。在醫(yī)院疏散的模擬中，2021 版的Pathfinder甚至可以模擬不同傷殘人員的疏散情況，包括運用輔助工具的臥床病人和使用輪椅的人，所以Pathfinder 軟件能更加精確的模擬醫(yī)院人群各種各樣復(fù)雜的疏散情況。

1.2 使用疏散模擬軟件模擬醫(yī)院疏散的必要性

目前，隨著社會科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，國內(nèi)外的研究人員將可視化技術(shù)，計算機模擬技術(shù)，最優(yōu)化技術(shù)等逐漸融入到人群疏散的研究當(dāng)中。這些技術(shù)彌補了以往數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜、難以普及的缺點，因而得到了廣泛的運用。例如，姜澤民[1]使用FDS+Evac 軟件對大型醫(yī)院進行了計算機疏散模擬分析，并發(fā)現(xiàn)疏散人員的決策響應(yīng)時間和身體狀況是影響醫(yī)院人群疏散效率的重要因素。此外，陳巖[2]利用Pathfinder 軟件對醫(yī)院住院大樓進行了模擬，并表明使用電梯疏散可以提高人群的疏散效率。王建廷等[3]結(jié)合空間句法和Pathfinder 研究了醫(yī)院急診大樓的人群疏散能力。研究結(jié)果表明，醫(yī)院疏散出口的不均勻分布可能導(dǎo)致某些出口瞬時人流量過大，從而增加了踩踏事故發(fā)生的風(fēng)險。

然而上述關(guān)于醫(yī)院建筑的疏散模擬中，雖然都考慮了不同行動能力的人員疏散時的行進速度，但卻忽視了在實際疏散過程中，傷殘級別較高的人員需要相應(yīng)的輔助工具進行疏散的情況，沒有考慮利用輪椅、移動病床進行疏散的過程，對于綜合性醫(yī)院的人員疏散研究具有一定的局限性。因此，本文在考慮不同傷殘級別人員疏散的情況下，利用Pathfinder 軟件對綜合性醫(yī)院門診處的疏散情景進行可視化模擬分析，可為綜合性醫(yī)院應(yīng)急安全設(shè)計提供參考，對提高綜合性醫(yī)院的人群疏散能力具有重要意義。

2 疏散模擬的前期準備

2.1 研究場地的選擇

本文的研究對象為北京市復(fù)興醫(yī)院的門診樓。該門診部位于北京市月壇北街4 號，處于南禮士路與月壇北街十字交叉口西南側(cè)。復(fù)興醫(yī)院門診樓位于一塊占地面積為1446 m2的區(qū)域，總建筑面積為5897 m2，共有五層樓。門診樓的主入口位于建筑的東側(cè)，面向主要街道開放，用于接納門診患者的人流。同時，在西側(cè)設(shè)置了工作人員的次入口，以便工作人員進出。此外，北側(cè)也設(shè)有一個次入口，用于管理建筑內(nèi)部的人流。該門診樓功能相較于院區(qū)內(nèi)的門診樓較小、形體單一，影響因素較少，所以作為醫(yī)院門診樓的人群模擬疏散研究載體會比較明顯。

2.2 Pathfinder醫(yī)院模型建立

在以往的Pathfinder 相關(guān)的疏散研究中，部分研究人員會先在Revit 里建立研究對象的BIM 模型，然后導(dǎo)出dxf 格式的文件，接著導(dǎo)入Pathfinder中進行建模研究。本文拋棄了繁瑣的BIM 模型的建立過程，直接將簡化后的CAD 平面導(dǎo)入Pathfinder 中，在Pathfinder 中勾選運動區(qū)域建立出符合研究模擬要求的1 ～5 層疏散平面。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)該醫(yī)院門診部沒有設(shè)置疏散電梯，僅設(shè)置了2 臺普通電梯，而這種電梯在緊急疏散時處于關(guān)閉狀態(tài)，所以建立疏散模型時沒有設(shè)置電梯相關(guān)的疏散方式。

2.3 研究對象的參數(shù)設(shè)定

人群的整體疏散能力，主要體現(xiàn)在疏散人員的身體寬度，反應(yīng)時間，運動速度的快慢以及是否運用特殊方式進行協(xié)助疏散等。

2.3.1 疏散人員運動參數(shù)設(shè)置

醫(yī)護人員和家屬都擁有正常行走、正常疏散的能力，但根據(jù)性別與年齡的差異，他們疏散的能力存在相當(dāng)大的差異。醫(yī)院里的患者，尤其是不具備行走能力的患者（例如癱瘓在床等），他們需要在他人的協(xié)助下利用輪椅或者移動病床來進行外出活動以及緊急疏散[4]。這些具備不同運動能力的人群混合在一起進行緊急疏散的過程，往往比普通人群進行緊急疏散的過程要復(fù)雜，其疏散效率也會因此降低。所以軟件中醫(yī)院疏散人員的疏散速度要根據(jù)不同的行為特點分別設(shè)置。

2.3.2 疏散人員身體寬度的參數(shù)設(shè)置

不同身體寬度的人員在進行疏散時會對整體疏散過程產(chǎn)生不同的影響，如成年人、兒童或老年患者等，其身體寬度各不相同。正常疏散人員的疏散寬度由身體寬度（肩寬）所決定，而運用輔助疏散工具的人員則不同，在疏散過程中，不具備行走能力的患者在逃生時的疏散方式主要有2 種：第1，運用輪椅進行逃生；第2，運用擔(dān)架或移動病床逃生。通過輪椅逃生的人員疏散時需要一名人員（家屬或者醫(yī)護人員）的幫助，而通過擔(dān)架或病床逃生的患者則需要兩名護理人員的幫助。采用輪椅或者病床疏散的患者，基本都為需要家屬或者醫(yī)護人員的幫助，所以在疏散模擬時只考慮在人員幫扶的情況下疏散。

2.3.3 人體反應(yīng)時間參數(shù)設(shè)定

人體的反應(yīng)時間是指從火災(zāi)發(fā)生開始到人員開始疏散行為的時間。相關(guān)研究表明，中年青年人的心理和生理狀態(tài)比較健康，在察覺災(zāi)難發(fā)生時能夠快速做出反應(yīng)，但兒童和老年人對于緊急情況的反應(yīng)會比較緩慢。

綜上，本文結(jié)合相關(guān)研究[5-7]和醫(yī)院采集的大量數(shù)據(jù)，對醫(yī)院內(nèi)不同人員類型的反應(yīng)時間，空間占比，疏散速度進行了設(shè)定，如表1 所示。

表1 疏散人員仿真疏散參數(shù)設(shè)置參照表

2.4 疏散場景設(shè)置

2.4.1 各層的人員疏散模擬

為保證試驗的精確性和可靠性，本文通過現(xiàn)場觀測和視頻記錄法，收集了復(fù)興醫(yī)院門診部工作日和雙休日兩個時段的各層人員平均分布數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)工作日（周一至周五）前往醫(yī)院的人數(shù)比雙休日（周六周日）的人數(shù)多，當(dāng)需要疏散時醫(yī)院承擔(dān)的疏散壓力比較大，為保證模擬結(jié)果能匹配醫(yī)院日常疏散要求，所以之后的場景搭建時按照工作日的最大值進行設(shè)置。

2.4.2 疏散場景設(shè)置

本文主要研究在人群中存在運用輪椅、移動病床的病人的情況下的疏散過程，按照上文實際調(diào)研的情況進行場景設(shè)置，其中醫(yī)護人員的位置大多都在房間內(nèi)，而患者的位置則大多在公共走廊行動。所以將醫(yī)護人員限定在房間內(nèi)隨機布置，而其他人員限定在其可以到達的空間隨機設(shè)置。本文設(shè)置了5 個平行對照場景，分別在5次隨機布置的情景下進行疏散模擬。

3 疏散模擬過程分析

3.1 疏散完成時間

5 個不同分布情況下平行場景疏散模擬各自的疏散時間為：164.2、161.3、158、162.1、159.0 s，均符合公共建筑疏散時間標準，且數(shù)據(jù)相似，所以本文選取疏散時間為161.3 s 模擬過程為例進行詳細分析。

3.2 人群疏散密度分析

人群在公共建筑中疏散時，擁擠部分人群的人群密度（人數(shù)/m2）可以在一定程度上反映人群的擁擠程度，在Pathfinder 軟件的人群密度動態(tài)演示窗口中，顏色越紅表示人員越密集，顏色越藍表示人員密集程度越低。經(jīng)觀察，人群最先發(fā)生擁堵的地方在于每層的樓梯間入口處、防火分區(qū)的疏散門與走廊交匯處附近，如圖1 所示，此時疏散時間為24.8 s。

之后，隨著疏散模擬的進行，各樓層的人群相繼集中在建筑東西兩側(cè)的疏散樓梯處進行疏散，此時西側(cè)1 ～4 層的樓梯間前疏散門處最為擁堵，也是危險最容易發(fā)生的地方，而東側(cè)樓梯間，由于其較寬的樓梯梯段和樓梯間的疏散門，擁擠程度比較低，紅色區(qū)域比較少，瞬時情況如圖2 所示，此時疏散時間為41.8 s。

圖2 疏散時間為41.8 s 的人群密度動態(tài)演示（來源：作者自繪）

當(dāng)疏散時間為132.5 s 時，東側(cè)樓梯間的人群已經(jīng)全部疏散完畢，而西側(cè)人群主要集中在1 層和2 層的樓梯間內(nèi)，擁擠程度比較嚴重。疏散時間到161.3 s 時，各層人員全部疏散完畢。

3.3 東西側(cè)疏散情況對比

在整體疏散過程中，東西兩側(cè)疏散情況差異較為明顯，這是由于兩側(cè)疏散樓梯的疏散效率所決定的，影響該建筑樓梯疏散效率的因素有：人員數(shù)量、人員構(gòu)成、疏散門寬度和樓梯梯段的寬度。在人員數(shù)量和人員構(gòu)成中東西兩側(cè)差距不大，但西側(cè)樓梯間的疏散門寬度和梯段寬度明顯較窄，在疏散過程中，人群會在疏散門前堆積，經(jīng)觀察，尤其是乘坐輪椅的人員通過時會將較窄的梯段和疏散門堵死，再加上其較慢的疏散速度更是會影響到整個疏散流程的疏散速度，所以疏散效率較低，東西兩側(cè)樓梯間擁擠時人員密度如圖3 所示。

圖3 東側(cè)與西側(cè)樓梯間疏散人群密度模擬過程圖（來源：作者自繪）

3.4 出入口分析

通過對首層3 個出口（北出口、東出口和西出口）的疏散人數(shù)與疏散時間（s）關(guān)系的分析，可以發(fā)現(xiàn)：北出口疏散人數(shù)最少且疏散時間最短。對比東出口和西出口的曲線，我們發(fā)現(xiàn)疏散速率與疏散完成時間呈正相關(guān)關(guān)系，即疏散速率越快，疏散完成時間越早。東出口和西出口的疏散人數(shù)相近，但東出口的疏散時間為132.5 s，比西出口快28.8 s，疏散速率更快。

以上數(shù)據(jù)分析表明不同出口的疏散情況存在差異。北出口負責(zé)疏散首層的一部分人群，東出口和西出口則承擔(dān)著人員的疏散任務(wù)。東出口的疏散速率較快，疏散時間較短，而西出口的疏散速率較慢，疏散時間較長。

4 優(yōu)化策略

4.1 優(yōu)化特殊人員疏散路徑

在公共建筑沒有疏散電梯的情況下，一遇到緊急狀態(tài)普通的運載電梯會切斷電源，電梯也會在第一時間降到首層，位于高層的疏散人員就不得不要從疏散樓梯進行疏散，而作為醫(yī)院中的弱勢群體（使用輪椅或者移動病床的疏散人員），在通過較窄的梯段和疏散門時會堵塞在人群中難以移動，再加上其緩慢的通過速度會嚴重影響整體的疏散速度，所以需要對這些特殊群體進行專門疏散引導(dǎo)。由于西側(cè)樓梯間的疏散效率較低，梯段和疏散門的寬度較窄，希望醫(yī)護人員能在疏散現(xiàn)場指揮這些人員向具有較寬疏散門和梯段的東側(cè)樓梯間移動。因此本文重新設(shè)計人群疏散行為，讓這些特殊人群盡量往東側(cè)行動，并以此進行疏散模擬。

由圖4 可知，整體人群疏散完成時間為153 s，比未優(yōu)化的疏散時間快了7 s，并且東西兩側(cè)疏散效率相似，完成疏散的時間差距不大，沒有存在東側(cè)入口空置使用的情況。

圖4 疏散路徑優(yōu)化后出入口疏散人數(shù)與時間的關(guān)系（來源：作者自繪）

4.2 增加疏散門寬度和樓梯梯段寬度

由上文東西側(cè)樓梯間疏散情況對比可知，在疏散過程中人群會在疏散門口和樓梯間內(nèi)部發(fā)生擁擠，進而拖累整個人群的疏散效率。為了適應(yīng)正常患者和輪椅患者疏散時的必要寬度，該醫(yī)院的疏散門和樓梯間寬度應(yīng)該進行適量的增加。該醫(yī)院西側(cè)樓梯梯段寬度為1.3 m，疏散門寬度為1.5 m?，F(xiàn)將其樓梯梯段寬度優(yōu)化為1.5 m，疏散門寬度優(yōu)化為1.8 m。并以此情景進行疏散模擬。模擬結(jié)果：整體人群疏散完成時間為151.8 s，比未優(yōu)化的疏散時間快了8.2 s，并且東西兩側(cè)疏散效率相似。

5 結(jié)語

本文以北京復(fù)興醫(yī)院門診樓為研究對象，運用疏散軟件Pathfinder 對該建筑在存在不同人員構(gòu)成的情況下的五個不同的疏散場景進行模擬，通過觀察模擬過程中人群密度的實時變化和各個出口處疏散情況得出以下結(jié)論：

1）醫(yī)院門診樓中，人群擁擠最嚴重的地方主要發(fā)生在樓梯間，梯段寬度和疏散門寬度越窄，人群擁堵的情況就越明顯。醫(yī)院門診樓中，樓梯間和疏散門處是人群擁擠最嚴重的區(qū)域。樓梯梯段寬度和疏散門寬度的狹窄程度是導(dǎo)致人群擁堵的關(guān)鍵因素。因此，在門診樓的設(shè)計和規(guī)劃中，需要充分考慮到樓梯梯段和疏散門的寬度，以確保人群能夠順暢疏散，提高整體疏散效率。

2）在無法改造現(xiàn)有疏散條件的情況下，優(yōu)化特殊群體（輪椅使用者和移動病床）的疏散路徑可以緩解人群疏散壓力。例如，通過醫(yī)護人員、廣播和疏散標識，幫助其選擇疏散效率更高、更安全和更便捷的疏散方向，可以減輕擁堵，增加疏散效率，減少整體人群完成疏散的時間。

3）在醫(yī)院建筑的疏散中，為了提高整體疏散效率，不光要在建筑設(shè)計階段設(shè)計出疏散效率更高的醫(yī)院，還要從醫(yī)院全周期的服務(wù)中關(guān)注這些弱勢群體（老人、兒童和特殊工具使用者）的特殊需求，才能實現(xiàn)真正的“人民醫(yī)院為人民 ”。