作者簡(jiǎn)介：安夢(mèng)祎（1999—），女，漢族，河北唐山人，在讀碩士研究生，研究方向：應(yīng)急疏散；張林（1979—），男，漢族，河北唐山人，碩士研究生，教授，研究方向：智能交通系統(tǒng)。

摘要：針對(duì)高等院校食堂在就餐高峰期發(fā)生火災(zāi)時(shí)的人員疏散問(wèn)題，本文選取河北省唐山市某高校二層食堂作為案例進(jìn)行分析，通過(guò)運(yùn)用Pathfinder軟件構(gòu)建了該食堂等比例模型，并分別從出口門(mén)的寬度、樓梯的寬度和樓梯的數(shù)量三個(gè)方面對(duì)疏散模型進(jìn)行了優(yōu)化，從而確定出一套有效的疏散方案。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所提出的三種方案均能有效減少疏散所需時(shí)間。其中，增加出口門(mén)寬度對(duì)疏散時(shí)間的影響不大，而增加樓梯寬度和增加樓梯數(shù)量對(duì)縮短疏散時(shí)間有顯著影響。

關(guān)鍵詞：食堂火災(zāi)；人員疏散；Pathfinder

引言

近年來(lái)，高等院校食堂發(fā)生的火災(zāi)事件不斷增多，已成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。例如，2018年6月19日，上海某大學(xué)與某中學(xué)發(fā)生火災(zāi)。同年12月，北京某大學(xué)食堂也發(fā)生火災(zāi)^[1]。此外，河北某大學(xué)食堂也在2020年4月7日發(fā)生了火災(zāi)，當(dāng)時(shí)正值飯點(diǎn)和用餐高峰時(shí)段，人流非常密集，部分師生因此受傷^[2]。如今，高校食堂的防火安全已成為社會(huì)人士和專家學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)，諸多學(xué)者已著手對(duì)食堂火災(zāi)疏散策略進(jìn)行研究，以保障師生們的生命安全。丁元春，李文健等研究者利用Pathfinder方法對(duì)人員疏散中的“瓶頸”問(wèn)題進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)，如果食堂人員數(shù)量過(guò)多，需通過(guò)增設(shè)緊急出口的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)人員的安全疏散^[3]；柳善耀，劉丹等學(xué)者采用Anylogic軟件，引入人類(lèi)的恐慌心理進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，在不考慮恐懼因素的情況下，人們的疏散時(shí)間會(huì)增加至原來(lái)的1.3倍^[4]；部分學(xué)者基于北京某大學(xué)食堂進(jìn)行研究，他們運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)（Cell Automatic Machine）方法，對(duì)不同情境下的食堂安全績(jī)效和員工績(jī)效進(jìn)行了評(píng)估^[5]；有的學(xué)者以元胞自動(dòng)機(jī)為理論基礎(chǔ)，研究了高校食堂工作人員在緊急情況下的撤離路徑問(wèn)題^[6]；還有學(xué)者在分析一所高校食堂中午高峰時(shí)段人流量的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)模型，成功重現(xiàn)了高峰時(shí)段的人員逃生軌跡。通過(guò)Pathfinder仿真，有學(xué)者分析了不同開(kāi)孔率下人員的疏散情況，發(fā)現(xiàn)開(kāi)門(mén)角度為115°—135°時(shí)，人員安全撤離最易得到保障^[7]。有學(xué)者根據(jù)Pathfinder對(duì)不同的建筑臺(tái)階進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)“雙螺旋”設(shè)計(jì)在規(guī)避障礙物方面優(yōu)于“分叉螺旋”設(shè)計(jì)^[8]。程友鵬、朱杰、馬金梅利用FDS方法對(duì)一所高校食堂的火災(zāi)傳播進(jìn)行了研究。該研究表明，在火災(zāi)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，其火焰溫度、可見(jiàn)度和煙氣層高度都呈非線性變化^[9]；田水承、陳洋、沈小清利用Pathfinder軟件模擬了出口形狀、人員及其初始位置，出口形狀對(duì)人員的疏散效率有明顯影響，其中“V”形出口在疏散人員方面耗時(shí)最短^[10]；王莉發(fā)現(xiàn)，人們?cè)谕话l(fā)事件中具有較強(qiáng)的從眾心理^[11]。

本文將重點(diǎn)研究多因素對(duì)食堂疏散效率的影響。本文選擇河北唐山某高校的二層食堂為研究對(duì)象。該食堂長(zhǎng)約30m，寬約20m，高約8m，在高峰時(shí)期可容納師生700多名，餐廳一層和餐廳二層的人員比例大約為1：1。本研究擬基于Pathfinder模型，著重研究出口門(mén)寬度、樓梯寬度、樓梯數(shù)量三個(gè)參數(shù)對(duì)高校食堂人員疏散效率的影響，并據(jù)此提出切實(shí)有效的疏散策略。

一、食堂人員疏散模型

（一）食堂模型

該食堂共上下兩層，長(zhǎng)約30m，寬約20m，高約8m，內(nèi)部設(shè)有配電間、冰箱以及放置蔬菜的單獨(dú)空間。食堂兩層的中間位置為就餐區(qū)域，一層共有四個(gè)安全出口，分別在西北角、西南角、正西側(cè)以及東北角。其中，東北角的出口大多用來(lái)運(yùn)輸食堂購(gòu)置的蔬菜及其他物品。在最高峰時(shí)段，該餐廳可同時(shí)容納700人，其中大部分是學(xué)生，也包括老師和食堂工作人員。根據(jù)實(shí)地調(diào)研結(jié)果，餐廳上下兩層就餐人數(shù)差不多，人數(shù)比為1∶1。本文將用 Pathfinder軟件對(duì)餐廳的人員流動(dòng)進(jìn)行模擬分析。

（二）疏散標(biāo)準(zhǔn)

要保證人員安全疏散，就必須保證可用安全疏散時(shí)間大于必須安全疏散時(shí)間，即TASET>TREST。

1.必須安全疏散時(shí)間（TREST）

必須安全疏散時(shí)間是指從火災(zāi)開(kāi)始到整個(gè)大樓內(nèi)所有人員安全撤離完畢所需要的時(shí)間，其計(jì)算公式為：

TREST=Ta+TP+Tm（1）

其中，Ta代表探測(cè)器報(bào)警時(shí)間，TP代表人員反應(yīng)時(shí)間，Tm代表人員撤離時(shí)間。

探測(cè)器的報(bào)警時(shí)間是由報(bào)警裝置的靈敏度及火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況所決定的。本文將實(shí)際情況設(shè)為30s，而人員反應(yīng)時(shí)間的主要影響因素是人體的主觀意識(shí)^[12]。鑒于大多數(shù)學(xué)生、老師以及食堂工作人員對(duì)餐廳的結(jié)構(gòu)都很熟悉，餐廳基本沒(méi)有什么障礙物，因此把它設(shè)定為40s。通過(guò)運(yùn)用Pathfinder軟件，對(duì)人員疏散過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)模擬與分析。作為一個(gè)高效、直觀的工具，該軟件能評(píng)估出不同疏散策略在實(shí)際場(chǎng)景中的表現(xiàn)和效果。

2.可用安全疏散時(shí)間（TASET）

可用安全疏散時(shí)間是指發(fā)生火災(zāi)時(shí)，從火勢(shì)開(kāi)始蔓延到威脅人員生命安全所需的時(shí)間。這個(gè)過(guò)程的長(zhǎng)短是由建筑的防火程度及配備滅火設(shè)備的性能來(lái)決定的。高級(jí)別的建筑物通常配備有更嚴(yán)格的消防設(shè)施和更長(zhǎng)的疏散通道，能有效延緩火勢(shì)蔓延，減少對(duì)人體的直接傷害，并提供更充足的逃生時(shí)間。一些結(jié)構(gòu)緊湊、缺乏足夠空間或應(yīng)急設(shè)施的建筑物可能會(huì)面臨較短的逃生時(shí)間。這要求逃生人員必須具備敏銳的警覺(jué)力，并了解如何在緊急情況下迅速逃生以確保自身安全。在參考《建筑防火設(shè)計(jì)》和《安全疏散通道的要求和設(shè)施》等相關(guān)規(guī)定以及查閱其他相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，可以了解到整體規(guī)模較小、人員密度較大的公用建筑的防火級(jí)別可分為三個(gè)等級(jí)。本文調(diào)研食堂的防火級(jí)別也是三級(jí)，人員撤離時(shí)間不得大于3min，因此本文將可用安全疏散時(shí)間設(shè)置為3min。

二、基于Pathfinder的人員疏散仿真模擬

（一）構(gòu)建疏散仿真模型

采用Pathfinde軟件，建立河北唐山某高校食堂等比例的人員疏散仿真模型，如圖1所示。當(dāng)真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)，二層疏散人員僅能通過(guò)樓梯下至一樓進(jìn)行逃生。仿真過(guò)程中使用的是Steering模型。在該模式下，假設(shè)出口門(mén)不會(huì)對(duì)人流產(chǎn)生任何影響，在人流中形成一個(gè)微小的空隙后，大家就會(huì)向最近的出口移動(dòng)。參照《人員疏散評(píng)估指南》^[13]的相關(guān)規(guī)定，得出了表1的疏散人員特性參數(shù)。

（二）疏散仿真模擬結(jié)果分析

該高校的餐廳安裝了消防自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在所有人都沒(méi)有察覺(jué)的情況下，檢測(cè)出裝置發(fā)出警報(bào)的時(shí)間和人員做出反應(yīng)的時(shí)間均為70s。通過(guò)模擬計(jì)算得知，餐廳中所有人將在164.5s的時(shí)候撤離完畢，也就是說(shuō)人員移動(dòng)所需的時(shí)間是164.5s，因此從警報(bào)響起至疏散完成的整個(gè)時(shí)間為234.5s。這一結(jié)果表明，人員疏散時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了系統(tǒng)提供的可用疏散時(shí)間。一旦餐廳里面的人員不能得到有效疏散，大樓里的158人都將面臨極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

三、疏散改進(jìn)措施

從模擬結(jié)果可以看出，樓梯處的人員密集程度較高，導(dǎo)致整個(gè)疏散過(guò)程出現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的擁堵。本研究計(jì)劃通過(guò)對(duì)出口門(mén)和樓梯做適當(dāng)?shù)母脑?，以縮短疏散時(shí)間、提高疏散效率。

（一）拓寬三個(gè)主要出口門(mén)

從圖1可以看出，左側(cè)三個(gè)出口門(mén)是人員逃生時(shí)最常使用的逃生通道。在逃生過(guò)程中，出口門(mén)的使用時(shí)間較長(zhǎng)，通過(guò)的人流量最大。目前，三個(gè)主要出口門(mén)的寬度分別是4.6m、1.5m、1m。將它們的寬度均增加1m后，再次進(jìn)行食堂人員仿真疏散模擬。結(jié)果顯示，人員撤退所需的時(shí)間還需要163.3s，與未改造前相比，并未有效縮短疏散時(shí)間。

（二）增加疏散樓梯的寬度

將原本1.2m寬的樓梯拓寬至1.8m。通過(guò)仿真模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)人員疏散所需的時(shí)間是107.8s。在火災(zāi)發(fā)生后的177.8s內(nèi)，所有人員均已安全疏散出去。這表明擴(kuò)寬樓梯寬度將大幅提升疏散效率，確保食堂內(nèi)所有人員的生命安全。然而，通過(guò)觀察人員在47.3s時(shí)的速度變化圖發(fā)現(xiàn)，樓梯上的人員移動(dòng)速度非常緩慢，樓梯上人員密度過(guò)大，很可能會(huì)導(dǎo)致踩踏事件的發(fā)生。因此，疏散時(shí)，人員必須保持冷靜，避免互相推搡。

（三）增設(shè)外部樓梯

本研究計(jì)劃在建筑物的東南角增設(shè)室外疏散樓梯。該樓梯寬為1.8m，屬于一種新型消防逃生通道。通過(guò)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，食堂內(nèi)的人員可在101.3s內(nèi)全部疏散完畢，而全部疏散時(shí)間為171.3s。這項(xiàng)新設(shè)施能有效緩解原有樓梯的擁擠狀況，分流部分人群，加快人員的流動(dòng)速度，有效提高疏散效率。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，增加出口門(mén)的寬度，對(duì)提升人員疏散效率的作用十分有限，因此不作為未來(lái)的使用方案。同時(shí)，增加樓梯的寬度和樓梯的數(shù)量，能顯著提升疏散效率并縮短疏散時(shí)間。雖然增加樓梯寬度能有效縮短樓梯處的排隊(duì)長(zhǎng)度，但也可能會(huì)導(dǎo)致人群在樓梯上暫時(shí)聚集，形成擁堵。因此，應(yīng)對(duì)學(xué)校學(xué)生和食堂工作人員進(jìn)行心理培訓(xùn)并定期開(kāi)展消防演習(xí)，以確保在校學(xué)生和食堂相關(guān)人員能高效、有序撤離，從而有效預(yù)防踩踏事件的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]李杰，陳偉炯.Pathfinder安全疏散應(yīng)用研究綜述[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2019，38（10）：81-84.

[2]Shang R X，Zhang P H，Zhong M H.Investigation and analysis on evacuation behavior of large scale population in campus[J].Procedia Engineering， 2013，52：302-308.

[3]丁元春，李文健，翁發(fā)祿，等.建筑出口對(duì)人員疏散影響的計(jì)算機(jī)仿真模擬及分析[J].江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，39（05）：79-84.

[4]李輝鵬，柳善耀，劉丹，等.考慮恐慌影響的高校食堂應(yīng)急疏散仿真研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版），2020，42（04）：373-377.

[5]Tang T Q，Zhang B T，Xie C Z.Modeling and simulation of pedestrian flow in university canteen[J].Simulation Modelling Practice and Theory，2019，95：96-111.

[6]Li Y X，Wang D Z W，Meng M，et al.Simulation of pedestrian evacuation in university canteen based on cellular automata[J].IEEE Access，2019，7：120-130，132.

[7]Tang T Q，Zhang B T，Zhang J，et al.Statistical analysis and modeling of pedestrian flow in university canteen during peak period[J].Physica A：Statistical Mechanics and its Applications，2019，521：29-40.

[8]Ding Y C，Yang L Z.Occupant evacuation process study of public buildings based on computer modeling and simulation[J].Journal of Applied Fire Science， 2013，23（03）：365-380.

[9]程友鵬，朱杰，馬金梅.高校食堂火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性及運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（07）：892-896.

[10]田水承，陳洋，沈小清，等.基于Pathfinder對(duì)出口形狀的疏散模擬及優(yōu)化[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（12）：1660-1662.

[11]王莉.基于Pathfinder的公共場(chǎng)所人員疏散行為規(guī)律及仿真模擬[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（03）：358-364.

[12]潘長(zhǎng)城，郭建中.基于FDS與Pathfinder的學(xué)生食堂火災(zāi)與人員疏散研究[J].價(jià)值工程，2014，33（05）：300-301.

[13]GB／T31593.9－2015，消防安全工程第９部分：人員疏散評(píng)估指南[Ｓ］．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015．