突发火灾事件下高校公寓应急疏散仿真研究

突发火灾事件下高校公寓应急疏散仿真研究作者：魏恒建于露张紫慧
来源：《消防界》2024年第03期
摘要：本研究以大连交通大学学生公寓一号楼为研究对象，使用Anylogic仿真软件，研究火灾突发事件下学生公寓的应急疏散能力。

结合调研的社会力模型，配合基于社会力模型的算法建模仿真，考虑恐慌因素、结伴群体、拥堵区域三个关键因素，对学生公寓的疏散参数进行改进，建立学生公寓六层的仿真环境和疏散路线，对公寓整体疏散路线进行模拟。

通过仿真图得到疏散结果符合国家规定用时，通过增设安全出口、合理改善房间布局、加强应急疏散演练、楼梯与电梯结合的疏散方式，对其进行优化。

关键词：火灾模拟；应急疏散；Anylogic仿真
引言
近年来，校园安全事件发生概率大幅提升。

据管艳民（2020）的观点，事故灾害类事件是高校中最常见的突发事件之一，往往会对师生的生命财产安全造成严重影响[1]。

薛永存（2016）在研究中发现，1999年至2015年间20个省的113起典型高校学生突发事件案例中，火灾发生比例最高，达到了26.67%[2]。

高校中的教学楼、学生宿舍、图书馆、实验室和食堂是最容易发生火灾的五个建筑场所[3]。

这些地方人員密集，教学设备多，疏散难度大，一旦发生火灾往往造成严重损失。

因此，本文选取大连交通大学学生公寓一号楼为研究对象，利用Anylogic仿真模拟软件建立公寓楼仿真环境和疏散路线，基于社会力模型对相关参数进行标定，得到符合实际的公寓楼仿真系统。

分析整个楼层的疏散过程，发现疏散中需要重点关注的危险区域，提出应急疏散优化建议，为人员的实际疏散提供参考。

此研究对校园宿舍楼火灾事件下人员应急疏散行为规律及仿真模型研究有重要的理论价值和现实意义。

一、基于Anylogic火灾事件下应急疏散仿真模型
（一）搭建疏散仿真环境
本文选取高校中高发生概率的火灾突发事件下学生公寓应急疏散进行模拟[4]。

例如，大连交通大学学生公寓楼属S型宿舍楼，每层房间数为32个，左右对称均匀分布，每个房间都是一个小型疏散区域，区域内设置疏散人数为6人。

因此，在Anylogic中，建立学生公寓1层-6层仿真疏散环境。

（二）设置仿真参数
在仿真实验过程中，需要依据实际疏散场景对社会力模型进行微调[5]。

主要考虑两方面：一是主观方面的特性，主要考虑行人的心理因素对实际速度的影响[6]；二是客观方面的特性，主要考虑疏散时的客观环境对行人造成的影响。

研究选择大连交通大学学生公寓的场景进行疏散模拟，具有以下几个特点。

恐慌心理：学生公寓楼属于高层建筑，由于楼层较高，人
数众多，火灾发生时人群内部会产生恐慌心理，蔓延快、影响大[7]；结伴群体：经过现场试验统计发现，学生公寓楼内结伴行学生占比很大；拥堵区域引导：学生公寓楼内疏散环境较为复杂，可供行人选择的疏散路径、出口众多，人流出现交叉、混行时，在寝室门口、拐角处、楼梯平台等区域内很容易形成拥堵，在模拟时需要将这些因素的影响考虑在内。

1.行人尺寸ri
由于大学生存在背包和携带物品行为，因此行人的形状近似为圆，圆形半径ri取值参考人的肩和胸的尺寸[8]。

因此，设置行人的直径尺寸在（40cm，50cm）。

2.松弛时间τi
松弛时间τi与行人的反应时间和惯性有关[9]。

一般情况，行人认识判断灾情到来的反应时间为3s-5s。

行人在行走过程中，存在实际速度超期望速度的加速过程，本次实验将松弛时间τi设置为0.5s。

3.行人速度v
本研究的群体主要为高校大学生，一般年龄在18岁-26岁之间。

主要考虑青年学生的速度，如表1，得到一般情况下行人的步行速度为（1.0m/s，1.4m/s）。

（三）仿真模拟过程
在Anylogic软件行人库中，用Ped Source、Ped Go To、Ped Change Level控件完成行人行为流程建模，包括创建仿真流程、写出仿真行人库等流程[10]。

开始运行仿真实验，设置仿真环境和参数，随后Anylogic开始进行紧急疏散，得到了如图1的公寓楼3D仿真疏散图。

宿舍内学生跑出宿舍开始逃生，几分钟后各层楼梯口开始出现很多人。

随后对建立的仿真模型进行多次运行，模拟公寓楼在人数最多的情况下进行疏散，直至最后一名同学到达安全地带视为疏散结束。

二、仿真结果分析
（一）模拟疏散密度图
学生公寓疏散过程模拟是对突发火灾时六层结构宿舍楼整体疏散过程的应急疏散模拟动画展示，发现疏散过程中的特征、问题，本次截取疏散过程中有代表性的时间节点60s、120s、180s、300s的疏散密度进行观察分析。

图2中红色区域代表人员流量大、行人较为密集的地带，观察疏散过程中人流疏散密度发现，全部人员疏散完毕所需时间为5min。

继续进行模拟，学生公寓中的大厅是疏散的重点通道出口，六个楼层的人员都需要下楼到达大厅，导致大厅人员多、密度大，如图2所示。

人员主要集中在每层楼的走廊和楼梯口，六楼的密度开始降低，随着行人继续下楼，五楼楼梯口与走廊连接处行人多，行人密度相对较大。

疏散到120s时，五层、六层人员全部逃出，四层楼梯口以及离楼梯较近的位置出现人流停滞现象。

大量人聚集在三楼与四楼梯口缓步台处，造成三楼缓步台出现拥挤现象，此刻疏散速度明显降低，时间仍在增加。

疏散到180s时，三层、四层人数减少，逐渐为零，二楼楼梯口与走廊连接处人潮汹涌。

300s时，整个宿舍楼内学生疏散到建筑外安全地区。

从整体模型来看，楼梯密度较高，每层楼梯较为拥挤。

疏散场景中的红色区域为拥堵区，多出现在人流交汇处的平台、楼道出口处。

观察发现，在疏散刚开始时，上层人流人数较少时，上层人员为本层人员让路，形成汇流现象，随着上层人流人数持续增加，人流压力增大，本层人员不得不为上层人员让路；随着本层人员的等待，后方压力增大，在交汇处的竞争再次恢复优势。

本层人流和上层人流在压力的作用下交替进入楼梯间，导致人流密度和速度的波动，造成拥堵现象。

（二）模拟疏散折线图分析
统计各楼层的每个通道口以及每个出口的疏散情况，在每个通道口分别设置检测装置，分别在公寓楼出口、二层楼梯口位置设置密度曲线采集区。

从图3可以看出，每层楼梯口处人员密度呈现出增加－平稳－减少的状态。

疏散快结束时，二楼楼梯口所处地区的人员密度最大，而三楼楼梯口人员密度减小。

楼梯口处的人员密度高，大多数同学聚集在楼梯口处。

由图3二楼楼梯口处人流密度图可以发现，在二层到六层之间的楼梯中间平台处，人的行走速度和方向会发生变化，容易造成拥堵现象。

在中间平台处，由于行人需要改变180度行走方向才能进入下一层楼梯，人没有足够的空间，来不及转身，导致拥堵。

通过模拟实验得知，全部人员从六层疏散至一层的总用时为300s-330s。

学生公寓高度为20m，属于高层公共建筑，根据相关规定，安全疏散允许的时间为5min-6min[11]。

因此，此次模拟仿真实验的人群疏散用时符合规范要求。

（三）优化建议
结合实地调研实验和仿真疏散模拟，对大连交通大学学生公寓楼在突发火灾情况下应急疏散提出如下优化建议。

第一，增加出口数量。

目前公寓楼内平时只开一个出口，不能最大限度满足逃生需求，可以通过增加出口数量来提高紧急疏散效率。

第二，采取电梯与楼梯相结合的疏散方式。

在公寓楼内增设电梯，电梯位置应在中间，在紧急疏散时与楼梯结合，达到最优的疏散效果。

第三，增设应急管理人员。

一旦遇到危险状况，应急管理人员的专业素养直接影响行人安全疏散时间，管理人员应及时关注突发状况，快速做出应对，防止突发事件发生。

第四，进行应急疏散演练。

在平时就定期组织学生进行紧急疏散演练，面对突发事件时能高效撤离事故现场。

结语
本文通过仿真实验对公寓楼内行人的整体疏散进行模拟，疏散总用时为300s-330s，符合国家规定。

仿真实验发现每层楼梯的中间平台处拥堵严重，三层、四层为疏散的重点关注地点。

因此，结合此疏散情况，提出了具体的优化建议。

参考文献
[1]管艳民.新媒体背景下高校突发事件预警机制的构建[J].科技经济导刊，2020，28（09）：218.
[2]薛永存，张建双.十五年我国高校典型学生突发事件的统计分析[J].当代教育实践与教学研究，2016（11）：260-261.
[3]赵志全，戈福琴.1949-2019年中国高校恶性火灾事故统计分析[J].今日消防，2021，6（03）：89-91.
[4]王月红，周宁.某高校宿舍楼安全疏散优化设计[J].华北理工大学学报（自然科学版），2019，41（04）：62-69.
[5]董晓玲.基于改进社会力模型的多障碍物場所应急疏散研究[D].南华大学，2023.
[6]郭海湘，卢仪帆，李旭泽，等.基于社会力模型的煤矿井下分区域应急疏散优化研究[J].安全与环境工程，2023，30（05）：121-132+165.
[7]赵飒.基于社会力模型的人群疏散仿真研究[D].大连理工大学，2016.
[8]矫磊，张丹丹，荆信茂.教学楼火灾疏散模型计算及模拟研究[J].科技资讯，2023，21（24）：195-197.
[9]储岳中，刘束青，石军花，等.多层建筑应急疏散仿真[J].计算机系统应用，2022，31（09）：396-402.
[10]阎卫东，张瑞，刘家喜，等.基于Pathfinder的高校图书馆火灾疏散研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2021，37（04）：627-633.
[11]GB50016-2014（2018年版）建筑设计防火规范[S].中国计划出版社，2018.
作者简介：魏恒建（1999- ），男，汉族，山东枣庄人，硕士研究生，研究方向：消防安全、应急疏散。