高校多层宿舍人员疏散时间影响因素研究.pdf

技术应用TECHNOLOGYANDMARKETVol.30,No.8,2023高校多层宿舍人员疏散时间影响因素研究李晨旭，张振波皮通信作者，孙孟羽，李子哈石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院，河北石家庄0 50 0 43摘要为了减少带有电梯的高校多层宿舍人员疏散时间，以某高校宿舍楼为研究对象，建立疏散仿真模型，分析了障碍物、安全出口、人员密度与电梯协同疏散策略对疏散时间的影响，给出了人员疏散控制措施建议。研究结果表明：障碍物会严重影响安全疏散效率，增设出口可大幅度减少疏散时间；人员疏散时间随着高层人员居住密度的降低而降低，在满足居住要求的情况下，应尽可能减少高层人员的居住密度；电梯耦合楼梯协同疏散的过程中，设置合理的电梯最佳停靠层可以减少疏散时间，案例中的最佳停靠层为4层。经优化设计，考虑多因素共同作用下的疏散时间为416.6 s，满足规范要求。关键词高校；多层宿舍；疏散时间；电梯；协同疏散Influencing factors of the evacuation time of multi-storey dormitory in collegeLI Chenxu,ZHANG Zhenboo corespondingauthor,SUN Mengyu,LI ZihanSchool of Safety Engineering and Emergency Management,Shijiazhuang TieDao University,Shijiazhuang 050043,ChinaAbstract In order to reduce the evacuation time of multi-storey dormitory with elevators in colleges,based on a multi-storeydormitory with elevators in colleges,the influence of obstacles,safety exit,personnel density and elevator collaborative evacu-ation strategy on evacuation time were analyzed with a numerical simulation method.And then,suggestions on personnel e-vacuation control measures are given.The results show that:Obstacles can seriously affect the efficiency of safe evacuation,and adding exits can significantly reduce evacuation time.Evacuation time decreases with decreasing residential density ofhigh-rise personnel.And It is recommended to reduce the residential density of high-rise personnel to the maximum extentpossible.During elevators and stairs collaborative evacuation,the evacuation time can be reduced if the parking floor of theelevator is appropriately positioned.Therefore,based on the results of the study,it has been determined that the best parkingfloor in this case is floor four.After optimization,the evacuation time was estimated to be 416.6 seconds,meeting standardrequirements.The above research can provide a basis for the selection of evacuation optimization measures for similar univer-sity dormitories.Keywords college;multi-storey dormitory;evacuation time;elevator;coordinated evacuationdoi:10.3969/j.issn.1006-8554.2023.08.020引言相比其他大型公共建筑，高校宿舍楼人员密集且多为学生。一旦发生火灾、地震、恐怖袭击等突发事件，会对学生的生命与财产安全造成极大威胁。如2008年上海某学院女生在宿舍使用违规电器引发火灾 ，造成了4人死亡的严重后果；2 0 0 5年，受地震基金项目：石家庄铁道大学大学生创新创业训练计划项目(S202210107053)84影响，湖北某学校在疏散过程中发生严重的踩踏事故，约7 8 人受伤 2 ;2 0 12 年，河南信阳一男子在校内持刀砍伤2 2 人，并伤及一群众 3。可见，危险情况下的建筑物疏散能力极为重要。其中,疏散策略、安全出口的分布位置、宽度、电梯使用等因素都会对疏散结果产生较大影响很多学者针对高校宿舍楼开展应急疏散方面的研究。在疏散效率影响因素的研究中,王丽等 4 采用STEPS分析了安全出口的数量、位置、宽度等对疏技术与市场2023年第30 卷第8 期散时间的影响。张涛等 5 探究了门禁系统对应急疏散效率的影响。房荣雅等 6 指出，不同楼层起火位置对人员疏散有影响,并限定人员在疏散过程中疏散速度一致，对于男女混住情况并不适用。邹馨捷等 7 指出，消防设施无效和着火房间窗户打开状态对宿舍人员的疏散影响较大。在此基础上，有学者提出了相关的控制措施。湛莲香等 8 通过定量对比优化人员疏散的有效时间，提出规划逃生路径，发现二楼设置室外楼梯等防护措施可以有效缩短疏散时间，满足安全疏散要求。陈娜等 9 通过模拟软件对比了男性与女性疏散时间的差异,分析了单位有效疏散宽度使用率等指标，确定了通过不同安全出口的人数，有效减少了疏散时间。除此之外,还有学者针对电梯协同疏散进行了研究。朱惠军 10 1采用数值仿真方法探究了有无电梯协同疏散情况下疏散效率的不同，论证了电梯协同疏散策略的可行性。宋英华等 1 对技术应用电梯最佳停靠层进行了研究，确定了电梯协同疏散的最佳策略,并且得到了最佳停靠层与总层数的关系。陈海涛等 12 通过数学模型分析了电梯协同疏散策略。以上研究大多数是针对高层建筑的人员疏散问题，采用数值仿真方法开展研究。但对于多层人员密集的建筑，电梯耦合楼梯疏散策略下人员疏散时间有待进一步研究。基于此,本文依托某高校具有电梯的7层学生宿舍，采用数值方法计算人员疏散时间，分析障碍物、安全出口数量、人员密度、电梯协同疏散策略对人员疏散时间的影响规律，提出优化措施，为其他类似高校宿舍楼的设计、管理提供理论依据。1模型建立本文选取某大学宿舍楼为例进行分析。地面1层为大厅,2 层以上为学生住宅层。建筑物平面和仿真模型如图1、图2 所示。（a）一楼大厅(b）2 7 层平面图1建筑物平面图图2仿真模型图该建筑共有7 层，每层楼高3.55m。1层大厅不左侧楼梯口不定时有一障碍物承担居住功能，无人员居住。建筑物中每层有2 个疏宿舍为男生居住，参照相关规范 13,设置人员肩散楼梯、1部电梯、1间公共卫生间。每个宿舍进深宽为42.7 cm，结合马辉等 14 的研究确定人员疏散8m、宽4m。每层共有2 6 个宿舍，每个宿舍6 人，整速度为 1.31 m/s。栋建筑共936 人。1层大厅安装有4个门禁出口，每为了分析障碍物、安全出口数量、人员密度、电梯个门禁出口宽6 0 cm。2 层左侧边缘处有一楼梯与外协同疏散策略对疏散时间的影响规律，建立了15个部空间相连，但安全出口长时间处于关闭状态。1层工况。各工况情况如表1所示。85技术应用工况工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9工况10工况11工况12工况13工况14工况15工况一为基础工况。通过工况1与工况2 对比分析，探究障碍物对疏散时间的影响。通过工况1与工况3对比分析，探究打开应急出口对疏散时间的影响。通过工况1与工况4 9对比分析，探究人员密度对疏散时间的影响。其中，将原有宿舍以高层到低层的顺序逐层由6 人间宿舍改造为4人间宿舍，改变高层人员密度。通过工况1与工况10 进行对比分析，探究电梯协同疏散策略对疏散时间的影响。通过工况1与工况10 15进行对比分析，确定该建筑的电梯最佳停靠层。其中，电梯停靠层的定义为在此楼层之上的人可以使用电梯与楼梯进行疏散，该楼层之下的人员仅能使用楼梯进行疏散，进而使整体的疏散时间达到最短。2楼模型仿真计算结果及分析2.1疏散标准必需疏散时间为人员在意外情况下全部疏散到工况tm/s工况1490.8工况2688.8工况3392.3工况4466.3工况5434.8工况6412.0工况7380.8工况8353.8TECHNOLOGYANDMARKETVol.30,No.8,2023表1各工况设置情况电梯情况停靠层/层未使用无未使用无未使用无未使用无未使用无未使用无未使用无未使用无未使用无使用逐层停靠使用3使用4使用5使用6使用7tREST/s550.8748.8452.3536.6494.8478.0442.0413.8障碍物无一层楼梯间无无无无无无无无无无无无无表2各工况疏散时间模拟结果安全性工况不安全工况9不安全工况10不安全工况11不安全工况12不安全工况13不安全工况14不安全工况15安全侧门无无打开无无无无无无无无无无无无安全地点所需要的时间，根据消防安全工程第9部分：人员疏散评估指南【15】，其基本计算公式如下。tREST=ta+t,+tm(1)式中：t。为探测报警时间；t，为人员反应时间；tm为人员疏散时间。根据实际情况，设定t。为30 s,t,为30 s。可用疏散时间tAEST为人员疏散所能够使用的最大时间，查阅建筑设计防火规范（CB50016一2014）【16 并结合实际情况，tAEsr通常取5 7 min，本文取7 min。2.2计算结果针对表1中工况的设置，采用仿真模拟方法，得到了每种工况的疏散时间，具体如表2 所示。tm/s356.3757.3479.8466.0854.5857.0667.8人数/人9369369368848327807286766249369369369369369364人间宿舍层数/层无无无76757473727无无无无无无tREST/s安全性416.3安全827.3不安全539.8不安全526.0不安全914.5不安全917.0不安全727.8不安全86技术与市场2023年第3 0 卷第8 期2.3结果分析2.3.1基本工况工况1人员疏散用时共49 0.8 s，不满足相关疏散要求。图3 为该工况6 0 s时人员疏散密度图。技术应用工况3 共用时3 9 2.3 s，较工况1缩短了9 8.5s，整体疏散效率提高了2 5.1%。工况1与工况3 对比如表4所示。表4工工况1与工况3 对比ExltedB/936Tensity工况1490.8常规出口疏散人数/人936.0应急出口疏散人数/人0工况3392.3427.0509.0打开应急疏散出口后，另一侧的疏散楼梯发挥了疏散作用。应急出口共疏散了50 9 人，占总人数的60.054%。模拟结果表明：打开应急疏散出口后，疏散效图3 6 0 s时人员疏散密度图率得到了大幅度提升，总用时缩短。应急出口承担了在规定的最大允许疏散时间（7 min）结束后，仍有2 3 6 人未完成疏散。由图3 可知，疏散过程中，拥堵点集中在楼梯口与疏散楼梯，此处空间狭小，易发生踩踏事故。另一侧的疏散楼梯几乎未起到疏散作用。2.3.2.障碍物工况2 在工况1的基础上，在1层楼梯口添加了1个障碍物，长1m、宽1m，共占楼梯出口的1/2。疏散用时共6 8 8.8 s,较工况1延长了19 8 s，整体疏散效率下降了40%，1楼楼梯口疏散速率下降30.72%。工况1与工况2 对比如表3 所示。表3工况1与工况2 对比工况1490.80一层楼梯口疏散速率（人s-I）1.66在疏散过程中，1层的楼梯口障碍物强制将2 股人流合成1股，产生了较为严重的推揉现象。障碍物边缘严重阻碍了人员的运动，且易发生踩踏事故。由模拟结果可知,障碍物的存在会严重影响疏散效率。由此针对障碍物因素提出以下控制措施：在宿舍的日常管理中,应定时检查并清除疏散路线中存在的障碍物，制定管理规定，禁止杂物占用疏散通道。疏散过程中设专人统筹，有效避免拥堵情况的发生。2.3.3应急出口数量工况3 在工况1的基础上，打开了另一侧的应急出口。应急出口宽1.5m，占常规出口总宽度的5/8。一半的疏散压力，在疏散过程中具有重要作用。针对应急出口数量影响因素提出以下控制措施：在人员逃生过程中，应及时打开应急疏散出口，有效提升建筑物疏散效率。定期组织疏散演练,加强学生对建筑的熟悉程度，提高应急出口的利用率。2.3.4人员数量工况49 在工况一的基础上，通过逐层将6 人间改造为4人间的方法降低了人员密度。仿真计算结果如图4所示。500450工况2“/回得688.804001.15350300图4人员密度与疏散时间关系图通过表2 与图4可知，当改造层数为2 6 层时，逐层减少人员数量可有效减小疏散时间。每减少1层的人员密度，平均减少疏散时间2 7.4s，提升了疏散效率5.5%。疏散时间主要取决于疏散楼梯的拥堵情况，当第1层改造为4人间后，由于人员在疏散过程中不使用疏散楼梯，因此不会影响疏散时间。87900800人数/人700600技术应用针对人员密度影响因素提出以下控制措施：在人员居住情况方面，应综合考虑建筑的居住能力，可以将高层宿舍改造为4人间，适当减少建筑物的人员居住数量。2.3.5电梯协同楼梯疏散策略工况10 在工况1的基础上使用电梯协同楼梯疏散策略进行疏散。疏散用时7 57.3 s，较工况1延长了2 6 6.5s，整体疏散效率下降了54%。工况1与工况10 对比如表5和图5所示。表5工况1与工况10 对比表TECHNOLOGYANDMARKETVol.30,No.8,20232.3.6确定电梯最佳停靠层工况11 15的仿真模拟计算结果如图6 所示。900r800700600500工况1490.80疏散效率/(人s-1)1.91360s后滞留人数/人236.001000r800丫/丫鼠60040020000图5滞留人数与疏散时间关系图在疏散初期,4 6 层人员乘坐电梯的人数较多，1 3 层几乎没有人乘坐电梯。在6 0 s时，发生了拥堵现象，有部分人员选择从拥堵点处到电梯进行疏散。待疏散进行到40 0 s时，楼梯处几乎已没有人员进行疏散，但仍有部分人员选择使用电梯进行逃生，出现了人员滞留现象，进而延长了整体的疏散时间在3 6 0 s前,电梯协同楼梯疏散策略较单一楼梯疏散更有优势，但是在疏散过程的后期，易存在人员滞留情况，延长整体疏散时间。针对电梯协同楼梯疏散策略影响因素提出以下控制措施：在电梯协同楼梯疏散过程中，不宜令电梯逐层停靠，避免大幅度延长疏散时间。88工况10757.301.23168.00工况1-工况10200400疏散时间/s400图6疏散时间与停靠层关系图由图6 可知，在模拟过程中，如果停靠层设置过高，仅较高层人员可以在疏散过程中通过电梯进行疏散，但较高层距离地面较远，每次运输人员的时间较长，一旦较高层人员执意乘坐电梯进行疏散，会长时间滞留在建筑中。电梯的最佳停靠层设置在低中层（如3、4层），由于低中层的拥堵现象较为严重，有大量人员在拥堵时避开拥堵节点，通过电梯进行疏散。且低中层与底层的距离较近，电梯在往返过程中的所用时间也较短,可以有效防止人员滞留在建筑物中。本案例中的6008002最佳停靠层应设置在第4层处。针对电梯最佳停靠层影响因素提出以下控制措施：电梯耦合楼梯协同疏散过程中，根据实际建筑物情况，设置最佳停靠层，尽量减少疏散时间。3优化设计根据模拟情况及各因素控制措施，对该建筑人员疏散方案进行优化设计，探究多因素共同作用下对疏散效率的提高程度，进而验证采取控制措施后疏散时间是否符合标准。设计方案为：清除楼梯间障碍物；打开应急出口；将6 7 层的6 人间宿舍改造为4人间宿舍，降低高层人员密度；加人电梯协同疏散策略，设置电梯最佳停靠层为第4层。经过上述优化措施的控制得到多因素共同作用下的tREsr为416.6 s，符合相关标准。与优化前相比，已经提升疏散效率17.6 4%，并且楼梯的拥堵现象得3停靠层层4567技术与市场2023年第3 0 卷第8 期到了极大的缓解，有效避免了踩踏事件的发生。优化前后对比如表6 所示。表6 优优化前后对比tm/stREST/s优化前490.8优化后356.64结论针对高校宿舍楼多层建筑的疏散问题，采用数值分析方法分析疏散时间，探究了障碍物、出口条件、人员密度、电梯协同疏散等共同因素作用影响下的人员疏散规律。通过以上研究，得到以下结论。1)障碍物会严重影响疏散效率，增设安全出口会大幅度减少疏散所用时间。2）人员疏散时间随着高层人员居住密度的降低而降低，在满足居住要求的情况下，尽可能减少高层人员的居住密度。3)电梯耦合楼梯协同疏散过程中，合理的电梯最佳停靠层设置可以减少疏散时间，本案例中的最佳停靠层为第4层。不合理的电梯停靠层设置会造成高层人员疏散不及时，大幅度延长疏散时间。4)以某高校多层学生宿舍楼为研究对象，在不考虑电梯疏散及其他控制措施的情况下，疏散时间为550.8 s。通过优化在疏散过程中电梯的设置并结合其他控制措施，疏散时间为416.6 s，满足规范要求。参考文献：1刘佳，郑彬，张青，等.高校学生宿舍火灾风险因素分析与事故预防J.山东工业技术，2 0 16（2 3）：19 6-197.2杨希伟.受江西地震影响，鄂东发生学校踩踏事故 N.新华每日电讯，2 0 0 5-11-2 8（1）.3曾庆妮中国媒体对国内外犯罪事件报道的比较分析 D.南宁：广西大学，2 0 13.4王丽，任常兴，曾坚.基于STEPS的某高校学生宿舍楼人群疏散 J.消防科学与技术,2 0 17,3 6（6)：7 7 9-781.技术应用5张涛，吕淑然，杨凯.高校公寓门禁系统安全疏散模拟研究 J.消防科学与技术,2 0 15,3 4（2)：2 0 7-2 11.6房荣雅，田思奥，杨亚璞.高校学生公寓火灾影响因安全性疏散效率/(人s-）550.8不安全416.6安全素及人员应急疏散模拟研究 J.建筑安全,2 0 2 0,3 51.7(8):54-57.2.07邹馨捷，萨木哈尔波拉提，郝明，等.基于Pyrosim和Pathfinder的高校学生宿舍火灾人员疏散安全性模拟分析 J.安全与环境工程,2 0 2 0,2 7（4）：19 5-2 0 0.8湛莲香，陈咪.基于Pathfinder高校宿舍人员疏散模拟研究 J.数字通信世界,2 0 2 1,19 7（5）：47-49.9陈娜，王世玲，赵军，等.高校学生公寓应急疏散模拟与优化 J.工业安全与环保,2 0 17,43（1）：6 2-6 4.10朱惠军.超高层建筑高速穿梭电梯辅助疏散的可行性 J消防科学与技术,2 0 12,3 1(9）：9 3 1-9 3 4.11宋英华，余武静，吕伟.高层公寓式住宅建筑电梯协同楼梯疏散策略研究 J.中国安全生产科学技术，2020,16(6):116-121.12陈海涛，杨鹏，仇九子，等.高层建筑火灾中消防电梯疏散效果模拟 J.消防科学与技术,2 0 12,3 1（10)：1050-1053.13国家技术监督局.中国成年人人体尺寸标准：GB100001988S.1988.14马辉，马映妍.基于模拟软件的高校教学楼安全疏散仿真研究J华北科技学院报，2 0 2 0，17（3）：10 5-110.15国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.消防安全工程第9 部分：人员疏散评估指南：GB/T31593.92015S.2015.16住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.建筑设计防火规范：GB500162014S.2014.作者简介：李晨旭（2 0 0 2 一），男，河北邯郸人，本科在读，研究方向：应急疏散。张振波（19 9 0 一），男，河北石家庄人，博士，讲师，研究方向：城市地下空间设计与施工。89