青树坪中心小学紧急情况疏散问题.doc

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。（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班公校长办公室73班道72班室71班20、2米栋一正视图82班办公室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米栋二正视图图一 中心小学正视图23符号说明 （1）Tn：必需安全疏散时间；Tn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）TA：可用安全疏散时间；TA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） TD：危险探测时间；TD是指疏散人员从察觉到危险现象，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）TYDZ：预动作时间，单位为秒；（5）TYSY：人员疏散运动时间，单位为秒；（6）TYS：认识时间，单位为秒；（7）TFY：反应时间，单位为秒；（8）L1：学生或老师在教室内运动距离，米，Max（L1）=12米；（9）Vk：疏散人员的平均运动速度，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）L2：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地。 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 +（TYS +TFY +TXC）+ TYSY . 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）= TD+TYS+TFY+L1/VK+T教室门口+(L2+L楼梯)/VK+T楼门口式中，L1为第k个人在教室内运动距离，Max（L1）=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；L2为第k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，L1为第k个人在教室内运动距离，Max（L1）=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（t1）= 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。此时教师有责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（t2）= 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（L2）=20、2米，此段时间花费max（t3）= 20、22= 10、1秒。75、74、79、80班在楼道运动的距离为Max（L2）=23、3+12=35、3米，此段时间花费max（t3）= 362=18秒。73、72、77、78班在楼道运动的距离为Max（L2）=26、6+12=38、6米，此段时间花费max（t3）=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，则教室门口滞后时间Max（t2）=78053=52秒。学生疏散运动时间Max（TYSY）= 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3.3 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 （烟气层温度约为200）。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