1、技术与市场技术应用2023年第30卷第2期校园火灾疏散特性分析与研究孟文涛1，祖宏权2(1 徐州经济技术开发区消防救援大队，江苏 徐州 221000;2 哈尔滨工业大学网络和安全办公室，黑龙江 哈尔滨 150006)摘要:校园火灾事故的经验教训表明，学生安全疏散，尤其是中小学生安全疏散是决定火灾事故后果严重性的重要因素之一。为了进一步完善国内校园安全疏散研究数据，设计了校园火灾疏散特性参数试验，以某小学为试验对象，得到楼梯出口单位流量、人员密度随着时间的变化规律，且出口单位流量具有随机特性。试验得到的这些特性参数可以为人员数值模型提供参考，以期得到更精确的疏散模型。关键词:校园;火灾疏散;出口
2、单位流量;人员密度doi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0230引言在国内火灾案例中，可以看到多起儿童群死群伤的重特大火灾事故。由于儿童在发生火灾时很难快速地平复心情、冷静逃生，容易给火灾救援带来困难。国内外很多学者对校园火灾疏散路线进行了很多研究，尤其在数值模拟方面做了很多模型研究。为了能更精确地为数值模型提供基础理论研究，进一步为校园火灾救援提供数据参考，有必要对校园火灾疏散特性参数进行试验。基于此，本文以某小学为试验对象，开展了一系列参数研究。1试验概述1.1试验目的及意义校园拥挤踩踏事故通常发生在疏散通道的出口处。学生在教学楼等建筑物的疏散过程中，经
3、常出现大量人群突然挤到安全出口，在安全出口处于拥挤和无序的状态下，加之受到惊吓、恐慌、从众等因素的影响，导致大量学生挤伤、窒息或踩踏致死。在校园火灾事故中，由于大量的学生从某一出口疏散出去，导致在火灾事故中也常伴随着拥挤踩踏事故的发生。因此，基于现代教学楼等学校建筑物的设计理念，从安全的角度出发，应注重学校建筑物出口的优化设计。在 建筑设计防火规范(2018 年版)和中小学校设计规范 等规范中，出口单位流量是设计出口宽度的主要依据。此外，每个阶段学生的不同肩宽尺寸也影响着出口单位流量，因此，出口单位流量是优化安全出口的一个重要因素。针对学生这一典型群体，对各学龄段学生安全疏散过程中通过出口的疏
4、散能力进行研究，有利于对各学龄段学生群体进行快速有效的疏散，从而对预防学生群体拥挤踩踏事故的发生具有十分重要的意义。1.2试验设计及方法本文的试验地点选择某小学校园，占地面积约为8 000 m2，校舍建筑面积约为 4 000 m2。学校约有900 名学生，50 名教师。教学楼有 3 个直通室外的楼梯，试验以最靠近小学大门的楼梯为研究对象。考虑到中午各年级以排队的形式在教室门口集合后再离开校园这一情况，不能很好地反映楼梯的疏散能力，因此选择在每天下午放学后的时间段进行录像观测。试验从周一到周五对楼梯的疏散能力进行 6 次实测，试验时间除了周三为 15:30，其余时间都为 16:30。数据统计以时
5、间间隔 5 s 进行试验数据处理，小学教学楼楼梯的相关参数有:楼梯的净宽度为1 5 m，台阶的宽度为 0 165 m，台阶数为 12 个。2试验数据分析与研究2.1数据测量统计分析参考日本的 Togawa 推导的疏散时间计算公式，其中人流量通过出口时间的表示为:T=NWeC(1)式中:T 为人流量通过出口时间，s;N 为通过出口的人数，人;We为出口的有效宽度，m;C 为出口单位流量，人/m s。利用时间间隔内的疏散人数、出口的净宽度、疏散间隔时间这 3 个数据，计算出口单位宽度上的人员流量。根据某一出口单位流量的统计数据，可带入公式(1)得到出口单位流量随着时间的变化情况，研究98技术应用T
6、ECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023出口单位流量的变化规律，可总结和分析出各学龄段学生通过疏散出口的最大单位流量。重点针对楼梯这一出口，分析教学楼楼梯的单位流量与人员密度的关系。数据测量结果限于篇幅原因，本文以实测情况3 为例(见表 1)，对其前十组和最后十组数据进行演示，其他情况在此不赘述。表 1小学教学楼楼梯出口的安全疏散数据统计表(实测情况 3)疏散时间/s疏散人数/人单位流量/(人/m s)人员密度/(人 m2)510 1400 2081040 5590 8331540 5590 6242010 1400 2082530 4200 6243000 0000
7、 0003500 0000 0004020 2800 4164500 0000 0005010 1400 208疏散时间/s疏散人数/人单位流量/(人/m s)人员密度/(人 m2)28020 2800 62428520 2800 62429010 1400 41629540 5590 83330010 1400 20830510 1400 20831010 1400 20831520 2800 41632000 0000 00032520 2800 4162.2数据研究与讨论为了对教学楼楼梯出口单位流量的变化规律进行研究，可以采用曲线回归拟合的方法，研究教学楼楼梯出口单位流量和人员密度随时间
8、变化情况。结合试验数据进行曲线回归拟合得到的拟合曲线如图 1所示。单位流量/（人/ms）1.51.20.90.60.30.0-0.3-0.63.02.41.81.20.60.0-0.6人员密度/（人m-2）0 50 100 150 200 250 300 350(a)实测情况1时间/s单位流量/（人/ms）0.750.600.450.300.150.00人员密度/（人m-2）1.51.20.90.60.30.004080120160200(b)实测情况2时间/s单位流量/（人/ms）2.01.51.00.50.03.53.02.52.01.51.00.50.0人员密度/（人m-2）2.01.5
9、1.00.50.0单位流量/（人/ms）单位密度/（人m-2）2.52.01.51.00.50.00 50 100 150 200 250 300 350时间/s(c)实测情况30 50 100 150 200 250 300 350时间/s(d)实测情况4单位流量数据单位流量随时间变化拟合曲线人员密度数据人员密度随时间变化拟合数据单位流量数据单位流量随时间变化拟合曲线人员密度数据人员密度随时间变化拟合数据单位流量数据单位流量随时间变化拟合曲线人员密度数据人员密度随时间变化拟合数据单位流量数据单位流量随时间变化拟合曲线人员密度数据人员密度随时间变化拟合数据09技术与市场技术应用2023年第30
10、卷第2期单位流量/（人/ms）1.00.80.60.40.20.02.01.61.20.80.40.0人员密度/（人m-2）2.52.01.51.00.50.02.52.01.51.00.50.0人员密度/（人m-2）单位流量/（人/ms）时间/s(e)实测情况50 50 100 150 200 250 300 3500 50 100 150 200 250 300 350时间/s(f)实测情况6单位流量数据单位流量随时间变化拟合曲线人员密度数据人员密度随时间变化拟合数据单位流量数据单位流量随时间变化拟合曲线人员密度数据人员密度随时间变化拟合数据图 1教学楼楼梯出口单位流量和人员密度随时间变化
11、的拟合曲线图图 1 显示的是小学教学楼楼梯出口单位流量、人员密度和时间这 3 个基本参数组成的双 y 曲线。总体上，楼梯的出口单位流量、人员密度随着时间变化而呈现相同的变化趋势，同时体现了出口单位流量具有随机的性质，不是一个固定值。其中小学楼梯情况3 的人流量较大，出口单位流量曲线呈现出由小变大再由大变小的“拱形”特点，拟合效果较好。其余情况下，经过楼梯的学生总量较少，尽管有些情况(如情况 4 和情况 6)的出口单位流量局部出现较大值，但是平均单位流量还是比较低，楼梯的疏散效率不高，出口单位流量曲线基本呈现出趋于稳定的特点。在这 6 组实验中，情况 1、情况 2、情况 3、情况 4、情况 5
12、和情况 6 出现的出口单位流量最大值分别为0839 人/(m s)、0 559 人/(ms)、1 339 人/(ms)、1339/(m s)、0 559 人/(m s)、1 259 人/(m s)。由此可见，测得的小学教学楼楼梯的出口单位流量最大值为 1.399 人/(m s)。情况 1 出现的楼梯出口单位流量最大值为0.839 人/(ms)，对应的人员密度为 1 249 人/m2。情况 2、情况 5 出现的楼梯出口单位流量最大值都为0.559 人/(ms)，对应的人员密度为 0 624 人/m2、1.041 人/m2。情况 3、情况 4 出现楼梯出口单位流量最大值都为 1 399 人/(ms
13、)，对应的人员密度都为0.839 人/m2、1 873 人/m2。情况 6 出现的楼梯出口单位流量最大值为 1 259 人/(ms)，对应的人员密度为 1 873 人/m2。由此可见，测得的小学教学楼楼梯的出口单位流量最大值为 1 399 人/(ms)时，对应的人员密度为 1 873 人/m2。这与建筑设计防火规范(2018 年版)和 中小学校设计规范 等规范中的一些相关数据还是有一定的差异。3结论本文着重研究了各学龄段学生通过楼梯出口的单位流量，借助于录像观测，运用曲线回归分析方法进行基础数据的处理，得出规律性结论如下:楼梯出口单位流量、人员密度随着时间变化而呈现相同的变化趋势，且出口单位流
14、量具有随机的性质，测得的小学教学楼楼梯的出口单位流量最大值为 1 399 人/(m s)时，对应的人员密度为 1873 人/m2，这与建筑设计防火规范 和 中小学校设计规范 等规范中的一些相关数据还是有一定的差异，体现出小学生的生理和心理的特点。故在进行人员疏散数值模拟时，小学生占比较多的情况下可以考虑调整人员参数的设置情况。参考文献:1 于萍 基于虚拟现实技术的学校火灾逃生教学系统 J 新乡学院学报2018(12):61 65 2 安全管理网 学校火灾应急疏散演练方案J 平安校园，2018(12):80 81 3 王海波 学校火灾特点和预防措施 J 黑龙江科学，2014(4):123 4 张祥鹏 强化中学消防安全管理工作的几点思考 J 消防界(电子版)，2022(13):82 84 5 陈建华，崔千千中小学消防安全教育管理实施策略 J 青年与社会，2019(8):76 6 于萍 基于虚拟现实技术的学校火灾逃生教学系统 J 新乡学院学报，2018(12):61 65作者简介:孟文涛(1984)，男，江苏沛县人，学士，助理工程师，从事防火监督工作。19
