Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, với diện tích đất liền hơn 327.000 km² và dân số khoảng 93,8 triệu người, đang chứng kiến sự phát triển nhanh chóng của các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, đặc biệt là các chung cư cao tầng và trung tâm thương mại. Tốc độ tăng trưởng kinh tế 6 tháng đầu năm 2016 đạt 5,52%, cao hơn so với các năm trước, thúc đẩy nhu cầu nhà ở và các công trình công cộng ngày càng tăng. Tuy nhiên, thực tế cho thấy nhiều công trình chưa đảm bảo an toàn thoát hiểm khi xảy ra sự cố cháy nổ, dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Ví dụ, vụ cháy tòa nhà ITC tại TP.HCM cách đây hơn 10 năm đã khiến 60 người thiệt mạng, hay vụ cháy tại số nhà 416 Nguyễn Trãi năm 2015 làm 7 người tử vong do chỉ có một lối thoát hiểm.

Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả các phương án thoát hiểm trong các công trình xây dựng bằng chương trình mô phỏng đa tác tử NetLogo. Mục tiêu cụ thể là phân tích khả năng thoát hiểm trong hai viễn cảnh: có xác định được hướng thoát và không xác định được hướng thoát, với các vị trí người tập trung ở điểm góc và phân tán. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình dân dụng và công nghiệp tại Việt Nam, dựa trên số liệu khảo sát thực tế và mô phỏng trong giai đoạn 2016-2017. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao an toàn cháy nổ, giảm thiểu thiệt hại và cải thiện thiết kế thoát hiểm phù hợp với đặc thù công trình và hành vi người sử dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình như QCVN 06:2010/BXD, QCVN 04:2015/BXD, TCVN 4319:2012 và TCVN 2622:1995. Các tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế lối thoát hiểm, chiều rộng hành lang, cửa đi, cầu thang, vật liệu chống cháy và các biện pháp phòng cháy chữa cháy.

Lý thuyết dòng người đi bộ được áp dụng để mô tả mối quan hệ giữa mật độ người và vận tốc di chuyển, trong đó vận tốc giảm khi mật độ tăng, ảnh hưởng đến khả năng thoát hiểm. Mô hình đa tác tử (agent-based model) trong phần mềm NetLogo được sử dụng để mô phỏng hành vi tương tác giữa người với người và người với môi trường xung quanh trong các tình huống thoát hiểm khác nhau. Các khái niệm chính bao gồm: mật độ dòng người, vận tốc di chuyển, điểm ùn tắc, hướng thoát hiểm, và tương tác đa tác tử.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm số liệu khảo sát thực tế về thoát hiểm tại các công trình dân dụng như trường học mầm non, tiểu học, trung học và các công trình công cộng tại một số địa phương Việt Nam. Phương pháp thu thập dữ liệu bao gồm quan sát, đếm số lượng người, quay video và phỏng vấn để xác định các thông số đầu vào như số lượng người, vị trí thoát hiểm, mật độ và vận tốc di chuyển.

Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng viễn cảnh thoát hiểm bằng phần mềm NetLogo, xây dựng các kịch bản thoát hiểm với các biến thể về vị trí người (góc, phân tán), xác định hoặc không xác định hướng thoát, và các phương án bố trí bề rộng cửa thoát hiểm (10%, 30%, 60%, 90% so với bề rộng tường). Cỡ mẫu mô phỏng gồm hàng trăm đến hàng nghìn tác tử đại diện cho người tham gia thoát hiểm. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 10 năm 2017, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của vị trí người và xác định hướng thoát: Khi người tập trung tại điểm góc và không xác định được hướng thoát, thời gian thoát hiểm tăng lên khoảng 30% so với trường hợp xác định được hướng thoát. Tương tự, với người phân tán, việc không xác định hướng thoát cũng làm giảm hiệu quả thoát hiểm đáng kể.

  2. Tác động của bề rộng cửa thoát hiểm: Các phương án bố trí cửa thoát hiểm với bề rộng chiếm 10%, 30%, 60% và 90% so với bề rộng tường được mô phỏng. Kết quả cho thấy, khi bề rộng cửa tăng từ 10% lên 60%, thời gian thoát hiểm giảm trung bình 25%, tuy nhiên tăng lên 90% không mang lại cải thiện đáng kể do giới hạn về mật độ và tương tác giữa người.

  3. Tương tác giữa người và môi trường: Mô hình đa tác tử thể hiện rõ sự tương tác giữa người với người và người với môi trường xung quanh, làm xuất hiện các điểm ùn tắc tại cửa thoát hiểm và hành lang. Tỷ lệ ùn tắc giảm khi bố trí cửa thoát hiểm hợp lý và người có hướng thoát rõ ràng.

  4. So sánh các viễn cảnh thoát hiểm: Viễn cảnh thoát hiểm có định hướng cho phép giảm thời gian thoát hiểm trung bình 20-30% so với viễn cảnh không định hướng, đặc biệt hiệu quả khi người tập trung đông và mật độ cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt hiệu quả thoát hiểm là do nhận thức và khả năng xác định hướng thoát của người trong tình huống khẩn cấp. Khi không xác định được hướng thoát, người dễ bị hoảng loạn, di chuyển không hiệu quả, gây ùn tắc và kéo dài thời gian thoát hiểm. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về hành vi thoát hiểm trong các công trình công cộng và nhà cao tầng.

Việc tăng bề rộng cửa thoát hiểm giúp giảm mật độ tại cửa, tăng vận tốc di chuyển và giảm điểm ùn tắc, tuy nhiên cần cân nhắc chi phí và diện tích sử dụng công trình. Mô hình đa tác tử trong NetLogo cho phép mô phỏng chi tiết các tương tác phức tạp, cung cấp công cụ đánh giá hiệu quả các phương án thiết kế thoát hiểm một cách thực tiễn và khoa học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa bề rộng cửa và thời gian thoát hiểm, biểu đồ so sánh thời gian thoát hiểm giữa các viễn cảnh, và bảng tổng hợp các chỉ số mật độ, vận tốc, điểm ùn tắc trong từng phương án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường thiết kế cửa thoát hiểm với bề rộng tối thiểu 30-60% bề rộng tường: Giảm thiểu điểm ùn tắc, nâng cao hiệu quả thoát hiểm, áp dụng trong vòng 1-2 năm, chủ thể thực hiện là các đơn vị thiết kế và chủ đầu tư công trình.

  2. Xây dựng hệ thống chỉ dẫn và huấn luyện người sử dụng công trình về nhận biết hướng thoát hiểm: Giúp người dân xác định nhanh hướng thoát, giảm hoảng loạn, nâng cao khả năng thoát hiểm, triển khai liên tục, chủ thể là ban quản lý công trình và cơ quan phòng cháy chữa cháy.

  3. Áp dụng mô phỏng đa tác tử trong đánh giá thiết kế thoát hiểm trước khi thi công: Đảm bảo các phương án thiết kế phù hợp với thực tế hành vi người, giảm thiểu rủi ro, thực hiện trong giai đoạn thiết kế, chủ thể là các công ty tư vấn và cơ quan quản lý xây dựng.

  4. Tăng cường kiểm tra, bảo trì hệ thống thoát hiểm và thiết bị phòng cháy chữa cháy: Đảm bảo hoạt động hiệu quả khi có sự cố, giảm thiểu thiệt hại, thực hiện định kỳ hàng năm, chủ thể là chủ đầu tư và ban quản lý công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư và nhà quản lý dự án xây dựng: Nắm bắt các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thoát hiểm, áp dụng mô phỏng để đánh giá và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu, giảm thiểu rủi ro và thiệt hại.

  2. Các kỹ sư thiết kế kiến trúc và kỹ thuật xây dựng: Hiểu rõ các tiêu chuẩn, quy chuẩn và mô hình hành vi thoát hiểm để thiết kế công trình an toàn, phù hợp với đặc thù người sử dụng và môi trường.

  3. Cơ quan phòng cháy chữa cháy và an toàn lao động: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các quy định, hướng dẫn và chương trình huấn luyện nâng cao nhận thức về thoát hiểm cho cộng đồng.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng, an toàn lao động: Tham khảo phương pháp mô phỏng đa tác tử, ứng dụng thực tiễn trong đánh giá và cải tiến thiết kế thoát hiểm, phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải sử dụng mô hình đa tác tử để đánh giá thoát hiểm?
    Mô hình đa tác tử cho phép mô phỏng hành vi tương tác phức tạp giữa người với người và môi trường, phản ánh thực tế hơn so với các mô hình đơn giản, giúp đánh giá chính xác hiệu quả các phương án thoát hiểm.

  2. Các tiêu chuẩn thiết kế thoát hiểm hiện hành có đủ để đảm bảo an toàn không?
    Các tiêu chuẩn như QCVN 06:2010/BXD và TCVN 4319:2012 cung cấp quy định cơ bản, nhưng thực tế nhiều công trình chưa đáp ứng đầy đủ do thiết kế chưa tối ưu hoặc vận hành, bảo trì kém.

  3. Làm thế nào để giảm thiểu điểm ùn tắc trong quá trình thoát hiểm?
    Tăng bề rộng cửa thoát hiểm, bố trí nhiều lối thoát, hướng dẫn người sử dụng xác định hướng thoát rõ ràng và tổ chức huấn luyện thường xuyên giúp giảm ùn tắc hiệu quả.

  4. Phần mềm NetLogo có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    NetLogo dễ sử dụng, linh hoạt trong mô phỏng các hệ thống phức tạp với nhiều tác tử độc lập, phù hợp để mô phỏng hành vi người trong các tình huống thoát hiểm đa dạng.

  5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại công trình nào?
    Nghiên cứu phù hợp với các công trình dân dụng và công nghiệp có mật độ người cao như trường học, trung tâm thương mại, chung cư cao tầng, bệnh viện, giúp cải thiện thiết kế thoát hiểm và an toàn cháy nổ.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công chương trình mô phỏng thoát hiểm đa tác tử với khả năng tương tác giữa người và môi trường.
  • Xác định rõ ảnh hưởng của vị trí người và khả năng nhận biết hướng thoát đến hiệu quả thoát hiểm.
  • Đánh giá các phương án bố trí bề rộng cửa thoát hiểm, đề xuất mức tối ưu từ 30% đến 60% bề rộng tường.
  • Phương pháp mô phỏng NetLogo là công cụ hiệu quả để đánh giá và tối ưu thiết kế thoát hiểm trong công trình.
  • Khuyến nghị triển khai áp dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế, vận hành và huấn luyện thoát hiểm nhằm nâng cao an toàn cho người sử dụng.

Next steps: Triển khai áp dụng mô phỏng trong các dự án xây dựng mới, tổ chức đào tạo và huấn luyện nhận thức thoát hiểm cho người dân, tiếp tục nghiên cứu mở rộng mô hình cho các tình huống phức tạp hơn.

Các nhà quản lý, thiết kế và chủ đầu tư cần phối hợp sử dụng công cụ mô phỏng đa tác tử để đảm bảo an toàn thoát hiểm, giảm thiểu rủi ro và bảo vệ tính mạng con người trong các công trình xây dựng.