高校典型建筑物室内不同结构对学生群体应急疏散的影响研究

陈心如 都恩源 计林宇 宋涛

摘要：高校典型建筑物内部结构复杂紧密，如教学楼教室和实验室内桌椅、实验台面众多，人员疏散时极易在出入口、过道间产生堵塞现象，因此优化室内结构对提高学生群体的应急疏散效率有着重要意义。以高校典型建筑物中的大容量教室为研究对象，基于社会力模型，利用Anylogic软件针对教室内部不同结构场景和男女生不同混合比例进行群体疏散仿真研究。结果显示，在不大幅减少教室容纳学生数量（仅降低6%学生数量）的前提条件下，仅调整教室前排第1～4排座位布局即可显著减少学生疏散时间，有效提高疏散效率。

关键词：高校典型建筑物;室内结构;应急疏散;社会力模型;Anylogic仿真

国家应急管理工作会议提出公共安全是国家稳定的基础[1]，随着高等教育持续完善和高校规模不断扩大，高校突发安全事故及群体应急疏散现状也愈发受到大众重视。

国内学者主要围绕高校教学楼、宿舍楼等典型建筑内人群进行应急疏散研究。龙圣杰等[2]研究了多层宿舍学生群体疏散的撤离时间;郭小林[3]在社会力模型的基础上建立了教学楼应急疏散模型用于教学楼应急疏散方案的优化;赵宇宁等[4]研究教学楼疏散时间与楼梯口利用率之间的关系;夏煜等[5]提出连通教学楼来缓解疏散压力;都恩源等[6]研究了男女生宿舍楼紧急出口宽度与疏散效率之间的关系。本文基于社会力模型，以湖州师范学院教学楼中的大容量单间教室为例，使用Anylogic软件构建学生群体应急疏散模型，通过模拟仿真探索座位结构变化和男女生混合比例不同对疏散效率的影响，结合人群逃生心理和行为，为高校教室结构优化布局提供理论指导。

1模型简述

社会力模型是用于行人疏散建模和模拟仿真最常用的行人流模型[7]。Helbing等于1995年提出了社会力模型[8]，模型方程为：midvdidt=Ftotal+δ;其中mi是行人的质量;人受到的力Ftotal分为三个部分：自驱力FDi、人与人之间的相互作用力作用力Fij和人与障碍物之间的相互排斥力Fiω。各自方程为：

Ftotal=FDi+∑Njj=1，j≠iFij+∑Nωω=1Fiω;

FDi=mi（vdiei-vi）/τi;ei=xd-xi‖xd-xi‖

Fij=Aiexp（-εij/Bi）enij;εij=dij-（ri+rj）;

Fiω=Aωexp（-εiω/Bω）eniω;εiω=diω-ri;

自驱力FDi中vdi为行人i的期望速度，vi为行人i的实际速度，τ为弛豫时间，xd-xi为行人i与目标d之间的距离。人与人之间的相互作用力Fij中，dij是表示行人i与行人j之间的距离，ri和rj分别是行人i与j的半径，Bi是行人i和j之间的特征距离0.08m，Ai是行人i和j之间的社会排斥力强度2000N。人与障碍物之间的相互排斥力Fiω中，diω是行人i与障碍物ω之间的距离，Bω是行人i和障碍物ω之间的特征距离0.08m，Aω是行人i和障碍物ω之间的社会排斥力强度2000N。

2学生群体应急疏散模型参数

2.1教室场景参数

高校教学楼内大容量教室（超过100人）由于容纳学生较多，对学生应急疏散影响较大，成为了人群应急疏散研究重点。以湖州师范学院教学楼为例，常见的有容纳144人上课的大教室，室内座位结构示意图如图1所示。

室内有9排座位，分为左中右三块，左右两块每排可容纳4人，中间每排可容纳8人。教室前端有一个讲台桌。两个出口（一次最多可通过一人）位于教室前端。桌椅等室内障碍物的尺寸分别为：①桌椅：桌面高（桌面近胸缘距离地面的高度）：800mm;桌面深（坐人侧，桌面前后方向的尺寸）：350mm;每个席位桌面宽（坐人侧，桌面左右方向的尺寸）：600mm;桌下净空高（课桌屉箱下的空间）：620mm;座面高（椅前缘最高点距离地面的高度）：410mm，;桌椅高差（桌面高和座面高之差）：320mm;坐人侧桌缘与靠背点（指在椅正中线上，靠背向前最凸的点）间距：420mm。②讲台桌：长3.2m，宽1.2m。

2.2行人参数与指标

①男女比例：高校教室内上课学生男女混杂，专业不同会造成男女比例不同。以作者所处的师范院校为例，经调研统计，文科类专业女生占总人数85%，男生占比15%;理科类专业女生占总人数50%，男生占比50%;工科类专业女生占总人数15%，男生占比85%。

②疏散速度：放松状态下人均行走速度为1.1m/s，紧急情况下的行走速度为1.49m/s[9]。高校大学生属于青壮年，疏散速度较快，但由于教室内障碍物较多，空间拥挤，行走通道狭窄，通道和出口处人群密度较大，阻碍了学生的疏散速度;根据男女生生理结构及在紧急疏散过程中心理状态上的差异[6，9]，模拟时设定男生疏散速度为0.9～1.5m/s，女生疏散速度為0.9～1.3m/s。

③行走空间：为避免在行人应急疏散时不必要的碰撞而造成的二次事故，疏散过程行人的行走空间最小为028m2[10]。我国成年男子体宽约为0.43～0.49m，女子体宽约为0.40～0.46m。由于研究对象为成年大学生，故模拟时取男女生在疏散时的人体空间半径为0.4～0.5m。

④出口的选择：已有研究[6]和实际问卷调查显示，在逃生过程中，逃生人员都偏向于选择最近的出口或者熟悉的出口进行逃生。

3学生群体应急疏散仿真与分析

3.1教室及学生场景基础设定