孟文涛，祖宏权
(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)
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。
1.1 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。
2.1 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：
(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。
2.2 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。
图1 教学楼楼梯出口单位流量和人员密度随时间变化的拟合曲线图
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和情况6出现的出口单位流量最大值分别为0.839人/(m·s)、0.559人/(m·s)、1.339人/(m·s)、1.339/(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/(m·s)，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/(m·s)，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/(m·s)，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/(m·s)，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/(m·s)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。
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1.873 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。
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