人流股数对高校高层宿舍疏散时间的影响研究_邓嘉玉.pdf

11人流股数对高校高层宿舍疏散时间的影响研究*邓嘉玉1孟晓静1张俊2马欢1（1.西安建筑科技大学 资源工程学院，陕西 西安 710055；2.中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230026）摘要为研究高校高层宿舍发生火灾时，不同人流股数对门禁装置间隔和楼梯宽度对人员疏散时间的影响，以某高校高层宿舍楼为例，通过 Pathfinder 建立模型，以整股人流数、非整股人流数宽度设置门禁间隔和楼梯宽度进行模拟，分析了门禁装置间隔和楼梯宽度在按照整股人流数和非整股人流数加宽时，人员疏散时间的变化。结果表明：以 1 股人流数 0.6m 设置门禁间隔和以 3 股人流数设置楼梯宽度时，人员疏散时间最短，疏散效率最高。关键词疏散时间整股人流数高层宿舍Research on the influence of the number of human flowing on the evacuation time of high-rise dormitories incollegesDENG Jiayu1MENG Xiaojing1ZHANG Jun2MA Huan1（1.College of Resources Engineering，Xian University of Architecture and Technology，Xian Shaanxi 710055，China）AbstractIn order to study the effect of different number of human flow strands on the interval of access control de-vices and staircase width on the evacuation time of people in case of fire in a high-rise dormitory of a university.Thispaper takes a high-rise dormitory building in a university as an example，establishes a model through Pathfinder，andsimulates the access control interval and staircase width with the number of people flow and the width of non-entirepeople flow.The change in the evacuation time when the number of people and the non-whole stream are widened.Theresults show that when the access control interval is set with a flow of 0.6 m and the width of the staircase is set withthe number of three flows，the evacuation time is the shortest and the evacuation efficiency is the highest.Key wordsevacuation time total number of human flow high-rise dormitory0引言随着我国教育事业的快速发展，截至 2019 年底我国高等教育在校人数4002 万人，高校在校学生人数急剧增加，高校高层宿舍也越来越多。为了保障宿舍居住环境安全，在宿舍出入口通常设置门禁装置。发生火灾事故时，门禁装置设置不当会成为影响通行的障碍，楼梯间又作为竖向疏散的主要构件，当人员向外疏散时，如果宽度设置不合适，在楼梯间内容易产生拥挤，造成疏散速度变慢，影响疏散效率。因此如何合理设置门禁间隔、楼梯宽度，从而提高人员疏散效率，对于高校高层宿舍人员安全疏散具有重要意义。有些学者对影响人员疏散的门禁装置、楼梯宽度及出口位置进行了大量研究。张涛等1通过 Pat-hfinder模拟门禁系统安装在宿舍楼内外对疏散时间的影响，得出将门禁系统移到宿舍楼外有利于人员疏散。田娟荣等2研究了地铁自动闸机对人员疏散的影响，发现双向式闸机能够减少疏散时间；刘双庆等3在晚高峰时段内通过逐帧回放的方式，统计乘客通过闸机的时间，研究得到乘客通过闸机速度受闸机宽度、检票行为等影响；益朋等4采用Pathfinder软件模拟出口前障碍物的形状、尺寸等的设置对应急疏散的影响，得出两侧布局的障碍物比中心布局障碍物更有利于疏散。陈雅萌等5建立 Pathfinder 模型模拟疏散过程，发现通过增加楼梯宽度和出口数量能有效得减少疏散时间；李成龙等6通过动力学研究人员疏散过程中的拥挤现象，用Pathfinder软件对不同形状出口模拟，得出十字形安全出口疏散时间短，疏散效果好；金南江等7发现疏散过程中不同层高的人员疏散会有速度变化以及人员停滞的现象影响疏散时间，通过优化疏散模型并进行应用验证；LEI WJ 等8使用 FDS+Evac 模拟疏散过程，研究了楼梯和*基金项目：2020 年安徽省高等学校省级质量工程项目(2020jyxm2256)。2023 年第 49 卷第 3 期March 202312出口位置对人员疏散的影响，在出口宽度相等时，双出口建筑物疏散时间更短，并且当出口位于楼梯对面时疏散时间也较短；HUO F 等9发现高层建筑中楼梯间内人员运动特性对疏散时间、疏散人员的安全都有所影响。由学者们的研究成果可见，在进行人员安全疏散时，改变疏散路径上的门禁装置、楼梯宽度、楼梯相对位置和对路径上障碍物对人员疏散产生影响。而在高校高层宿舍建筑物内为方便管理学生，会在出入口处设置门禁装置，楼梯间也作为主要疏散途径，研究其对安全疏散的影响也具有十分重要的实际意义。1高校高层宿舍火灾特点1）人员疏散困难。高校高层宿舍居住人员是高校学生，人员密度大，逃生通道较少，电梯在发生火灾时失去正常供电，并且易将烟气吸入电梯井向各未起火层扩散，助长火势蔓延。人员只能通过楼梯向外安全疏散，在楼梯间容易拥挤、堵塞，影响人员快速疏散。2）人员伤亡、扑救难度大。依据 人员密集场所消防安全管理（GA 6542006）第 3.2 条，高层宿舍建筑的室内属于人员密集场所，发生火灾时，由于断电，失去照明，人员具有恐慌、从众心理，向人多的地方聚集，容易发生踩踏事件，造成人员伤亡。另外，我国现有的消防灭火装备主要为消防水罐车，其喷水远射能力为 8 层楼高，扑救困难。3）宿舍火灾蔓延速度快。高层学生宿舍，由于楼层高，像电梯、楼梯间、管道井10等这些特殊位置，在有火灾事故时会存在烟囱效应，并且学生宿舍中存在大量可燃物品（衣服、木质桌子、窗帘等），会导致火势迅速扩大。综上所述，结合高校高层宿舍发生火灾时的特点，宿舍垂直高度大、人员密集、火灾发生时人员疏散困难、火焰蔓延速度快等，可知火灾发生后损失严重，容易对学生造成伤害。在疏散时，出入口安装的门禁装置及楼梯宽度若设置不当，会影响学生的疏散，导致疏散时间增加。2疏散模拟方法2.1建立模型为了研究不同人流股数对出口处门禁装置和楼梯宽度在人员安全疏散时的影响，采用计算机仿真模拟的方式，以某高校高层宿舍为实例，使用Pathfin-der 软件建立疏散模型。该高层宿舍共 18 层，高度为 54.6 m为男女混住型共有 1 916 人。宿舍楼出入口处分别对应不同的编号，门 1、门 2 和门 3、门 4 的宽度均为 1.2 m。在出入口处会有宿管值班所用的桌子、公告板等物品，可用门禁装置的总宽度设置为3 m，门禁装置尺寸为 1 200 mm200 mm990 mm，一层平面图及门禁布置方式如图 1 所示。图 1一层平面布置2.2参数设置高校宿舍居住人群均为在校学生，年龄在1826岁。根据中国居民营养与慢性病状况报告（2020年）统计男女生肩宽为 40 cm、36 cm，身高为 1.69m、1.58m。正常健康人员移动速度为 1.55m/s，在应急事故疏散过程中导致心理恐慌、从众、小群体等现象，因此计算人员疏散速度时需考虑缓冲系数0.95，设置人员的移动速度为 1.550.9=1.4 m/s。为了研究不同人流股数对疏散时间的影响，建立工况 1 无门禁装置为对照组的基础上，设置了工况。以整股人流数设置工况 2（0.6 m）和工况 7（1.2m），进行模拟疏散，其余工况以非整股人流数设置，模拟工况见表 1。表 1门禁工况参数单位：m工况门禁间隔宽度工况门禁间隔宽度工况 1无工况 61.10工况 20.60工况 71.20工况 30.75工况 81.35工况 40.90工况 91.50工况 51.00为了研究以人流股数改变楼梯宽度对人员疏散时间的影响，设计了分别以整股人流、半股人流数和3 倍人流股数增加的楼梯宽度为对比场景进行疏散模拟，各模拟工况见表 2 所示。3疏散模拟结果分析3.1门禁间隔宽度的影响首先对表 1 中无门禁装置影响的工况 1 进行模拟疏散，工况 1 当出入口处无门禁装置每秒可疏散人数如图 2 所示。其他人流股数的疏散时间如图 3所示。当出入口处无门禁装置，疏散前 800s 左右每秒疏散人员最大达到 12 人左右，随着疏散时间的增加没疏散人数下降到 410 人，800 s 后每秒疏散人数在 24，全部疏散完成时间为 1 105.5 s。13表 2楼梯宽度工况楼梯宽度/m增加股数工况 101.2无工况 111.50.3（非整股）工况 121.80.6（整股）图 2无门禁时每秒可疏散人数图 3不同工况下疏散时间由于宿舍楼的特殊性，在宿舍楼内走廊长而窄，当人员在向下疏散时，未到达出入口处就会在走廊内排队疏散，抵达出入口时，无门禁时人员会无序地向出口疏散；增加门禁后，出入口处按照 1 股人流数（0.6m）间隔布置门禁装置，人员会被门禁装置分流，按照不同人流股数增加门禁间隔时，以 1 股人流数0.6m增加门禁间隔每秒疏散人数可以达到 14 人左右，如图 4图 5 所示。而以非整股人流数 0.75m增加门禁间隔时每秒疏散人数在 1012 人。当人员疏散至 497s时，无门禁装置的人员疏散效率为0.9 人/s，当门禁间隔设置为一股人流数 0.6m时，疏散效率为0.98 人/s，门禁间隔为 0.75m时疏散效率为 0.96 人/s。设置门禁后疏散效率提高，更有利于人员疏散。图 4门禁装置间隔 0.6 m 时每秒疏散人数图 5门禁间隔 0.75 m 时每秒疏散人数为分析门禁间隔对不同楼层人员疏散时间的影响，对1916 名居住人员从底层到最高层以数字编码命名人员名称，人员名称小于1000时主要分布在10层以下，人员名称在 1 000 以上时主要分布在 10 层以上。随机选择不同楼层的人员，不同门禁间隔时10 层以下人员疏散时间如图 6 所示。从图中可以看出，是否安装门禁及门禁间隔对 10 层以下人员疏散时间的影响并不明显。图 610 层以下人员疏散完成时间图 7 为不同门禁间隔时 10 层以上人员疏散时间。从图中可以看出，有门禁装置时的疏散时间明显小于无门禁装置。而且按照一股人流数布置门禁间隔时的疏散时间要小于非整股人流数布置门禁间隔。因此，按整股人流设置门禁间隔对高层建筑中10 层以上人员疏散时间的影响更为显著。图 710 层以上人员疏散完成时间3.2楼梯宽度的影响为分析不同人流股数设置楼梯宽度对疏散时间的影响，楼梯宽度分别设置为 2 股人流 1.2m、2 股半人流 1.5 m 和 3 股人流 1.8 m，其疏散时间分别为141 022 s、750 s 和 663 s。当楼梯宽度为 3 股人流数时，疏散时间最快。如图 10 所示，当楼梯宽度设置为两股人流数 1.2 m 时疏散效率为 1.1 人/s，增加半股人流数 1.5m宽度设置楼梯时，疏散效率可以达到1.5 人/s，楼梯宽度以 3