防灾科技学院应急避难场所设计与规划

防灾科技学院应急避难场所

设计与规划报告

制作人：毛帅

学号：115053134

小组其他成员：

王啸、季益胜、蔡海亭

古今、刘华东、孟祥雨

防灾科技学院应急避难场所设计与规划

近些年，我国自然灾害频繁发生，自汶川地震、玉树地震和雅安地震发生后，有关应急

避难场所的话题成为了一大热点，尤其在学术界，这两年关于应急避难场所的研究层出不穷，主要集中于城市应急避难场所的设计，关于对学校的应急避难场所设计鲜有耳闻。学校作为公共场所，聚集了少则几百几千人，多则上万人，一旦发生地震灾害，就会造成极大的人员伤亡和经济损失。针对于此，本人选择了就读的院校---防灾科技学院（南校区）作为研究对象，从不同的建筑用地及功能的角度出发，结合我国的城市规划的现状和相关标准进行比对，研究防灾科技学院应急避难场所设计与规划，从而提出适宜于防灾科技学院在面对地震灾害时应采取的对策。 0 引言

应急避难场所是人们在受灾时躲避灾难、临时居住的安全场所。2008年新出台的国家标准《地震应急避难场所、场址及配套设施》（国标）将地震应急避难场所定义为“为应对地震等突发事件，经规划、建设，具有应急避难生活服务设施，可供居民紧急疏散、临时生活的安全场所”，并对地震应急场所的等级、场地选择、安全性、配套设施等作了明确的规定，提出了分等级、分层次规划建设应急避难场所的要求。大致分为：临时避难场所、短期避难场所、中长期避难场所和长期安置。介于防灾科技学院（南校区）的规模和性质，长期安置显然不合理，以下所设计的避难场所仅是满足临时、短期、中长期的需求。

1 防灾科技学院南校区可作为避难场所的建筑和场地分析

当地震发生时，学校内部可供利用的避难场所主要有以下两种类型： （1）学校的空旷场地。例如，操场，绿地等； （2）学校校舍。例如，教室，宿舍，场馆等。 防灾科技学院南校区建筑物有：（从南至北次序）办公楼、四号楼、学生公寓、五号楼、食堂、篮球场、教工公寓、医务室、图书馆、操场、体育馆、六号楼。从这些场地和建筑的可利用条件来看，可考虑的次序为：

对于可利用的校内场地和建筑，根据应急避难场所的平灾结合原则，我们又可将其分为： （1）平灾转换方便的，灾后可立即投入使用的。例如，操场，体育馆，宿舍； （2）平灾转换较便的，灾后需要整理的。例如，食堂，办公楼，教室； （3）平灾难以转换的，不适合作为避难场所。例如：图书馆，医务室。

2 防灾科技学院主要建筑优、劣势分析

下图是我小组绘制的防灾科技学院南校区理想分布图：

操场（空地） 体育馆 食堂 图书馆

公寓楼（师生）教室 办公楼

医务室

建筑物 2

建筑物 2

建筑物 2

体育场

建筑物 1

小路

小路

小路

小路

建筑物 2

小路

建筑物 2

小路

小路

建筑物 2

小路

建筑物 2

仓库A

B

D

防灾科技学院南校区主要建筑分布图

E

F

G

H

I

J

K

M

L

建筑物 2

小路

C

主干道路

从防灾科技学院现有的建筑分布特点来看，人群集中地（A 、B 、C 、D 、H 、I 、M ）大致沿主干道路，分散在校园四周，这样的分布有以下几条合理的理由：

（1）对于集中地的人群来说，主干道路是学院的中心轴，一旦发生较大等级的地震时，利于人群的疏散和转移，不至于造成人群的拥堵，是一条极其重要的“生命线”；

（2）对于指挥人员来说，主干道路是一切救援车辆的必经之路，命令的发布以及物资的调配可以及时到达人群当中。

（3）除道路外，内部地区（红色线条范围内）是一些操场、篮球场、绿地等空旷地区，没有楼房的设立，这样的话，为人群提供了宽阔的临时避难基地。

上文我们提到防灾科技学院建筑分布的合理性，可以概括为“中心空，四周满，由外到内的疏散”。与此同时，我们也要清楚地看到，目前还存在着一些问题。如下：

①同等楼层，不同的建筑类型

经过加固，有着钢混色彩的B 楼和砖混构造的C 楼 ②同等楼层，同等建筑类型，不同保护措施 楼底设有减震装置的A 楼和未设有类似装置的C 楼 ③建筑出入口数量的不均匀分布 B 楼开放的出入口有三个，I 楼的出入口有三个，C 楼的出入口只有一个 出口，但是C 楼居住人数却远多于B 楼 ④校园道路上缺乏相应的指示牌 没有指示牌，无形中制造了慌乱和无序 ⑤一些消火栓、防火帘等安全设施无法起到应有的保护作用 或是人为破坏，或是线路故障 ⑥不予一一列举，等等

这些问题影响到了人员应急疏散的质量，包括：人员最佳的疏散路线（最短路问题），每个隔间具体人员疏散量（最大流问题），人流速度、密度等，这在后文关于制定合理的应急疏散方案有进一步介绍。

3 假定条件下的防灾科技学院避难场所设计

综合防灾科技学院的建筑分布特点，我们可以通过数学建模的方法，建立一些假定条件下，理想状态中的模型，从而解决应急避难场所的选址问题。

下面是防灾科技学院主要建筑简易图，为了使问题方便化，我们作了几条假设：

（1）校园内道路假设为直道，没有曲折，忽略一些“无人问津”的小道，道路以线段标记；

（2）校园内建筑群（师生公寓楼等）记为单一建筑，校园内建筑“点化”，即所有建筑全部以“点”标记；

（3）校园内建筑附带的花园、停车场等，将其与建筑看作整体研究；

（4）将M 楼东边的停车场视为空地（灾害发生后经过简单整理，可以迅速“升级”为空地），M 楼西边的未利用的地域同样视为空地（该地域平整，无大型障碍物，化为空地的范畴）。

综上所述，绘制如下简易图。

其中，我们定义：A ，B ，C---N ，O 为建筑的标号，用i 表示；S(i)为各建筑到达主干道路的距离。红色区域含义为：该区域处于学院的四周，在这一区域，我们遵循防灾科技学院分布特点，将其设为人员临时居住区，居住区为单层，并在每个人员居住区设立一个应急的临时卫生间。

问 题

分

析

小路

小路

小路

小路

小路

小路

小路

A

B

D

防灾科技学院南校区简易图示

E

F G

H

I

J

K

M

L

C

S(i)

S(i):各建筑到达

主干道路的时间i:表示A,B,C---

N

小路

O

P1

P2

P3

P4

接下来，我们讨论的问题是临时居住区能够提供的服务人数是多少呢。

我小组将防灾科技学院的各建筑占地面积作出统计（面积数值“向下取整取零”，例如：283.7我们记为280，1879.2我们记为1870）。统计数据如下表：

南校区各建筑的占地面积

建筑物名称建筑面积（平方

米）

层数

占地面积（平方

米）

B 9743 5 1960

A 4500 5 900

D4865 4 1220

M 16975 12 1450

O 3569 2 1800

N1268 2 630

H 4800 5 960

G 3000 2 1500

K16000 1 16000

J 13069 2 6550

L S（待测） 1 S（待测）

I 13361 5 2700

E 1900 1 1900

C 6800 4 1700

F 2100 1 2100

（红色标记的为临时居住区，未标记的为其他功能区）

计算临时居住区的总面积，得到：

A+B+D+G+H+K+L+M+N+O=39389+S（待测）------单位：平方米，全部居住区面积然后，根据历次地震灾害后灾民的人均占地面积（需要经验统计，目前我小组还没有这方面的数据），暂且设为S（人均），于是：

应急避难临时居民区的饱和人数为：[39389+S（待测）] / S（人均）------单位：人我们计算出临时居住区的饱和人数后，要与防灾科技学院南校区的现有居住人数进行比

较，若供大于求，则这样的应急避难临时居住区是合理的，地震时灾民都会各得其所；相反的是，若供不应求，则这样的设置还需进一步改进，通过改进模型，或是在实际中将人员转移至其他安全地区，使得灾民的生命安全得到保障。

对于其他未标记的点，我们称之为其他功能区。在满足“住”的需求之后，灾民还有其他方面的，必要的需求，例如：供电、供水、物资发放、抗震救灾指挥部、应急医疗、应急消防等。其中，

（一）供电是市政解决，设计复杂的电路线路问题，我们不予考虑；

（二）物资发放点，针对于灾民的最基本生理需求；

（三）指挥部是负责应急避难场所的管理工作，承担着发布最新消息，统计伤亡人数和初步损失的任务；

（四）应急医疗则负责治疗灾民，不仅是肉体之伤，还包括心理上的创伤；

（五）消防可以和供水点结合在一起，一是防止火灾二次灾害的发生，二是向灾区提供水源。

对于以上提到的二、三、四、五点，这是需要我们规划的，考虑的因素应有：

1、物资发放点、指挥部到各需求点的距离；

2、指挥部周围的安全系数要高，不宜人多；

3、应急医疗要选取在交通方便的地势，涉及到伤员运输问题；

4、消防和取水处尽量安排在人群较多的地方。

对于到需求点的距离尽可能让更多的人满意，我们可以利用运筹中最短路的知识解决选址问题。为了方便分析问题，我们将临时避难居住区分为了大的四个区，记为P1，P2，P3，P4区，相应的居住人口数为H1，H2，H3，H4，各个分区的中心到C，E，F，I（P5,6,7,8）点的距离X (ij)用下面的路矩阵形式表示：

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

P1 0 oo oo oo X(15) X(16) X(17) X(18)

P2 oo 0 oo oo X(25) X(26) X(27) X(28)

P3 oo oo 0 oo X(35) X(36) X(37) X(38)

P4 oo oo oo 0 X(45) X(46) X(47) X(48)

P5 X(15) X(16) X(17) X(18) 0 X(56) X(57) X(58)

P6 X(25) X(26) X(27) X(28) X(65) 0 X(67) X(68)

P7 X(35) X(36) X(37) X(38) X(75) X(76) 0 X(78)

P8 X(45) X(46) X(47) X(48) X(85) X(86) X(87) 0

我们规定：

D（0）：

其中的任一元素表示相应两点间无转接点时最短路路长； 一阶路矩阵D （1）：

其中的元素表示相应两点间可能以点P1为转接点的所有路中路最短的路的路长； K 阶路矩阵D （K ）：

其中的元素表示相应两点间可能以点P1,P2,----Pk 为转接点的所有路中路长最短的路的路长。

n 阶路矩阵D(n)

其中的元素X(ij)就是可能以点P1,P2----Pn 为转接点的所有路中路长最短的路的路长。 根据以下公式；

……

最终迭代得到：

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

P1 0 Y(12) Y(13) Y(14) Y(15) Y(16) Y(17) Y(18)

P2 -- 0 -- -- Y(25) Y(26) Y(27) Y(28)

P3 - - -- 0 -- Y(35) Y(36) Y(37) Y(38)

P4 -- -- -- 0 Y(45) Y(46) Y(47) Y(48)

P5 Y(15) Y(16) Y(17) Y(18) 0 Y(56) Y(57) Y(58)

P6 Y(25) Y(26) Y(27) Y(28) Y(65) 0 Y(67) Y(68)

P7 Y(35) Y(36) Y(37) Y(38) Y(75) Y(76) 0 Y(78)

P8 Y(45) Y(46) Y(47) Y(48) Y(85) Y(86) Y(87) 0

之前我们已经将分区的人数记为，H1，-- ，H4。那么应急避难中需要转移的人数公式

为：

∑====8

n 4i 1

n 1i )*(H ，，Pn i 。于是我们将其中的最小值：Min {人数1，人数2，人数3，人数4 }

取出，对应的Cos {P5，P6，P7，P8}点，我们将其作为物资发放点，指挥部的备选点。两

{}

(1)(0)(0)(0)i11j min , ij ij d

d d

d

=+利用公式 {}

(2)(1)(1)(1)

i22j min , ij ij d d

d

d

=+

者中至于选哪个，要结合地震来临时的震级，带来的损失来看，如果损失严重的，则优先选择指挥部；如果损失情况一般，则优先选择物资发放点。把其中的第二小的数值对应的点作为另一者的选址。

至于，应急医疗的选址，我们将其建立在C点，它是四个点中离校园出入口距离最近的，遇到特殊情况时，可以及时地将患病人员送至附近的医院。

将最后一个点设为消防和取水处。模型建立完毕。

4 模型存在的问题及不足

在这里我将建模过程中存在的问题列举出来：

（1）模型相应的程序编写还未完成；

（2）分区并未包含全部防灾科技学院南校区，遗漏地区可能包含一些重要避难场所；

（3）模型还需进一步优化，例如消防和取水处的选址与物资发放处矛盾时，是重视人数还是重视距离，还有待进一步探究；物资发放处和指挥部的选址的具体标准有哪些，这样的问题有待解决。

（4）等等。

5 总结

这次通过对防灾科技学院南校区避难场所的设计和规划问题的研究，初步建立一个模型，实际中具体会取得怎么样的效果，还需进一步检验和改进，这是我以后继续完善的动力。

应急避难场所的设计和规划，是一门跨学科，多领域的课程，要想解决好这一问题，需要掌握更多知识，这也是我以后继续研究的方向。

6 参考书目

《运筹学-第三版》、《城市应急避难场所选址规划模型与应用》

7 小组成员及具体分工

毛帅：编写报告、讲解王啸：制作PPT、讲解季益胜：收集数据并计算蔡海亭：查阅相关资料及制作表格古今：绘作防灾科技学院南校区建筑分布图

刘华东：绘作防灾科技学院南校区简易图示孟祥雨：后期改进工作