基于仿真模拟的围合型幼儿园交通空间疏散设计策略探讨

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论文字数:88545 论文编号:sb2024040609340152131 日期:2024-04-17 来源:硕博论文网

本文是一篇建筑论文,本文通过控制变量设定不同疏散场景并在仿真模拟软件MassMotion进行模拟,研究幼儿总疏散时间(s)、平均密度(p/㎡)、最大密度(p/㎡)单位时间疏散人数(p/10s),进行统计分析,量化围合型幼儿园交通空间各设计要素的疏散影响关系。最后提出针对围合型幼儿园疏散空间的设计策略,通过对模拟结果进行定量和定性的分析。
第一章绪论
1.1研究背景
幼儿园顾名思义是幼儿生活学习的场所,幼儿实施保育和教育的机构。在我国经济快速发展的背景下,幼儿园建筑安全问题影响社会发展甚至国家的稳步运行。目前,幼儿园的安全问题时有发生,加快幼儿园建设时幼儿园建筑需要满足幼儿日常使用的同时思考幼儿园建筑的安全问题及应对突发事件时幼儿紧急疏散的问题。幼儿园建筑设计要求保证幼儿、教师及工作人员的安全,并具备防灾能力。各国学者研究在紧急情况下安全、快捷地疏散园中师生的热度不断上升,从幼儿园设计层面及幼儿个人行为特征层面对疏散的影响成为当下的研究主要方向。
1.1.1选题来源
根据国家自然科学基金“基于儿童行为的幼儿园疏散模型构建及优化设计方法研究”(批准号:52078255),和内蒙古自治区自然科学基金“基于儿童生理及行为特征的幼儿园疏散模型构建”(批准号:2020MS05007)。该基金项目从宏观上考虑幼儿园建筑空间设计层面对幼儿疏散时的影响,微观上研究幼儿疏散时的行为对疏散的影响,从幼儿的身体尺寸、行走速度行为偏好等方面作为研究基础,通过构建幼儿的行为数据,及幼儿园基础模型,运用仿真模拟软件进行疏散模拟实验,对模拟结果进行分析整理从而提出幼儿园疏散设计策略
1.1.2研究背景
(1)幼儿园发展现状及趋势
幼儿是拥有基础行为认知的人群,保护幼儿安全健康地成长成为人们关注的焦点,党和政府密切关注着儿童的成长及教育。由于3-6岁的儿童其身体及心理处在生长发育时期,缺少自理能力,在园期间需要专人照看,所以幼儿园的建筑满足要保证儿童生活服务的同时还应保证紧急情况下的安全问题。
自党的“十八届五中全会”实施二孩政策以来,学前教育的需求迅速提高,但是我国新生儿数量却呈持续下降的态势。第七次全国人口普查的数据显示我国人口结构比例(如图1-1所示),与2010年第六次全国人口普查相比,0—14岁人口的比重上升1.35个百分点,60岁及以上人口的比重上升5.44个百分点,65岁及以上人口的比重上升4.63个百分点。数据表明我国人口老龄化进一步加深,同时说明我国新生儿的占比有所提升。2021年5月31日中共中央政治局召开会议,审议《关于优化生育政策促进人口长期均衡发展的决定》。会议指出,对生育政策进行细化研究,开放三胎政策,确保我国青年人力资源方面的优势,同时可以优化我国人口结构形式、减轻我国人口老龄化的带来的问题。新政策势必会影响我国初级教育阶段,新生儿的数量冲击着我国幼儿园的建设。
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1.2研究目的及意义
我国幼儿人口基数庞大,开放三胎政策后幼儿人数及幼儿园数量会不断增加。虽然国家出台相关政策规范幼儿园的建设,但是幼儿园紧急突发事故频有发生。幼儿园作为幼儿基础认知能力的场所,其安全问题需要高度重视。因此对于幼儿园建筑安全设计问题的研究具有重要的价值。
1.2.1研究目的
围合型幼儿园具有独特的空间形式及特殊的功能流线,如何保证缺乏认知能力的幼儿在紧急情况下安全疏散是当下亟待解决的问题,其疏散设计策略的研究对儿童及师生的安全具有重要的现实意义。参考国内外人员对幼儿园疏散的研究现状,计算机软件模拟已经成为幼儿园疏散研究中的一种重要方法。本文运用仿真模拟方法,对围合型幼儿园交通空间疏散进行仿真研究,探讨交通空间设计因素对围合型幼儿园疏散效率的影响。以其达到以下目的:
(1)梳理相关案例,对围合型幼儿园建筑交通空间进行归纳总结:围合型幼儿园功能空间复杂,多种疏散流线共存,在紧急情况下幼儿难免会出现选择错误从而失去最佳的逃生时。2021年我国的幼儿园数量已达到29.48万所。课题组通过网上调研幼儿园171所,其中围合型幼儿园占33所。通过对调研的围合型幼儿园进行归纳整理,总结其交通空间形式为创建幼儿园疏散模型做支撑。
(2)运用仿真模拟软件对围合型幼儿园建筑交通空间影响疏散的因素进行疏散仿真模拟:对围合型幼儿园交通空间中影响幼儿疏散的因素进行整理,在疏散模拟软件MassMotion中构建疏散模型,通过控制变量法模拟交通空间中影响幼儿疏散的因素,进而得到疏散交通空间中的密度、人流量、疏散时间等相关数据,通过量化分析得出有利于幼儿疏散的围合型幼儿园交通空间设计。
(3)提出围合型幼儿园建筑交通空间疏散设计策略,优化幼儿园疏散设计:通过仿真模拟对围合型幼儿园建筑交通空间影响幼儿疏散的因素进行疏散模拟,总结出有利于幼儿疏散有的围合型交通空间设计,进而优化围合型幼儿园交通空间设计,主要针对建筑设计方面影响围合型幼儿园交通空间的疏散因素,从而提出相应的设计策略,为后续幼儿园建设提供参考。
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第二章幼儿园交通空间安全疏散基础研究
2.1研究对象的界定
幼儿园是供3-6岁幼儿学习、生活、娱乐使用的场所,是根据幼儿生理、心理发展的客观规律及年龄特征,给予幼儿整体全面的基础教育,确保幼儿身心健康成长的保育和教育结构。幼儿园一般分为三年制,可根据具体的年龄段划分不同的班级。
2.1.1幼儿园平面布局分类
幼儿园建筑的整体空间构形,以适应地形、日照充足、通风采光好、交通便捷、功能分区明确、空间丰富且富有特色为准。幼儿园的整体空间形成,依赖于适应用地特点的建筑平面,其核心是以幼儿园活动单元和活动场地为重点,将幼儿园各类用房加以组织,形成适宜的平面图形组合方式。这些多样化的平面图形组合,在内、外空间上也有着鲜明的特点。分析幼儿园建筑的空间构形,首先要分析幼儿园建筑的平面组织。不同的平面组织,具有不同的空间构形特点。因此《幼儿园建筑设计》一书将我国幼儿园建筑平面布局模式分为廊道式、分枝式、院落式、中厅式、自由式、混合式六种类型[2],此种分类方式依据是建筑整体的平面布局形式。
1.廊道式:
廊道式幼儿园平面构型的基本特点是:通过走廊连接各个活动单元和其他教学用房,这种以走廊组织功能的建筑形式可以是条形、弧形等如图2-1。

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2.2幼儿园交通空间现状研究
2.2.1国内外幼儿园交通空间疏散现状研究
目前国内在学校类建筑的交通空间研究中,天津大学刘骞提出了“基于多重定义理念”的幼儿园交通空间设计,对交通空间的设计形式和行为经验进行分类,总结出幼儿园建筑交通空间的组合形式[8]。东南大学刘晶运用pathfinder软件,对一所小学教学楼的交通空间进行疏散场景模拟,通过对方案设计的测评,提出优化策略,开启小学综合教学楼交通空间疏散设计探索[9]。华南理工大学的李树春通过对部分高校教学楼交通空间设计的调查和分析后,提出“多元化”交通空间使用的策略[10]。迟英丽通过对徐州市部分的幼儿园进行调研总结,在此基础上从空间组织、功能、尺度、安全等方面提出针对幼儿园交通空间尺度方面设计策略,从而提出幼儿园交通空间尺度、形式等方面的建议[11]。满洗尘等通过观察和分析不同使用者在水平与垂直方向的交通空间中行走的基础形态,总结了不同走廊宽度与每股人流的影响关系,表明不同建筑的走廊宽度要根据使用者身体宽度确定,不同的使用者需要的的疏散宽度不同[12]。周家绪对影响儿童疏散的建筑设计中包括改变楼梯间的宽度、走廊和出入口的宽度等方面进行量化研究,总结出了幼儿园交通空间疏散过程中各个因素与其疏散效能之间的定量分析关系[13],其中交通空间疏散模拟的仿真研究实验部分,可以作为研究方法为本文疏散仿真模拟所借鉴。
2.2.2国外幼儿园交通空间疏散现状研究
国外针对幼儿园的交通空间疏散研究方面主要体现在幼儿疏散时的行为和建筑交通空间相结合的方法。丹麦学者Larusdotir 2013年对0-6岁及6-15岁儿童的疏散基础数据进行了详细分析,总结0-15岁不同年龄段人群在水平与垂直方面疏散时的行走速度[14],该论文成果将为研究全球范围内的儿童疏散行为提供一种较为全面和完备的研究思路和分析方法。Najmanovdf通过在捷克共和国的疏散演习,分析水平及垂直的疏散速度和建模建议,通过对数据分析总结了一种幼儿疏散的建模方法[15];西班牙Cuesta等通过对不同建筑内幼儿疏散实验的分析,总结了儿童疏散时的步行速度和不同建筑之间的关系[16];俄罗斯Kholshchevnikov等人通过对儿童在楼梯上的疏散实验,观察记录儿童的疏散时间与疏散时的行为,表明不同年龄疏散速度不同,提出了儿童随着年龄的增加相应的疏散速度也在增加,同时总结了疏散时人员密度会影响疏散人员的速度[17];在巴西,One通过疏散实验研究了幼儿在紧急疏散时通过交通空间中行走和奔跑速度[18]。Hamilton对通过人员引导的幼儿园疏散模式与自由疏散模式的对比,总结了不同疏散模式下对疏散建模的影响[19]。综上所述,在国外的相关研究中,对幼儿园交通空间疏散的基础数据有一定的研究成果,同时研究对象的年龄设定比较广泛、幼儿园建筑类型较多样,国内研究中主要针对疏散空间方面对幼儿疏散的影响,建筑设计要素对幼儿疏散的影响研究较为广泛。
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第三章 围合型幼儿园交通空间调研及基础模型建立 ........................ 27
3.1 围合型幼儿园交通空间基础调研 ............................ 27
3.1.1 调研内容及方法 ................................ 27
3.1.2 调研对象的选取 ................. 27
第四章 围合型幼儿园交通空间疏散仿真模拟 .................................... 53
4.1 围合型幼儿园不同走廊宽度疏散仿真模拟 ................................ 53
4.1.1 基础模型走廊宽度对比模拟实验 ........................................... 53
4.1.2 基础模型走廊宽度仿真模拟结果分析 .................................. 56
第五章 围合型幼儿园交通空间疏散设计策略 .................................. 111
5.1 围合型水平交通空间疏散设计策略 .......................................... 111
5.1.1 围合型幼儿园走廊有效宽度疏散设计策略 ........................ 111
5.1.2 围合型幼儿园走廊交界处疏散设计策略 ............................ 11
第六章围合型幼儿园建筑设计实践应用
6.1项目概况
乌海市第二幼儿园项目用地位于中国内蒙古自治区乌海市海南区,海南区位于乌海市区南部。东、南两边与内蒙古自治区鄂尔多斯市的鄂托克旗毗邻;西依黄河与宁夏回族自治区石嘴山市、内蒙古自治区乌海市乌达区、阿拉善盟阿拉善左旗隔河相望;北与乌海市海勃湾区相连。
项目基地东临黄河路西接益民路,南北分别拉僧仲街与东乌素街交汇,用地红线内为规整的矩形地块,周边场地及建筑如图6-2所示,项目整体用地面积为18000平方米,共包括包括幼儿园生活用房,多功能活动室、兴趣培训用房、服务用房(办公室、卫生间等)以及供应用房(餐厅、厨房等)。幼儿园规模为15班幼儿活动单元,属于大型幼儿园,预计将容纳450名儿童,因此在紧急疏散过程中将面临巨大的挑战。
项目用地面积较为宽裕,场地布置较为灵活。除了幼儿园建筑所占场地之余,留有大面积的空余场地进行绿化和儿童活动场地布置。除了设置十五个分班活动场地和一个集中活动场地,为了丰富幼儿日常活动种类,场地内设置多种活动区域供幼儿选择,在建筑设计方面:乌海市第二幼儿园是一栋整体三层建筑(局部一层和两层)坡屋顶和平屋顶结合设计;建筑整体成围合型,每层五个活动单元全部南向设置同时将餐厅、行政办公和多功能活动室布置在建筑西侧,多功能活动室层高为5.4m。建筑设计整体布局为围合型,为后排幼儿活动用房采光,所以中间设有内院,同时增加了设计的趣味性。
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结论与展望
本文首先对幼儿园发展现状及趋势、围合型幼儿园交通空间的特点、幼儿园建筑交通空间疏散面临问题等背景进行介绍,并对幼儿园建筑进行了基础研究,归纳并总结了围合型幼儿园建筑的基本平面形式,以此为基础构建幼儿园物理空间模型,通过未成年人身体尺寸得出幼儿园小班、中班、大班的身体数据,通过查阅文献整理幼儿的水平和垂直移动速度,构建儿童个体模型,将幼儿基础模型导入幼儿园疏散场景模型中,最终构建完整的幼儿园疏散模型。通过控制变量设定不同疏散场景并在仿真模拟软件MassMotion进行模拟,研究幼儿总疏散时间(s)、平均密度(p/㎡)、最大密度(p/㎡)单位时间疏散人数(p/10s),进行统计分析,量化围合型幼儿园交通空间各设计要素的疏散影响关系。最后提出针对围合型幼儿园疏散空间的设计策略,通过对模拟结果进行定量和定性的分析,得出以下结论:
(1)走廊人流宽度方面:
在考虑有效宽度情况下,设置幼儿单股人流宽度为0.35m,两侧的边界层按0.2m设置。将走廊宽度设为1.8m、2.15m、2.5m、2.85m、3.2m、3.55m、3.90m,通过仿真模拟,定量和定性地研究了围合型幼儿园建筑走廊宽度因素对疏散效率的影响。通过对数据的统计分析,结论如下:

建筑论文参考
建筑论文参考

走廊宽度以1.8m起每次增加0.35m(单个幼儿的最大体宽)直到3.90m,两种基础模型的模拟结果都表明不同宽度疏散时间变化呈现先减少后增加的趋势,走廊宽度超过3.2m后由于走廊宽度超出了幼儿疏散时使用的最大宽度,一些速度快的幼儿会出现“超车”现象导致疏散时间增加,同时验证了“有效宽度”的概念,即走廊不是越宽越好,需要考虑幼儿的实际尺寸与疏散时需要的宽度,所以围合型幼儿园中走廊宽度设置为3.2m时疏散效果最好,有利于幼儿疏散。
参考文献(略)


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