基于Anylogic的小学教学楼疏散效率优化研究.pdf

基于 的小学教学楼疏散效率优化研究周 行(四川省建筑科学研究院有限公司四川 成都)收稿日期:作者简介:周行()女四川眉山人硕士助理工程师主要从事建筑设计及其理论研究工作摘 要:安全疏散是保障学生安全的重要防线疏散仿真模拟可为小学教学楼优化设计提供有效的支撑同时可为紧急情况下的人员疏散提供参考缩短人员疏散时间、降低人群拥堵情况、减少人员伤亡、确保人员安全 选择折线型、围院型、线形组合型、围院组合型 种典型平面基于 仿真模拟结果综合运用调整疏散出口分布、加宽特殊位置出口、调整连廊/庭院尺度三种策略进行优化设计为小学教学楼安全优化设计提供参考关键词:小学教学楼平面布局疏散效率仿真模拟中图分类号:文献标志码:文章编号:():/():./.:引 言小学教学楼作为人员高度密集场所一旦遭遇火灾、地震等紧急情况安全疏散效率就成为影响人群生命安全的关键因素 安全疏散效率不仅体现在疏散完成时间上更需尽量避免疏散拥堵以防止紧急情况下发生踩踏事故造成人员伤亡通过 仿真模拟能够直观地看出疏散拥堵点并进行针对性优化因此本文针对小学教学楼的几种典型平面进行仿真模拟并提出优化措施 小学教学楼建筑概况 空间组织模式根据相关案例统计分析 大部分小学规模均值为 班多数为 班规模因此本次选择以 班规模教学楼为标准进行研究中小学校设计规范()中规定小学教学楼不应超过 层在均匀分布的情况下则每层普通教室在 班以上小学教学楼建筑主要功能包括:普通教室、专用教室及公共教学用房在国内学者对教育建筑的长期研究中已形成一些典型组合模式 建筑设计资料集(第三版)中提出中小学建筑的平面形态构成形式包括:一字型、线形组合型、围院型、不规则型、群簇型及对称型其中后三种类型可视为前三种类型的一些组合变化形式且特异性较强因此不作为本次研究重点 班小学规模较大为防止建筑体量过长一般将一字型转变为折线型且随着开放式教学理念的影响教学楼建筑设计更强调空间丰富、内外有机功能空间组合模式以线性组合型和围院组合型居多据此本次仿真模拟选择折线型、围院型、线形组合型、围院组合型四种典型平面进行研究(见图)图 小学教学楼标准平面 典型空间尺度建筑设计资料集(第三版)中指出普通教室的标准尺寸一般在 至 随着教育理念的发展越来越强调教学多样性普通教室扩展为 、等尺寸为教学提供更多的灵活可变空间随后出现了“全科教室”的概念尺寸为 兼顾美术、书法、劳动等课程的使用也可灵活布置为亲子活动、学生联欢场地 在后续仿真模拟中统一选用使用率较高的 尺寸专用教室尺寸则对应选择 中小学校设计规范()要求:每股人流的宽度应按 计算疏散通道宽度最少应为 股人流并应按 的整数倍增加疏散通道宽度教学用房的内走道净宽度不应小于 单侧走道宽度不应小于 房间疏散门开启后每樘门净通行宽度不应小于 层的小学教学楼安全出口、疏散走道、疏散楼梯和房间疏散口等处每 人的净宽度应按 计算按最大使用 班(普通教室加专用教室)计算学生及教职人员总人数以 人计疏散总净宽度应不小于 楼梯梯段宽度不应小于 通过案例调研可知教室处走道宽度多为 教师办公室处走廊宽度多为 疏散楼梯宽度多为 及以上总净宽度满足疏散要求因此在后续疏散仿真中也采取此模数建模 建模与结果分析 建立疏散模型采用 进行疏散模拟建模主要包括两个方面:空间建模和行人建模)空间建模:本次研究设定 为 个像素的平面比例尺以小学教学楼标准平面图为基础采用空间标记中的墙模块绘制出建筑平面以矩形墙绘制桌椅等障碍物使用目标线绘制出安全出口(楼梯口)行人建模:本次疏散模拟研究主要人群为小学生依据相关资料可知 岁的小学生肩宽数据多在 紧急情况下步行速度区间为 /小学生遇到紧急情况时反应较慢本次研究中反应时间取值 教师年龄主要在 岁中青年人群肩宽数据多在 紧急情况下步行速度区间为 /反应时间取值 据此设置不同类型的行人定义不同参数以表明不同类型行人的肩宽、步行速度并采用“”模块设置行人反应时间疏散行为设置为选择最近出口 疏散模拟结果分析小学教学楼安全疏散允许时间为 美国 标准则规定暴露在火灾环境下的所有人员必须在接警后 内疏散到安全区域 通过对典型平面的疏散模拟分析可以得到从疏散开始到结束过程中人员疏散数量和时间的变化关系图(见图)疏散总用时以 次模拟结果取均值折线型、围院型、线形组合型、围院组合型 种典型平面的疏散总用时分别为:、疏散总用时与疏散路线总长度呈现出正相关关系疏散时间均小于 但大于 人员疏散速度由快到慢(多因人员拥堵)产生了较大的波动可以进一步优化疏散时间尽可能多地增加速度快阶段时长减少拥堵时长图 人员疏散数量和时间的变化关系图 等通过研究发现当人群密度达到 人/及以上个人就会被人群裹挟无法自由行动加重踩踏事故风险因此本次研究以 为关键密度点 疏散密度图统一截取 时刻的图像进行对比分析(见图)从图中可以直观地看到疏散高密度点主要出现在疏散出口及其周边区域且拥挤程度存在较大差异后续可根据密度图进行针对性调整优化 折线型平面疏散路线简洁人群分布较为均衡疏散路径使用较饱和而围院型、线形组合型、围院组合型均存在疏散分布不均的情况部分路径较少人员通过后续可利用此类区域分担疏散压力减少大量人群汇集避免出现拥挤、碰撞等情况图 疏散密度图 优化策略及验证 调整策略)调整疏散出口分布:现状平面图中疏散出口设置均依据相关规范对疏散距离、疏散宽度的要求结合疏散密度图可调整疏散出口位置引导人群向疏散压力较小的区域移动减少疏散不均衡状态 如线形组合型中部连廊并未分担两侧线形单元的疏散人群可以考虑在满足疏散净总宽度的前提下保留或适当减小现有四个楼梯间宽度在中部连廊处再增加一部疏散楼梯围院组合型疏散分布不均衡的问题更严重可以采用调整楼梯间布局与疏散引导相结合的方式进行优化)加宽特殊位置出口:瓶颈处拥挤是踩踏事故的重要致因因素由疏散密度图可以看出部分出口前拥挤程度较大人群高密度区域已由出口延伸至走廊及对侧教室应采取适度扩大出口宽度及引导部分人群向其他出口疏散的方式进行优化 其中部分出口前的拥挤源于各方向人群的对冲仅通过调整出口宽度效果不佳可以同时调整走廊宽度、教室开门位置及尺寸或结合开放式教育理念调整疏散出口前区空间增设学生活动体验空间以便在疏散时作为缓冲空间(如折线型平面转折点处楼梯对侧可扩大为学生活动空间)调整连廊、庭院尺度:由时间变化关系图及疏散密度图可以看出在教学楼教室宜采用南北向双侧采光等要求的影响下纯线型平面往往疏散效率更高、疏散人群分布更均衡增加的连廊未对人员疏散效率产生正向影响如果庭院太大、疏散路径过长甚至会降低疏散效率但庭院、连廊都是增加教学楼开放性、趣味性的重要联系空间随着开放式教育理念的发展这些空间也是必不可少的因此可以借助疏散仿真对连廊、庭院的尺度进行推敲以达到使用功能性与疏散安全性之间的最佳平衡点 优化验证在结合各平面使用合理性选用不同策略进行优化调整后折线型、围院型、线形组合型、围院组合型四种典型平面的疏散总用时分别为:、(见图)均缩短了疏散总用时且疏散分布更为均衡 疏散高密度点也得到了一定程度的缓解拥挤程度有所降低但仍存在部分拥挤情况(见图)需结合具体案例实际使用需求再进行局部调整图 优化后人员疏散数量和时间的变化关系图图 优化后疏散密度图 结 语本文以小学教学楼四种典型平面为研究对象运用 软件对其紧急疏散场景进行数值模拟基于模拟结果综合运用调整疏散出口分布、加宽特殊位置出口、调整连廊/庭院尺度三种策略进行针对性调整为后续相关项目设计提出一些优化调整思路此外为进一步提高小学教学楼安全疏散效率还应加强安全疏散培训与演习提升学生防灾与安全疏散意识减少疏散反应时间设置管理人员在遇到突发事件时进行疏散指导最大程度地分流人员、减少汇集、均衡疏散本次研究中以最大使用人数为研究对象如果考虑到专用教室的使用频率对人群分布的影响还应进一步考虑专用教室与普通教室、其他教学用房的布局关系:参 考 文 献:徐阳.开放式教学理念下小学建筑空间适应性研究.重庆:重庆大学.曹森张建涛.基于案例分析的小学教学楼结构性空间构成研究.当代建筑():中华人民共和国住房和城乡建设部.中小学校设计规范:.北京:中国建筑工业出版社.建筑设计资料集(第三版)第 分册:科教文化宗教博览观演.北京:中国建筑工业出版社.王琨.开放式教育理念下小学公共空间设计研究.大连:大连理工大学.许超.基于疏散模拟的小学教学综合体交通空间设计研究.青岛:青岛理工大学.左进史吉康.基于 仿真模拟的高密度传统街区应急疏散研究.南方建筑():.:.