王德強(qiáng)，呂 偉，宋衛(wèi)國

（1．廣東省公安消防總隊(duì)湛江市公安消防支隊(duì)，湛江，524000；2．中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥，230027）

0 引言

醫(yī)院作為一類特殊的公共場所，電氣設(shè)備多、易燃易爆化學(xué)危險(xiǎn)品多，具有很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，而醫(yī)院人群又是重、危、癱瘓等行動(dòng)能力脆弱的特殊群體，給人員疏散造成很大困難，一旦發(fā)生火災(zāi)，勢必造成人員傷亡和較大的財(cái)產(chǎn)損失，如1998年江蘇省第一人民醫(yī)院特大火災(zāi)造成14 人死亡，2004年武漢商業(yè)職工醫(yī)院火災(zāi)造成18人死傷，2006年安徽省巢湖市第一人民醫(yī)院特大火災(zāi)造成2000萬元直接經(jīng)濟(jì)損失，等等。因此，醫(yī)院中人員疏散已經(jīng)成為醫(yī)院應(yīng)急反應(yīng)能力的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

目前，國內(nèi)針對醫(yī)院的人員疏散研究主要受兩方面制約：一方面，由于醫(yī)院多以危、重、癱瘓病人為主，直接開展人員疏散的實(shí)驗(yàn)或演習(xí)不但比較危險(xiǎn)，而且會(huì)影響醫(yī)院的正常運(yùn)營，實(shí)驗(yàn)研究的可行性不高；另一方面，由于醫(yī)院中人員組成復(fù)雜，人員速度差異大，使用經(jīng)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算疏散時(shí)間難以保證模擬的準(zhǔn)確性和精確性。徐瞻、石龍等人［1］分析了醫(yī)院不同區(qū)域的疏散人數(shù)以及不同人員種類的疏散速度，利用商業(yè)軟件SIMULEX 對不同速度以及人員速度分配情景下的疏散情況進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。鄭輝、王文柱等人［2］從高層醫(yī)院病房樓建筑的特點(diǎn)出發(fā)，客觀分析了高層病房樓在保證人員安全疏散的重要性和必要性，并著重結(jié)合建筑實(shí)例提出了高層病房樓安全疏散設(shè)計(jì)的若干對策。楊亞娟、盧根娣等人［3］闡述了高層醫(yī)院發(fā)生火災(zāi)后人員營救及疏散的難點(diǎn)和對策，并結(jié)合消防實(shí)戰(zhàn)演練經(jīng)驗(yàn)，有針對性地提出確保人員安全的管理對策。還有一些學(xué)者主要從管理方面對醫(yī)院消防工作進(jìn)行了探討［4，5］。這些研究大多沒有深入分析醫(yī)院人群的真實(shí)速度和行動(dòng)能力，因而還是不夠準(zhǔn)確真實(shí)。

本文就是要通過對醫(yī)院中特殊人群行為的觀測實(shí)驗(yàn)，得出相應(yīng)的人員運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后結(jié)合這些實(shí)際的參數(shù)對醫(yī)院火災(zāi)中的人員疏散進(jìn)行模擬，得出接近醫(yī)院真實(shí)情況的結(jié)論。

1 醫(yī)院特殊性分析

1.1 醫(yī)院環(huán)境特殊性

隨著醫(yī)院功能的增加、病員的增多以及城市用地的不斷縮減等許多社會(huì)問題的出現(xiàn)，再加上現(xiàn)代人對建筑外觀美的追求，決定了醫(yī)療建筑必須向大型化、高層化發(fā)展。病房樓的高層化增加了建筑面積，相對緩解了以上的矛盾，但是層數(shù)越多、垂直疏散距離也越長，而傷病員的疏散能力尤其是垂直疏散能力低，需要較長的時(shí)間才能疏散到安全地帶。同時(shí)，現(xiàn)代醫(yī)院設(shè)置日益齊全，科室繁多、走道縱橫，使用功能復(fù)雜，同時(shí)相關(guān)功能之間的聯(lián)系以及各種交通流線會(huì)因地而異地給使用者帶來不便。為了了解醫(yī)院人員對醫(yī)院安全出口的熟悉程度，筆者對所研究的醫(yī)院的骨科和兒科兩個(gè)樓層進(jìn)行了出口熟悉度問卷調(diào)查，得出兩個(gè)樓層的人員對出口的熟悉度，如圖1，可以看出醫(yī)院住院區(qū)不同人員對出口中的熟悉度不同，只有近半數(shù)的人對所處住院樓的出口位置及分布完全熟悉。

圖1 骨科樓層和兒科樓層人群對出口熟悉度Fig．1 Familiarity of the people for the exits in the departments of orthopedics and paediatrics

1.2 醫(yī)院火災(zāi)特殊性

醫(yī)院人群密集，重、危癥病人、癱瘓病人較多；醫(yī)院有大量價(jià)格昂貴的高檔精密儀器、設(shè)備，又是用電多、易燃、易爆化學(xué)危險(xiǎn)品多的地方，一旦防火不力，發(fā)生火災(zāi)，勢必會(huì)造成人員傷亡和較大的財(cái)產(chǎn)損失。醫(yī)院火災(zāi)特殊性可總結(jié)為以下幾個(gè)方面［5，6］：一是內(nèi)部可燃物資多，火災(zāi)隱患嚴(yán)重；二是疏散人數(shù)多，撲救難度大，火勢很容易蔓延擴(kuò)大；三是電氣線路老化、用電超負(fù)荷；四是零星火種多，管理難度大。

1.3 醫(yī)院人員特殊性

醫(yī)護(hù)人員方面，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明有37%左右的人員從事夜間倒班工作。從事夜間工作會(huì)對工作人員的生理心理產(chǎn)生很大影響。夜間工作會(huì)使人睡眠紊亂，消化不良，身體健康狀況低下。國外學(xué)者通過調(diào)查研究表明，夜班工作者易發(fā)生情緒混亂、沮喪、憂慮等心理損傷。醫(yī)院工作人員的經(jīng)濟(jì)收入差別，即醫(yī)生和護(hù)理值班等工作人員的收入差距，會(huì)導(dǎo)致醫(yī)護(hù)關(guān)系緊張，從而嚴(yán)重影響其工作積極性和工作效率。如果護(hù)理人員要從事較繁重的勞動(dòng)，并且經(jīng)常夜間工作，則他們會(huì)在情感上表現(xiàn)為煩躁、冷漠、偏激，進(jìn)而將這些不良情緒轉(zhuǎn)移到其護(hù)理的病人身上。

住院人員方面，病殘人員不僅在生理上存在缺陷，其心理上也會(huì)承受較大的壓力，如一些心臟病、高血壓病人遇火災(zāi)精神緊張，有可能導(dǎo)致病情加重，甚至猝死。新入院的患者離開了熟悉的生活、工作環(huán)境，還不適應(yīng)醫(yī)院中醫(yī)患角色轉(zhuǎn)換，易產(chǎn)生孤獨(dú)、畏懼的心理。住院者多有沉重的心理壓力、對醫(yī)療技術(shù)易產(chǎn)生擔(dān)心、恐懼心理［7］。因擔(dān)心病情反復(fù)或加重，住院人員情緒波動(dòng)較大，對外界環(huán)境如聲音、光亮、熱等適應(yīng)能力下降，生活自理信心不足，依賴性更強(qiáng)。由于醫(yī)院內(nèi)人員多是老弱病殘，大多行動(dòng)不便，只有小部分可以自行疏散，絕大部分患者都必須在醫(yī)護(hù)人員的幫助下才能進(jìn)行疏散。

2 醫(yī)院住院樓層人員疏散模擬

2.1 醫(yī)院簡介

某三級甲等醫(yī)院住院大樓層數(shù)28層，高99米，總面積約50000平方米，每層面積約1700平方米，耐火等級為一級。內(nèi)部設(shè)有2 個(gè)安全疏散出口，4條安全疏散通道，每層有4個(gè)陽臺(tái)，2 部消防電梯，每層有8個(gè)室內(nèi)消火栓，整棟大樓有防煙排煙系統(tǒng)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。圖2是醫(yī)院住院樓層平面圖。

圖2 醫(yī)院住院樓層平面圖Fig．2 The planar graph of the inpatient department building of the hospital

2.2 疏散模擬及分析

2．2．1 模擬區(qū)域選取及數(shù)據(jù)采集

針對醫(yī)院住院病人受限的行動(dòng)能力，我們選取第十二層骨科樓層和第十三層兒科樓層進(jìn)行研究。在模擬區(qū)域上，由于住院大樓為四方對稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有兩個(gè)疏散樓梯，位置分布如圖2，一旦發(fā)生緊急情況，人員會(huì)選擇較近的樓梯進(jìn)行逃離，因此我們選取每層樓的兩個(gè)病房區(qū)作為模擬的區(qū)域，如圖3。通過連續(xù)幾天現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對于骨科，男女病人數(shù)量相差較大，而兒科基本上沒有差距；周末白天陪護(hù)數(shù)量明顯多于工作日，而工作日和周末夜晚陪護(hù)數(shù)量相差不大；骨科病人年齡多分布于中老年，兒科病人年齡大多分布于嬰幼兒。根據(jù)從門診處、住院處和保衛(wèi)處多個(gè)部門了解得知全年醫(yī)院住院樓基本無空床位，都是在住院部排號排隊(duì)住院。所以每天在住院樓住院治療的病人數(shù)等于床位數(shù)。而骨科樓層有60個(gè)床位，兒科樓層有45個(gè)床位。這些將為后文的模擬研究的輸入提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)我們通過對醫(yī)院視頻監(jiān)控錄像的分析處理，得到不同人群類別的速度。測量區(qū)選取如圖4，圖中線框區(qū)域即為速度測量區(qū)，測量區(qū)的長度已知，速度即為：測量區(qū)長度／經(jīng)過測量區(qū)所用時(shí)間。這里采用的測量區(qū)為2．6m和5．6m 兩種，時(shí)間從監(jiān)控錄像的記錄時(shí)間上讀取。

圖3 模擬區(qū)域Fig．3 Simulation scenario

通過上述的觀測統(tǒng)計(jì)方法，我們獲取了骨科77個(gè)和兒科110個(gè)不同人群的速度樣本。人群的類別概括可以分為骨科病人、兒科陪護(hù)（兒科病人一般由陪護(hù)家長抱著，因此以其陪護(hù)為研究對象）、醫(yī)護(hù)人員三類。詳細(xì)包括雙拐病人、單拐病人、輪椅病人、一般病人、護(hù)士、醫(yī)生、探望者、抱小孩家長、牽小孩家長、背小孩家長等。圖5 是不同人群類別的速度分布盒形圖，從圖5中可以看出，輪椅病人的速度是最低的，醫(yī)護(hù)人員及探望者的速度最高；雙拐病人的速度要比單拐病人快，可以自己行動(dòng)的一般病人的速度要快于需借助輔助工具行走的病人；對于兒科陪護(hù)，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，這說明在負(fù)重情況下，人的行走不便，速度會(huì)降低。圖6給出了不同類別人群速度的統(tǒng)計(jì)分布，從圖6 中可以看出，醫(yī)護(hù)人員的行走速度集中分布于0．8m／s－1．4m／s，兒科陪護(hù)的速度集中分布于0．6m／s－0．9m／s，而骨科病人的速度比較均勻，呈散布狀態(tài)，將近90%的病人速度小于0．7m／s。

圖4 速度測量區(qū)Fig．4 The area for measuring the velocity

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

2．2．2 模型構(gòu)建

本文采用FDS＋Evac對所選取區(qū)域的特殊人群進(jìn)行疏散模擬。FDS＋Evac理論基礎(chǔ)是社會(huì)力模型［8］，是目前公認(rèn)的較為真實(shí)可靠的人員疏散模擬模型。該模型可設(shè)定5類不同尺寸的人員運(yùn)動(dòng)速度并進(jìn)行模擬，如表1所示。此外該模型還可考慮人員對特定出口的熟悉度，對本文的研究也有較強(qiáng)的針對性。

圖6 不同類別人群速度分布Fig．6 The distributions of velocity of different kinds of people

表1 FDS＋Evac中人員類別及速度［9］Table 1 The category and velocity of people in FDS＋Evac

圖7 醫(yī)院住院樓骨科樓層區(qū)域模型圖Fig．7 Simulation scenario of the departments of orthopedics in the inpatient department building

利用FDS＋Evac建立醫(yī)院骨科一區(qū)二區(qū)區(qū)域模型，如圖7 所示，模型建筑網(wǎng)絡(luò)大小為0．5m×0．5m×0．5m，疏散網(wǎng)格大小為0．5m×0．5m。

2．2．3 骨科兒科樓層多速度疏散模擬及分析

為了對骨科兒科樓層進(jìn)行真實(shí)地模擬，必須考慮骨科兒科人員的真實(shí)速度參數(shù)，因此必須先對FDS＋Evac中的人員運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行重新標(biāo)定，表2分別為骨科和兒科速度標(biāo)定，用實(shí)際人員類別和速度標(biāo)定模型中某一類別人員的速度。

運(yùn)用標(biāo)定后的人員類別及其速度，結(jié)合調(diào)查得到的人員數(shù)量及分布情況，對骨科兒科兩個(gè)樓層分別進(jìn)行模擬，得到模擬疏散時(shí)間，如圖8所示。

表2 骨科和兒科速度標(biāo)定Table 2 Velocity calibration of the departments of orthopedics and paediatrics

從圖8左圖中可以看出，在骨科樓層，標(biāo)定前速度取Adult經(jīng)驗(yàn)值時(shí)的疏散要比取Elderly經(jīng)驗(yàn)值時(shí)的疏散要快近40s，這是由于Adult和Elderly兩種經(jīng)驗(yàn)速度差異較大，可見人員運(yùn)動(dòng)速度是人員疏散的關(guān)鍵因素；而標(biāo)定后的人員疏散總時(shí)間明顯要多于標(biāo)定前，和采用Adult經(jīng)驗(yàn)速度相比，標(biāo)定后的疏散明顯較慢，和采用Elderly經(jīng)驗(yàn)速度相比，標(biāo)定后的疏散在100s之前與之較為接近，但是在100s之后明顯變慢，這是由于標(biāo)定后有5種形式的人員及其速度，前100s速度快的可以盡快疏散，行動(dòng)能力特別不便的病人滯留到最后才能緩慢撤離，100s之后30s左右的時(shí)間出現(xiàn)一個(gè)人流間歇，沒有人員從出口走出，之后人員疏散的速度明顯放慢，可以認(rèn)為這是滯留在后面的行動(dòng)不便的病人的疏散過程，這也說明醫(yī)院中重癥病人是疏散時(shí)間的瓶頸，只有保證他們盡快疏散，才能實(shí)現(xiàn)整體快速疏散的目標(biāo)。從圖8右圖中可以看出，在兒科樓層，自第50s左右有人跑出出口，標(biāo)定后的人員疏散速度明顯慢于標(biāo)定前，最終的結(jié)果是標(biāo)定前的疏散時(shí)間比標(biāo)定后的疏散時(shí)間要短大約25s?？梢钥闯鰞嚎迫藛T疏散同骨科有明顯不同，骨科樓層出現(xiàn)間歇性人流而兒科樓層的人流比較連續(xù)，直到疏散結(jié)束，這是因?yàn)楣强茦菍硬煌悇e人員的速度差異過大，而兒科樓層基本上都是陪護(hù)的家長且速度差異不是太大，在疏散過程中不會(huì)出現(xiàn)部分人滯后的情況。

圖8 骨科（左圖）和兒科（右圖）樓層標(biāo)定前后疏散時(shí)間Fig．8 Evacuation time without and with velocity calibration（left：the department of the orthopedics，right：the department of paediatrics）

比較骨科樓層和兒科樓層標(biāo)定前后的模擬結(jié)果，可以看出，速度差異是制約疏散總時(shí)間的瓶頸因素，人員類別的組成也對疏散結(jié)果有重要影響；單一速度的經(jīng)驗(yàn)值模擬不能真實(shí)地反映實(shí)際情況，比如骨科樓層出現(xiàn)的人流間歇現(xiàn)象，而根據(jù)實(shí)際值標(biāo)定后的模擬在結(jié)果上比較保守，更加接近真實(shí)疏散。

2．2．4 骨科兒科出口熟悉度疏散模擬及分析

醫(yī)院同人們常去的公共場所如賓館、飯店、商場等不同，人們只有在生病的時(shí)候才會(huì)去醫(yī)院就診，醫(yī)院中有相當(dāng)一部分人可能還是第一次前來就醫(yī)，因此并不是所有的人對醫(yī)院結(jié)構(gòu)、安全出口的分布完全熟悉，從我們問卷調(diào)查的情況知，有多于半數(shù)的人不熟悉或不知道安全出口的分布。火災(zāi)中人員行為特性研究表明，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)人們出現(xiàn)從眾行為，也就是說在疏散過程中會(huì)有人員跟隨的行為，如果出現(xiàn)從眾或跟隨，那么出口的熟悉度對疏散的影響可能就會(huì)削弱，我們通過模擬來研究出口熟悉度是否對疏散有很大影響。

我們分別針對骨科和兒科樓層不同人員采取不同的熟悉度，在FDS＋EVAC 中人員對一個(gè)出口的熟悉度取值為0－1，其中0表示完全不熟悉，1表示完全熟悉，我們定義骨科和兒科樓層不同類別人員的熟悉度，見表3。

表3 骨科人員和兒科人員對出口的熟悉度Table 3 Familiarity of the people for the exits in the departments of orthopedics and paediatrics

圖9為骨科樓層和兒科樓層在不同熟悉度下的疏散時(shí)間比較，所有人對出口熟悉度不全為1的情況即按表4和表5設(shè)定各類人員對出口的熟悉度。從圖9左圖可以看出，在100s以前，熟悉度為1和熟悉度為0．5的待疏散人數(shù)曲線基本重合，這說明這一階段熟悉度對疏散影響很小，而在100s－120s出現(xiàn)人流間歇之后，熟悉度為0．5時(shí)的疏散明顯要慢于熟悉度為1 時(shí)，總的疏散時(shí)間相差近100s；從圖9右圖可以看出，熟悉度為0．5和熟悉度為1時(shí)的疏散基本吻合，熟悉度全為1時(shí)，疏散速度稍快，但是總的疏散時(shí)間相差不大。我們分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，在骨科樓層疏散時(shí)，各類人員速度差異較大，前100s內(nèi)速度較快的人先撤離，行動(dòng)能力很弱的人滯留在后面緩慢撤出，出現(xiàn)間歇性人流，滯留的少數(shù)人不會(huì)有從眾跟隨行為，在兒科樓層，各類人員速度差異較小，不會(huì)產(chǎn)生人流間歇，所有人均可產(chǎn)生從眾跟隨行為，而人的跟隨行為恰好可以彌補(bǔ)對出口的熟悉度。因此，我們可以得出結(jié)論，在疏散人流較為連續(xù)時(shí)，出口熟悉度對疏散的影響會(huì)因人的跟隨行為而削弱，而在疏散人流間斷后，滯留人員對出口的熟悉度直接影響其疏散時(shí)間，在實(shí)際的疏散過程中，也要盡量避免落單，否則一旦對出口不熟悉，就很難撤離出危險(xiǎn)場所。

圖9 骨科（左）和兒科（右）樓層人員不同熟悉度下疏散時(shí)間Fig．9 Evacuation time with different exit familiarities（left：the department of the orthopedics，right：the department of the paediatrics）

3 結(jié)論

本文通過實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場問卷兩種方式得到了醫(yī)院骨科和兒科兩個(gè)樓層的視頻資料和人員類別組成，經(jīng)過對視頻信息的提取獲得了不同人員類別的速度區(qū)間，對問卷調(diào)查的統(tǒng)計(jì)可以得到兩個(gè)樓層人員對出口的熟悉程度，然后根據(jù)獲取的速度區(qū)間來標(biāo)定FDS＋Evac中的經(jīng)驗(yàn)值并進(jìn)行模擬，根據(jù)人員對出口的熟悉度調(diào)查來定義模擬時(shí)不同人員的熟悉度參數(shù)。從數(shù)據(jù)處理和疏散模擬中可以得出以下一些結(jié)論：

（1）醫(yī)院中醫(yī)護(hù)人員的速度最快，借助輔助工具行走的病人速度最慢；背小孩和抱小孩的家長速度比正常探望者慢，這說明在負(fù)重情況下，人行走不便，速度會(huì)降低；

（2）骨科樓層不同人員速度差異大，疏散過程會(huì)出現(xiàn)間歇性人流；兒科樓層人員速度差異較小，不會(huì)出現(xiàn)間歇性人流；熟悉度對人員疏散的影響會(huì)因人的跟隨行為而削弱，而對于疏散過程中滯后的人員至關(guān)重要；

（3）根據(jù)采集的實(shí)際人員速度標(biāo)定后的多速度模擬結(jié)果要比直接用經(jīng)驗(yàn)值時(shí)的模擬結(jié)果更加保守、可靠和真實(shí)。

結(jié)合前面對行走速度和出口熟悉度兩方面的分析，我們主要從提高人員對出口熟悉度、縮短人員運(yùn)動(dòng)時(shí)間的角度提出以下幾點(diǎn)對策及措施：

（1）在醫(yī)院通廊設(shè)置清楚的疏散指示標(biāo)志，指明可通行的方向，確保所有的病人及其家屬陪護(hù)人員知道當(dāng)前所處位置和安全出口位置。在病人辦理住院手續(xù)時(shí)，主動(dòng)向患者提供消防安全指引和應(yīng)急疏散注意事項(xiàng)說明，從住院初期就告知每位病人疏散的位置、逃生要領(lǐng)。

（2）醫(yī)院結(jié)合自身情況，擬定有針對性的火災(zāi)應(yīng)急疏散演練，加強(qiáng)對醫(yī)務(wù)人員應(yīng)急處理能力的教育和培訓(xùn)，安排受過專業(yè)訓(xùn)練的人員現(xiàn)場保護(hù)和安撫病人情緒，可考慮擴(kuò)寬消防電梯的使用范圍或每隔一定樓層設(shè)置一定數(shù)量的避難間。供火災(zāi)時(shí)無法安全疏散的高危病人、殘疾人和護(hù)理人員緊急避難時(shí)使用。

［1］徐瞻，石龍．某大型醫(yī)院人員疏散計(jì)算模擬［J］．消防科學(xué)與技術(shù)，2008，27（07）：512－514．

［2］鄭輝，王文柱．高層病房樓的安全疏散設(shè)計(jì)［J］．消防科學(xué)與技術(shù)，2006，25（2）：213－215．

［3］楊亞娟，盧根娣．高層醫(yī)院建筑火災(zāi)人員營救與疏散［J］．解放軍醫(yī)院管理雜志，2010，17（5）：466－467．

［4］黃志平．高層病房樓安全疏散防火對策［J］．南昌高專學(xué)報(bào)，2004，19（4）：116－117．

［5］薛崗，張晉，劉芳．大型綜合醫(yī)院火災(zāi)防御體系探討［J］．消防科學(xué)與技術(shù)，2007，26（1）：57－59．

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