1、1青树坪中心小学紧急情况疏散问题湖南省娄底市双峰一中 393 班 赵雨露指导老师: 王建阳摘要：本文针对中心小学西区两栋教学楼在紧急情况下学生的疏散问题，在合理的假设下，得出了在学生人数密度较大的教学楼内，学生疏散 时间的 计算方法和疏散过程中学生拥挤瓶颈现象的解决方法，并提出了采用合理疏散方案来控制疏散 过程中学生拥挤的瓶颈现象，使学生能在最短的时间内疏散到安全地带。关键词：青树坪 中心小学 紧急疏散1问题的提出学校是人口聚集地，而在小学，则很少有学生在紧急情况下可以镇定地思考。在这种情况下，我们要居安思危，提前制定出科学的疏散方案，以免造成重大的损失。当然，对于不同的建筑物，疏散方式不尽相
2、同。本文针对中心小学西方教学楼的特点，提出一种学生疏散时间计算模型，对西楼的危险场景作了分析，从而指导学生能在最短的时间内疏散到安全地带。2模型假设与符号说明21模型假设：（1）每个学生的行走能力是相同的，且均有能力疏散到安全地点。（2）学生在平地上的行走能力与在楼梯上的行走能力一致，均为2m/s。2（3）每间教室等长，均为 8、5m。（4）每个班人数相等，均为 60 人。（5）每个人均匀享有教室空间。（6）每个学生均处于清醒状态，且疏散过程中没有摔倒，停留，沿途返回的情形。（7）在疏散过程中，宽度相等的出口，人流的流量、速度相等。（8）假设火源在一楼中间教室 70 班。22 中心小学西区教学
3、楼情况介绍中心小学西区教学楼是分为两栋，均为三层楼结构。栋一第一、三层有三间教室，一间办公室，一道楼梯。第二层为两间教室，一间办公室和一间校长办公室。栋二一楼有四间教室，三间办公室。中间是大厅，二楼和三楼则是将一楼的大厅换成了办公室，大楼最边上是厕所。栋二有两道楼梯。每间教室均有两个出口，除栋一二楼会议室有两个出口外，其余办公室均为一个出口。经测量，栋二走廊总长为 67、8 米，栋一走廊总长为 35 米。大厅宽 3、55 米，楼梯长度均为 12 米。楼梯口宽为 3、3 米，每间教室面积为 52 米。中心小学正视图见下图图一85 班 楼 84 班 办 83 班79 班 梯 78 班 公 校长办公
4、室3栋一正视图栋二正视图图一 中心小学正视图23符号说明（1）T n：必需安全疏散时间；T n是指从危险情况发生起，到人员疏散到安全区域的时间。其中 N 是英语“需要”need 的首字母。（2）T A：可用安全疏散时间；T A是指事故发生时，到对人员构成危险时的一段时间。其中 A 是英语“可利用的”avaiable 的首字母。当 Tn小于 TA时，疏散成功，当 Tn大于 TA时，疏散失败。我们要做的就是制定合理的疏散方案来减少 TN，使同学们在最短的时间内到达安全地。（3） T D：危险探测时间；T D是指疏散人员从察觉到危险现象，73 班 道 72 班 室 71 班20、2 米82 班 办公
5、室81 班 楼梯 办公室 79 班 办公室 79 班 办公室 楼梯 厕所77 班 办公室76 班 楼梯 办公室 75 班 办公室 74 班 办公室 楼梯 厕所70 班 办公室69 班 楼梯 大厅 68 班 办公室 67 班 办公室 楼梯 厕所23.3 米 266 米4到意识到危险存在的一段时间。其中，D 是英语“危险”danger 的 首字母。（4）T YDZ：预动作时间，单位为秒；（5）T YSY：人员疏散运动时间，单位为秒；（6）T YS：认识时间，单位为秒；（7）T FY：反应时间，单位为秒；（8）L 1：学生或老师在教室内运动距离，米，Max（L 1）=12 米；（9）V k：疏散人员
6、的平均运动速度，单位为米/秒；（10）t 教室门口 ：在教室门口等候时间，单位为秒；（11）L 2：疏散人员在走廊和楼道运动距离，单位为米；（12）t 楼门口 为在楼门口等候时间，单位为秒。 3.1 疏散时间模型的建立在疏散过程中，时间是最宝贵的。因此建立一个合理的疏散时间模型，了解疏散过程中时间因素的影响是解决疏散问题的关键。从着火时刻起，到安全疏散结束的时间是必须安全疏散时间TN。 事故发生时，到对人员构成危险时的一段时间，是可用安全疏散时间 TA. 当 Tn小于 TA时，疏散成功，当 Tn大于 TA时，疏散失败。我们要做的就是制定合理的疏散方案来减少 TN，使同学们在最短的时间内到达安全
7、地。5影响必须安全疏散时间的因素有疏散人员的感知能力、危险信号的传播速度、疏散人员的行动能力。因此，疏散时间模型为：在疏散过程中，紧急情况下的我们将必需安全疏散时间 TN分为危险探测时间 TD、预动作时间 TYDZ和人员疏散运动时间 TYSY。其中预动作时间 TYDZ又包括认识时间 TYS、反应时间 TFY和危险信息传播时间 TXC。即：TN= TD+ TYDZ + TYSY = TWT +（T YS +TFY +TXC）+ T YSY 其中，人员疏散运动时间还可以细分为：从最远疏散点至安全出口步行所需的时间和出口通过排队时间构成。出口通过排队时间可由区域人员全部从出口通过所需的时间来计算。根
8、据建筑物的结构特点，可将中心小学西部教学楼疏散通道分成 4 段：1）教室内部；2）教室门口；3）走廊；4）楼门口。在第2、第 4 段的出口处，人群通过时可能需要一定的排队时间。于是第k 个人的必需安全疏散时间 TN（k）可修正为表示为：TN（k）= T D+TYS+TFY+L1/VK+ T 教室门口 +(L2+L 楼梯 )/VK+T 楼门口式中，L 1为第 k 个人在教室内运动距离，Max（L 1）=8、5 米；Vk为第 k 个人平均运动速度； t 教室门口 为在教室门口等候时间；L 2为第6k 个人在楼道运动距离； t 楼门口 为在楼门口等候时间。最后一个离开东教学楼的学生所有用的时间就是人
9、员疏散所需的必需疏散时间。3.2 疏散时间模型的求解假设第一层的 70 班教室是起火房间，其中 70 班学生直接获得火灾迹象，马上进行疏散，设其反应的滞后时间为 60 秒，即 TN +TYS +TFY = 60 秒。教学人员大部分是学生和老师，火灾信息通过应急广播系统很快传播，因而同楼的其他教室的人员会得到 70 班学生及教师的警告，开始决定疏散行动。设危险信息传播的时间为 120 秒，即TXC = 120 秒。开始疏散之前，危险探测时间、危险信息传播时间、接受信息学生的认识时间和反应时间等总的滞后时间为 180 秒。由于火灾发生在一楼，其对一层人员构成的危险相对较小，故下面重点讨论第二、三层
10、的人员疏散问题。必需安全疏散时间 TN除了第一部分 TD +TYS +TFY +TXC之外，就是学生疏散运动时间 TYSY，它又分成 6 个时间段：1）教室内部；2）教室门口；3）走廊和楼道；4）楼门口。其中第 1 时间段：教室内部，L 1为第 k 个人在教室内运动距离，Max（L 1）=8.5 米，此时教室里有很多桌椅，因此学生运动速度应该乘以系数 0.5，即教室平均运动速度为 2 米/秒0.5=1 米/秒，则Max（t 1）= 8.5/1= 8.5 秒。第 2 时间段：教室门口，由于每班 60 名学生，同时涌向教室门口，所以教室门口是疏散过程中的第一个拥挤瓶颈现象发生的地方。7此时教师有责
11、任组织学生有秩序地从两个门口疏散：座位为 1-4 排的从前门疏散，座位为 5-7 排的从后门疏散，依次快速地离开班级门口。在有秩序地正常疏散情况下，按 0.92 米宽的门口算，门口人流量= 1人/秒，则教室门口滞后时间 Max（t 2）= 6012 =30 秒第 3 时间段：走廊和楼道，栋二走廊总长为 67、8 米，栋一走廊总长为 35 米，楼梯长度均为 12 米。由于有三个楼梯，因此各班应就近选择下楼楼梯。栋一各班应从本楼楼梯逃生，栋二 74、75、79、80应从左边楼梯逃生，72、73、77、78 应从靠近厕所的楼梯逃生。这样栋一各班在走廊和楼道运动的距离为 Max（L 2）=20、2 米
12、，此段时间花费 max（t 3）= 20、22= 10、1 秒。75、74、79、80 班在楼道运动的距离为 Max（L 2）=23、3+12=35、3 米，此段时间花费 max（t 3）= 362=18 秒。73、72、77、78 班在楼道运动的距离为 Max（L 2）=26、6+12=38、6 米，此段时间花费 max（t 3）=392=19、5 秒。第五时间段：楼门口，由于全部学生都涌向楼门口，所以楼门口是疏散过程中的第二个拥挤瓶颈现象发生的地方。此时学校领导应提前派人在三个楼门口组织师生有序疏散。在有秩序地正常疏散情况下，按 3、5 米宽的门口算，门口人流量= 5 人/秒，则教室门口滞
13、后时间Max（t 2）=78053=52 秒。学生疏散运动时间 Max（T YSY）= 8、5+30+21+52 =111、5 秒。学生必需安全疏散时间 TBX = 180 + 111、5 =291.5 秒=4 分 52 秒83.3 可用安全疏散时间一般情况下，可用安全疏散时间 TKY与火灾危险状态有关。火灾的危险状态 1 可用 1）热辐射通量；2）烟气温度；3）烟气中有毒气体浓度来表示。1）热辐射通量是指热辐射到人体皮肤表面的有效热值的数量。实验表明，当人体接受的热辐射通量超过 0.25W/cm2并持续 3 分钟以上时将造成严重灼伤。2）烟气温度：当上部烟气层温度高于 180C 时，将对人体
14、皮肤造成严重伤害；当烟气层下降到与人体直接接触时，烟气层温度高于100C 时，会使人直接烧伤。资料显示，在 71C 的烟气中待 60 秒或在 82C 的烟气中待 30 秒、在 100C 的烟气中待 15 秒就可以造成皮肤的二级烧伤。3）有毒气体浓度：在烟气层下降到人员呼吸高度 1.5 米左右时，CO 浓度达到 0.25% 就可以对人构成严重伤害。此外，缺氧窒息和辐射热也是致人死亡的主要因素，研究表明：空气中氧气的正常值为 21，当氧气含量降低到 1215时，便会造成呼吸急促、头痛、眩晕和困乏，当氧气含量低到 68时，便会使人虚脱甚至死亡；人体在短时间可承受的最大辐射热为2.5kW/m2 （烟气
15、层温度约为 200）。9可用安全疏散时间是一个不确定值，与火灾程度等级、教学楼建筑材料及教室桌椅门窗材料耐火性能等因素有关。它与火灾程度等级成反比，越严重的火灾，可用安全疏散时间越短。如果教学楼建筑材料及教室桌椅门窗材料耐火性能不好，易燃且含有害成分，则可用安全疏散时间越短。3.4 模型补充说明当然，本文建立在完全理想的状态下，实际上，对于小学生来说，面对危险惊慌失措是很正常的，逃生过程中很可能因恐惧而耽误疏散速度，这就需要我们的老师镇定地指导以及平时的教育了。同时学校平时也应就这方面多进行安全教育，或者进行演习，提高同学们的心理素质。参考文献：1 公安部消防局编，中国火灾统计年鉴，群众出版社， 1997 年 09 月2 韩占先等编著，火灾科学与消防工程，山东科学技术出版社，2001 年 04 月
