医院住院楼层人员疏散的观测及模拟研究

2013-12-09王德强宋卫国

火灾科学 2013年1期

王德强，吕伟，宋卫国

（1．广东省公安消防总队湛江市公安消防支队，湛江，524000；2．中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230027）

0 引言

医院作为一类特殊的公共场所，电气设备多、易燃易爆化学危险品多，具有很大的火灾危险性，而医院人群又是重、危、瘫痪等行动能力脆弱的特殊群体，给人员疏散造成很大困难，一旦发生火灾，势必造成人员伤亡和较大的财产损失，如1998年江苏省第一人民医院特大火灾造成14 人死亡，2004年武汉商业职工医院火灾造成18人死伤，2006年安徽省巢湖市第一人民医院特大火灾造成2000万元直接经济损失，等等。因此，医院中人员疏散已经成为医院应急反应能力的一项重要内容。

目前，国内针对医院的人员疏散研究主要受两方面制约：一方面，由于医院多以危、重、瘫痪病人为主，直接开展人员疏散的实验或演习不但比较危险，而且会影响医院的正常运营，实验研究的可行性不高；另一方面，由于医院中人员组成复杂，人员速度差异大，使用经验运动参数计算疏散时间难以保证模拟的准确性和精确性。徐瞻、石龙等人［1］分析了医院不同区域的疏散人数以及不同人员种类的疏散速度，利用商业软件SIMULEX 对不同速度以及人员速度分配情景下的疏散情况进行了计算机模拟。郑辉、王文柱等人［2］从高层医院病房楼建筑的特点出发，客观分析了高层病房楼在保证人员安全疏散的重要性和必要性，并着重结合建筑实例提出了高层病房楼安全疏散设计的若干对策。杨亚娟、卢根娣等人［3］阐述了高层医院发生火灾后人员营救及疏散的难点和对策，并结合消防实战演练经验，有针对性地提出确保人员安全的管理对策。还有一些学者主要从管理方面对医院消防工作进行了探讨［4，5］。这些研究大多没有深入分析医院人群的真实速度和行动能力，因而还是不够准确真实。

本文就是要通过对医院中特殊人群行为的观测实验，得出相应的人员运动参数，然后结合这些实际的参数对医院火灾中的人员疏散进行模拟，得出接近医院真实情况的结论。

1 医院特殊性分析

1.1 医院环境特殊性

随着医院功能的增加、病员的增多以及城市用地的不断缩减等许多社会问题的出现，再加上现代人对建筑外观美的追求，决定了医疗建筑必须向大型化、高层化发展。病房楼的高层化增加了建筑面积，相对缓解了以上的矛盾，但是层数越多、垂直疏散距离也越长，而伤病员的疏散能力尤其是垂直疏散能力低，需要较长的时间才能疏散到安全地带。同时，现代医院设置日益齐全，科室繁多、走道纵横，使用功能复杂，同时相关功能之间的联系以及各种交通流线会因地而异地给使用者带来不便。为了了解医院人员对医院安全出口的熟悉程度，笔者对所研究的医院的骨科和儿科两个楼层进行了出口熟悉度问卷调查，得出两个楼层的人员对出口的熟悉度，如图1，可以看出医院住院区不同人员对出口中的熟悉度不同，只有近半数的人对所处住院楼的出口位置及分布完全熟悉。

图1 骨科楼层和儿科楼层人群对出口熟悉度Fig．1 Familiarity of the people for the exits in the departments of orthopedics and paediatrics

1.2 医院火灾特殊性

医院人群密集，重、危症病人、瘫痪病人较多；医院有大量价格昂贵的高档精密仪器、设备，又是用电多、易燃、易爆化学危险品多的地方，一旦防火不力，发生火灾，势必会造成人员伤亡和较大的财产损失。医院火灾特殊性可总结为以下几个方面［5，6］：一是内部可燃物资多，火灾隐患严重；二是疏散人数多，扑救难度大，火势很容易蔓延扩大；三是电气线路老化、用电超负荷；四是零星火种多，管理难度大。

1.3 医院人员特殊性

医护人员方面，统计数据表明有37%左右的人员从事夜间倒班工作。从事夜间工作会对工作人员的生理心理产生很大影响。夜间工作会使人睡眠紊乱，消化不良，身体健康状况低下。国外学者通过调查研究表明，夜班工作者易发生情绪混乱、沮丧、忧虑等心理损伤。医院工作人员的经济收入差别，即医生和护理值班等工作人员的收入差距，会导致医护关系紧张，从而严重影响其工作积极性和工作效率。如果护理人员要从事较繁重的劳动，并且经常夜间工作，则他们会在情感上表现为烦躁、冷漠、偏激，进而将这些不良情绪转移到其护理的病人身上。

住院人员方面，病残人员不仅在生理上存在缺陷，其心理上也会承受较大的压力，如一些心脏病、高血压病人遇火灾精神紧张，有可能导致病情加重，甚至猝死。新入院的患者离开了熟悉的生活、工作环境，还不适应医院中医患角色转换，易产生孤独、畏惧的心理。住院者多有沉重的心理压力、对医疗技术易产生担心、恐惧心理［7］。因担心病情反复或加重，住院人员情绪波动较大，对外界环境如声音、光亮、热等适应能力下降，生活自理信心不足，依赖性更强。由于医院内人员多是老弱病残，大多行动不便，只有小部分可以自行疏散，绝大部分患者都必须在医护人员的帮助下才能进行疏散。

2 医院住院楼层人员疏散模拟

2.1 医院简介

某三级甲等医院住院大楼层数28层，高99米，总面积约50000平方米，每层面积约1700平方米，耐火等级为一级。内部设有2 个安全疏散出口，4条安全疏散通道，每层有4个阳台，2 部消防电梯，每层有8个室内消火栓，整栋大楼有防烟排烟系统，自动喷水灭火系统，火灾自动报警系统。图2是医院住院楼层平面图。

图2 医院住院楼层平面图Fig．2 The planar graph of the inpatient department building of the hospital

2.2 疏散模拟及分析

2．2．1 模拟区域选取及数据采集

针对医院住院病人受限的行动能力，我们选取第十二层骨科楼层和第十三层儿科楼层进行研究。在模拟区域上，由于住院大楼为四方对称结构，内部有两个疏散楼梯，位置分布如图2，一旦发生紧急情况，人员会选择较近的楼梯进行逃离，因此我们选取每层楼的两个病房区作为模拟的区域，如图3。通过连续几天现场调研发现，对于骨科，男女病人数量相差较大，而儿科基本上没有差距；周末白天陪护数量明显多于工作日，而工作日和周末夜晚陪护数量相差不大；骨科病人年龄多分布于中老年，儿科病人年龄大多分布于婴幼儿。根据从门诊处、住院处和保卫处多个部门了解得知全年医院住院楼基本无空床位，都是在住院部排号排队住院。所以每天在住院楼住院治疗的病人数等于床位数。而骨科楼层有60个床位，儿科楼层有45个床位。这些将为后文的模拟研究的输入提供数据支持。同时我们通过对医院视频监控录像的分析处理，得到不同人群类别的速度。测量区选取如图4，图中线框区域即为速度测量区，测量区的长度已知，速度即为：测量区长度／经过测量区所用时间。这里采用的测量区为2．6m和5．6m 两种，时间从监控录像的记录时间上读取。

图3 模拟区域Fig．3 Simulation scenario

通过上述的观测统计方法，我们获取了骨科77个和儿科110个不同人群的速度样本。人群的类别概括可以分为骨科病人、儿科陪护（儿科病人一般由陪护家长抱着，因此以其陪护为研究对象）、医护人员三类。详细包括双拐病人、单拐病人、轮椅病人、一般病人、护士、医生、探望者、抱小孩家长、牵小孩家长、背小孩家长等。图5 是不同人群类别的速度分布盒形图，从图5中可以看出，轮椅病人的速度是最低的，医护人员及探望者的速度最高；双拐病人的速度要比单拐病人快，可以自己行动的一般病人的速度要快于需借助辅助工具行走的病人；对于儿科陪护，其行走速度低于正常行走的探望者，但接近于骨科一般病人，这说明在负重情况下，人的行走不便，速度会降低。图6给出了不同类别人群速度的统计分布，从图6 中可以看出，医护人员的行走速度集中分布于0．8m／s－1．4m／s，儿科陪护的速度集中分布于0．6m／s－0．9m／s，而骨科病人的速度比较均匀，呈散布状态，将近90%的病人速度小于0．7m／s。

图4 速度测量区Fig．4 The area for measuring the velocity

图5 不同人群速度盒形图Fig．5 The box chart of velocities of the people

2．2．2 模型构建

本文采用FDS＋Evac对所选取区域的特殊人群进行疏散模拟。FDS＋Evac理论基础是社会力模型［8］，是目前公认的较为真实可靠的人员疏散模拟模型。该模型可设定5类不同尺寸的人员运动速度并进行模拟，如表1所示。此外该模型还可考虑人员对特定出口的熟悉度，对本文的研究也有较强的针对性。

图6 不同类别人群速度分布Fig．6 The distributions of velocity of different kinds of people

表1 FDS＋Evac中人员类别及速度［9］Table 1 The category and velocity of people in FDS＋Evac

图7 医院住院楼骨科楼层区域模型图Fig．7 Simulation scenario of the departments of orthopedics in the inpatient department building

利用FDS＋Evac建立医院骨科一区二区区域模型，如图7 所示，模型建筑网络大小为0．5m×0．5m×0．5m，疏散网格大小为0．5m×0．5m。

2．2．3 骨科儿科楼层多速度疏散模拟及分析

为了对骨科儿科楼层进行真实地模拟，必须考虑骨科儿科人员的真实速度参数，因此必须先对FDS＋Evac中的人员运动参数进行重新标定，表2分别为骨科和儿科速度标定，用实际人员类别和速度标定模型中某一类别人员的速度。

运用标定后的人员类别及其速度，结合调查得到的人员数量及分布情况，对骨科儿科两个楼层分别进行模拟，得到模拟疏散时间，如图8所示。

表2 骨科和儿科速度标定Table 2 Velocity calibration of the departments of orthopedics and paediatrics

从图8左图中可以看出，在骨科楼层，标定前速度取Adult经验值时的疏散要比取Elderly经验值时的疏散要快近40s，这是由于Adult和Elderly两种经验速度差异较大，可见人员运动速度是人员疏散的关键因素；而标定后的人员疏散总时间明显要多于标定前，和采用Adult经验速度相比，标定后的疏散明显较慢，和采用Elderly经验速度相比，标定后的疏散在100s之前与之较为接近，但是在100s之后明显变慢，这是由于标定后有5种形式的人员及其速度，前100s速度快的可以尽快疏散，行动能力特别不便的病人滞留到最后才能缓慢撤离，100s之后30s左右的时间出现一个人流间歇，没有人员从出口走出，之后人员疏散的速度明显放慢，可以认为这是滞留在后面的行动不便的病人的疏散过程，这也说明医院中重症病人是疏散时间的瓶颈，只有保证他们尽快疏散，才能实现整体快速疏散的目标。从图8右图中可以看出，在儿科楼层，自第50s左右有人跑出出口，标定后的人员疏散速度明显慢于标定前，最终的结果是标定前的疏散时间比标定后的疏散时间要短大约25s。可以看出儿科人员疏散同骨科有明显不同，骨科楼层出现间歇性人流而儿科楼层的人流比较连续，直到疏散结束，这是因为骨科楼层不同类别人员的速度差异过大，而儿科楼层基本上都是陪护的家长且速度差异不是太大，在疏散过程中不会出现部分人滞后的情况。

图8 骨科（左图）和儿科（右图）楼层标定前后疏散时间Fig．8 Evacuation time without and with velocity calibration（left：the department of the orthopedics，right：the department of paediatrics）

比较骨科楼层和儿科楼层标定前后的模拟结果，可以看出，速度差异是制约疏散总时间的瓶颈因素，人员类别的组成也对疏散结果有重要影响；单一速度的经验值模拟不能真实地反映实际情况，比如骨科楼层出现的人流间歇现象，而根据实际值标定后的模拟在结果上比较保守，更加接近真实疏散。

2．2．4 骨科儿科出口熟悉度疏散模拟及分析

医院同人们常去的公共场所如宾馆、饭店、商场等不同，人们只有在生病的时候才会去医院就诊，医院中有相当一部分人可能还是第一次前来就医，因此并不是所有的人对医院结构、安全出口的分布完全熟悉，从我们问卷调查的情况知，有多于半数的人不熟悉或不知道安全出口的分布。火灾中人员行为特性研究表明，在发生火灾时人们出现从众行为，也就是说在疏散过程中会有人员跟随的行为，如果出现从众或跟随，那么出口的熟悉度对疏散的影响可能就会削弱，我们通过模拟来研究出口熟悉度是否对疏散有很大影响。

我们分别针对骨科和儿科楼层不同人员采取不同的熟悉度，在FDS＋EVAC 中人员对一个出口的熟悉度取值为0－1，其中0表示完全不熟悉，1表示完全熟悉，我们定义骨科和儿科楼层不同类别人员的熟悉度，见表3。

表3 骨科人员和儿科人员对出口的熟悉度Table 3 Familiarity of the people for the exits in the departments of orthopedics and paediatrics

图9为骨科楼层和儿科楼层在不同熟悉度下的疏散时间比较，所有人对出口熟悉度不全为1的情况即按表4和表5设定各类人员对出口的熟悉度。从图9左图可以看出，在100s以前，熟悉度为1和熟悉度为0．5的待疏散人数曲线基本重合，这说明这一阶段熟悉度对疏散影响很小，而在100s－120s出现人流间歇之后，熟悉度为0．5时的疏散明显要慢于熟悉度为1 时，总的疏散时间相差近100s；从图9右图可以看出，熟悉度为0．5和熟悉度为1时的疏散基本吻合，熟悉度全为1时，疏散速度稍快，但是总的疏散时间相差不大。我们分析产生这种现象的原因，在骨科楼层疏散时，各类人员速度差异较大，前100s内速度较快的人先撤离，行动能力很弱的人滞留在后面缓慢撤出，出现间歇性人流，滞留的少数人不会有从众跟随行为，在儿科楼层，各类人员速度差异较小，不会产生人流间歇，所有人均可产生从众跟随行为，而人的跟随行为恰好可以弥补对出口的熟悉度。因此，我们可以得出结论，在疏散人流较为连续时，出口熟悉度对疏散的影响会因人的跟随行为而削弱，而在疏散人流间断后，滞留人员对出口的熟悉度直接影响其疏散时间，在实际的疏散过程中，也要尽量避免落单，否则一旦对出口不熟悉，就很难撤离出危险场所。

图9 骨科（左）和儿科（右）楼层人员不同熟悉度下疏散时间Fig．9 Evacuation time with different exit familiarities（left：the department of the orthopedics，right：the department of the paediatrics）

3 结论

本文通过实地调研和现场问卷两种方式得到了医院骨科和儿科两个楼层的视频资料和人员类别组成，经过对视频信息的提取获得了不同人员类别的速度区间，对问卷调查的统计可以得到两个楼层人员对出口的熟悉程度，然后根据获取的速度区间来标定FDS＋Evac中的经验值并进行模拟，根据人员对出口的熟悉度调查来定义模拟时不同人员的熟悉度参数。从数据处理和疏散模拟中可以得出以下一些结论：

（1）医院中医护人员的速度最快，借助辅助工具行走的病人速度最慢；背小孩和抱小孩的家长速度比正常探望者慢，这说明在负重情况下，人行走不便，速度会降低；

（2）骨科楼层不同人员速度差异大，疏散过程会出现间歇性人流；儿科楼层人员速度差异较小，不会出现间歇性人流；熟悉度对人员疏散的影响会因人的跟随行为而削弱，而对于疏散过程中滞后的人员至关重要；

（3）根据采集的实际人员速度标定后的多速度模拟结果要比直接用经验值时的模拟结果更加保守、可靠和真实。

结合前面对行走速度和出口熟悉度两方面的分析，我们主要从提高人员对出口熟悉度、缩短人员运动时间的角度提出以下几点对策及措施：

（1）在医院通廊设置清楚的疏散指示标志，指明可通行的方向，确保所有的病人及其家属陪护人员知道当前所处位置和安全出口位置。在病人办理住院手续时，主动向患者提供消防安全指引和应急疏散注意事项说明，从住院初期就告知每位病人疏散的位置、逃生要领。

（2）医院结合自身情况，拟定有针对性的火灾应急疏散演练，加强对医务人员应急处理能力的教育和培训，安排受过专业训练的人员现场保护和安抚病人情绪，可考虑扩宽消防电梯的使用范围或每隔一定楼层设置一定数量的避难间。供火灾时无法安全疏散的高危病人、残疾人和护理人员紧急避难时使用。

［1］徐瞻，石龙．某大型医院人员疏散计算模拟［J］．消防科学与技术，2008，27（07）：512－514．

［2］郑辉，王文柱．高层病房楼的安全疏散设计［J］．消防科学与技术，2006，25（2）：213－215．

［3］杨亚娟，卢根娣．高层医院建筑火灾人员营救与疏散［J］．解放军医院管理杂志，2010，17（5）：466－467．

［4］黄志平．高层病房楼安全疏散防火对策［J］．南昌高专学报，2004，19（4）：116－117．

［5］薛岗，张晋，刘芳．大型综合医院火灾防御体系探讨［J］．消防科学与技术，2007，26（1）：57－59．

［6］王伟军，田玉敏．医院火灾特点以及消防安全对策的研究［J］．消防技术与产品信息，2008（8）：33－36．