中小學(xué)生緊急情況下疏散演習(xí)實驗研究

摘要：中小學(xué)教育建筑是城市文明發(fā)展不可缺少的一部分，然而由于中小學(xué)生的生活閱歷少、心智發(fā)展尚不成熟，遇到地震、火災(zāi)、停電等緊急情況時容易出現(xiàn)心理恐慌，從而導(dǎo)致踩踏事故的發(fā)生。因此，開展中小學(xué)生在緊急情況下的安全疏散問題研究具有極其重大的現(xiàn)實意義。為此我們針對中小學(xué)生在教學(xué)樓內(nèi)開展了緊急情況下的疏散實驗。我們對兩次疏散實驗中學(xué)生通過走廊、樓梯和一樓出口的流量進行了計算與分析，并對不同地點的運動速度做了統(tǒng)計，結(jié)果表明多次疏散演練可以縮短學(xué)生的疏散時間，增大出口處的平均流量，同時提高在樓梯上的速度。通過分析，我們得到緊急情況下學(xué)生疏散的行為特征以及心理狀態(tài)變化。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)生；緊急情況；疏散實驗

0 引言

教育是社會發(fā)展的重要組成部分，由于城市化的發(fā)展，城鎮(zhèn)人口迅速增多，中小學(xué)校的人數(shù)也迅速膨脹，學(xué)校里面人員密集、人流量大，發(fā)生災(zāi)害事故時很容易引發(fā)群死群傷的嚴(yán)重后果，社會影響惡劣。由于中小學(xué)學(xué)生心智發(fā)展還不成熟，在緊急情況下對傷害的規(guī)避能力、對于突發(fā)事件的應(yīng)對能力、自我保護能力都比較弱，在平常生活中對自己的某些危險行為后果預(yù)見能力有限，比如在昏暗的樓梯口惡作劇，彎腰系鞋帶等等，在面對火災(zāi)、地震等危機事件時更容易驚慌失措，也更容易受到傷害。目前國內(nèi)針對校園疏散實驗研究相對較少，對中小學(xué)生群體在火災(zāi)、地震等緊急場景下的疏散規(guī)律尚沒有系統(tǒng)化的量化研究和分析，缺乏對疏散過程人群運動規(guī)律的數(shù)據(jù)采集和分析。

因此，中小學(xué)生緊急情況下的安全疏散問題及其對策的研究具有很強的迫切性和重要的現(xiàn)實意義。

1教學(xué)樓中小學(xué)生疏散實驗

1.1 疏散場景

本次疏散實驗選在某中學(xué)教學(xué)樓內(nèi)，該教學(xué)樓共4層，參與疏散的班級共有8個，分別分布在二樓兩個班，三樓兩個班，四樓四個班，疏散過程中只有一部樓梯用來疏散，在該樓梯間、走廊等關(guān)鍵位置架設(shè)攝像機進行視頻拍攝，記錄整個疏散過程。教學(xué)樓二樓三樓疏散教室在教學(xué)樓東側(cè)，分別有兩個疏散教室，四樓疏散教室在教學(xué)樓西側(cè)，有四個疏散教室。

1.2人員情況

表1是參與疏散演習(xí)實驗的人員基本情況，實驗人員都是剛小學(xué)畢業(yè)，上初一的新生，其疏散行為可以用來代表中小學(xué)生疏散的基本特性。其中七年級九班、七年級十班學(xué)生位于教學(xué)樓二樓，七年級十一班、七年級十二班位于教學(xué)樓三樓，七年級十三班～十六班位于教學(xué)樓四樓。每個班的人數(shù)分別為49、50、48、50、51、50、52、50人，總共有400人參與疏散實驗，其中男生有189人，女生有211人。

1.3 實驗設(shè)置及步驟

本文研究的主要內(nèi)容為中小學(xué)生在緊急情況下的人員疏散，包括教室、走廊、樓梯等場所。實驗過程中，我們分別在樓梯、走廊、教室等關(guān)鍵位置架設(shè)了攝像機，由于實驗條件的限制，實驗次數(shù)為兩次。

本實驗的具體實驗步驟如下：

1. 集合各班班主任，告知其實驗基本內(nèi)容及要求，按照學(xué)校統(tǒng)一語音指示有序進行實驗；

2. 第一次疏散廣播響起，學(xué)生在班級教室里檢查鞋帶有沒系好，準(zhǔn)備疏散。第二次疏散廣播響起，各班班主任組織學(xué)生疏散到指定地點；學(xué)生從教室疏散，分別從教室的前、后門出去；各樓層疏散順序按照先低層后高層的原則；

3. 疏散完成后，學(xué)生集合到操場，然后再回到教室進行第二次疏散，疏散方法同第一次。

2典型人員疏散特性

在緊急疏散過程中，會有不同于平常的疏散現(xiàn)象出現(xiàn)，比如瓶頸處的擁擠、容易摔倒等等。通過對疏散中行人的運動行為進行分析，可以為預(yù)判人群運動提供參考，為預(yù)測人群由安全向危險發(fā)展的臨界點提供依據(jù)。

2.1沿扶梯行走行為

在緊急情況下，行人的運動速度會加快，為了讓自己不會摔倒，很自然的會把手扶在扶梯上行走。通過實驗視頻分析，大多數(shù)學(xué)生在緊急情況下的下樓過程中都會爭取沿著扶梯進行疏散。

2.2樓梯處的擁擠行為

疏散時雖然要求各班站成兩路縱隊，靠樓梯兩側(cè)有序下樓，但是因為人員不能及時疏散出去，而導(dǎo)致在樓梯上人員形成擁堵。在擁擠的條件下一旦有人摔倒，將很難爬起來，容易造成事故，所以要在疏散的時候及時對學(xué)生進行引導(dǎo)。在擁擠的情況，我們觀察到人員運動速度整體變慢，許多人在樓梯口等待。

2.3超越行為

在視頻中我們觀察到，樓梯外側(cè)行人的運動速度要高于樓梯內(nèi)側(cè)的行人運動速度，在從樓梯進入平臺的時候，外側(cè)行人要走更遠(yuǎn)的距離，所以在平臺上他們的運動速度也會高于靠近樓梯的行人。演習(xí)中的超越行為分為樓梯上的超越行為以及樓梯平臺上的超越行為，我們觀察到下樓的時候發(fā)生在平臺上的超越行為要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于發(fā)生在樓梯上的。在遇到前面有人走的比較慢的時候，一些著急的同學(xué)會加快速度，超過前面的行人，在緊急情況下，樓梯上的超越行為也很容易導(dǎo)致學(xué)生摔倒，是一種比較危險的行為。

觀察和理解這些行為可以在疏散的時候更合理、準(zhǔn)確地設(shè)計模型。

3數(shù)據(jù)處理及分析

3.1疏散時間和出口流率

疏散的時候，設(shè)計的疏散指令是第一次聽到疏散廣播時，學(xué)生在教室檢查好自己的鞋帶有沒系好，做好疏散準(zhǔn)備工作，以保證安全，第二次疏散廣播響時，開始疏散。文中統(tǒng)計的疏散時間為學(xué)生從第二次聽到疏散廣播開始運動到一樓大門口所用的時間。在發(fā)生地震、火災(zāi)等緊急情況下，人們可以用的疏散時間是有限的，疏散時間是評價中小學(xué)生疏散能力的一個重要參數(shù)，也是評估中小學(xué)生在緊急情況下能否安全逃生的重要參考。

可以看到，第一次疏散演習(xí)所用時間為208s，第二次疏散演習(xí)花了187s，比第一次疏散演習(xí)少用21s，說明在平時進行多次疏散演練可以在一定程度上縮短疏散時間。兩次疏散演練第一個人疏散出去的時間也不一樣，分別是第36s和第21s。也可以看到，疏散人數(shù)隨著時間大致成線性遞增關(guān)系，這是因為在疏散演習(xí)中，要求按照從低層到高層疏散的原則，所以大多數(shù)二樓的人從樓梯疏散完以后，樓上的人才開始疏散下來，在二樓樓梯口沒有形成特別擁擠的狀況，因此從二樓下來的人的流量是一定的，這在二樓樓梯口位置處的疏散人數(shù)與時間的關(guān)系圖中也可以看出來。endprint

我們對出口的流量進行了統(tǒng)計，流量計算如公式（1）所示。其中F表示流量，N是時間間隔為Δt的時間內(nèi)出去的人數(shù)。時間間隔Δt越長計算誤差越大，但如果時間間隔較短，流量波動性會比較大，在本文中我們選取Δt=5s來進行計算。

F=N/Δt（1）

流量計算結(jié)果，流量雖然不是很穩(wěn)定，但是主要都在1到3之間波動。第一次緊急疏散的平均流量是1.94人/s，第二次緊急疏散的平均流量是2.13人/s。第二次緊急疏散的平均流量要高于第一次緊急疏散的平均流量。

（2）不同出口疏散流量

通過比較不同地點的流量可以發(fā)現(xiàn)在疏散過程中哪些地點是制約疏散效率的關(guān)鍵地方。在教學(xué)樓疏散過程中，人首先在教室疏散出去，經(jīng)過走廊，再到樓梯，最后從一樓出口出去。為此我們統(tǒng)計了教室、走廊、樓梯、一樓出口的疏散時間以及流量。59個人通過走廊所需時間是12s，50個人疏散出教室所需時間是20s，60個人通過樓梯需要28s，49人走出一樓出口需要18s；因此可以得出走廊的流量是4.92人/s，教室的流量是2.5人/s，樓梯上的流量是2.14人/s，一樓出口處的流量是2.72人/s。走廊流量最大，樓梯流量和教室的流量相差不大。但是因為有多個教室的行人同時疏散，人員經(jīng)過走廊到達(dá)樓梯口時，因為只有一個樓梯口，在樓梯口處流量受到制約，從而導(dǎo)致人員在樓梯口擁堵。

3.2速度

（1）不同地點速度分布與大小

在實驗中我們觀察到人員從教室出來，經(jīng)過走廊，在通過樓梯時容易形成擁堵，因此樓梯上的運動是影響疏散時間長短的主要因素。我們統(tǒng)計了兩次疏散中樓梯上的速度。

臺階高度為0.18m，臺階深度為0.33m，臺階斜面的距離為0.376m，每兩層之間共有24級臺階，因為攝像機拍攝角度的關(guān)系，只能拍到12級臺階上人員的運動，所以在計算樓梯上速度的時候，我們計算行人經(jīng)過12級臺階的平均速度，每個行人的速度計算公式如公式（2）所示。

vi=L/t=12l/t（2）

同時，我們還研究了學(xué)生在走廊上的速度以及一樓出口處的速度，第一次疏散和第二次疏散在走廊上和一樓出口處速度差別不是很大。走廊上速度平均值是1.63m/s，標(biāo)準(zhǔn)差是0.28m/s。一樓出口處的速度平均值是2.30m/s，標(biāo)準(zhǔn)差是0.48m/s。表2給出了不同地點的速度大小與標(biāo)準(zhǔn)差，可以看到一樓出口處的速度最大，樓梯上的速度最小。學(xué)生通過一樓出口，通向室外，行走不受限制，所以速度較大，而在樓梯上行走，由于臺階的影響，行人會放慢速度使自身不會摔倒。

表1 不同地點速度大小

實驗場景 樓梯

（第一次疏散） 樓梯

（第二次疏散） 走廊 一樓出口

平均速度（m/s） 1.18 1.43 1.63 2.30

標(biāo)準(zhǔn)差（m/s） 0.29 0.33 0.28 0.48

4結(jié)論

本文采用疏散演習(xí)實驗和問卷調(diào)查相結(jié)合的研究方法對中小學(xué)生教學(xué)樓內(nèi)的人員在緊急情況下疏散存在的問題進行了研究。對結(jié)果進行分析和討論，主要得到了如下結(jié)論：

1. 在緊急情況下，行人在樓梯疏散時會沿著扶梯行走以讓自己不會摔倒，行人在緊急情況下疏散會出現(xiàn)超越行為以及樓梯口等瓶頸處的擁堵行為。

2. 多次演習(xí)可以縮短人員疏散時間，實驗中第一次疏散演習(xí)所用時間為208s，平均流量是1.94人/s，樓梯上的平均速度是1.18m/s；第二次疏散演習(xí)用時187s，平均流量為2.13人/s，樓梯上的平均速度是1.43m/s。

3. 不同地點流量大小不一樣，走廊的流量是4.92人/s，教室的流量是2.5人/s，樓梯上的流量是2.14人/s，一樓出口處的流量是2.72人/s。走廊流量最大，樓梯處是疏散的瓶頸，易形成擁堵，人員疏散的平均流量接近疏散瓶頸處的流量。

4. 通過問卷調(diào)查的方法，我們得到行人在認(rèn)知行為，確認(rèn)行為，逃生行為各方面相關(guān)的行為特性。調(diào)查發(fā)現(xiàn)中小學(xué)生心理素質(zhì)并不是很高，通過平常的疏散演習(xí)加強他們的心理素質(zhì)很有必要。

參考文獻：

[1]胡志瑩，葉明海，大型社會活動人群擁擠事故防范系統(tǒng)研究，災(zāi)害學(xué)，（2006）108-112.

[2]張利欣，郭海林，劉宵，王志寧，不同室內(nèi)布局對安全疏散的影響研究，消防科學(xué)與技術(shù)，（2014）639-641.

[3]徐強，由踩踏事故頻發(fā)看中小學(xué)教學(xué)樓疏散設(shè)計技術(shù)性改進的迫切性，四川建筑科學(xué)研究，38（2012）278-279.

[4]余青原，周麗秀，楊秸，等，火災(zāi)情況下小學(xué)生應(yīng)急疏散量化分析研究，中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，（2012）73-77.

作者簡介：王信穎（1981-）男，漢族，山東聊城人，助理工程師，工程碩士，從事消防安全研究。endprint