Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, với diện tích hơn 331.690 km² và dân số khoảng 93,8 triệu người, đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, đặc biệt là các chung cư cao tầng và trung tâm thương mại tại các đô thị lớn như TP. Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng. Tốc độ tăng trưởng kinh tế 6 tháng đầu năm 2016 đạt 5,52%, cao hơn mức trung bình các năm trước, thúc đẩy nhu cầu nhà ở và mua sắm tăng cao. 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. Hồ Chí Minh đã khiến 60 người thiệt mạng, nguyên nhân chủ yếu do lối thoát hiểm không đủ an toàn.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiệu quả các phương án thoát hiểm trong công trình xây dựng bằng chương trình mô phỏng đa tác tử NetLogo, nhằm phân tích khả năng thoát hiểm trong các viễn cảnh có và không xác định được hướng thoát, từ đó xác định phương án tối ưu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình dân dụng và công nghiệp tại Việt Nam, với dữ liệu khảo sát thực tế và mô phỏng trong khoảng thời gian gần đây. 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 theo tiêu chuẩn quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế thoát hiểm hiện hành tại Việt Nam, bao gồm:

  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình (QCVN 06:2010/BXD): quy định các yêu cầu chung về an toàn cháy, phân loại kỹ thuật cháy cho các bộ phận công trình.
  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nhà ở và công trình công cộng (QCVN 04:2015/BXD): quy định kỹ thuật bắt buộc đối với nhà ở và công trình công cộng.
  • Tiêu chuẩn Việt Nam 4319:2012: nguyên tắc cơ bản để thiết kế nhà và công trình công cộng.
  • Tiêu chuẩn Việt Nam 2622:1995: yêu cầu thiết kế phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình.

Ngoài ra, luận văn áp dụng lý thuyết dòng người đi bộ, mô hình hóa mối quan hệ giữa mật độ người và vận tốc di chuyển, dựa trên các nghiên cứu về hành vi thoát hiểm và mô phỏng đa tác tử. Phần mềm NetLogo được sử dụng để mô phỏng 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 xác định và không xác định, bề rộng cửa thoát hiểm, thời gian thoát hiểm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ khảo sát thực tế các công trình dân dụng như trường học, chung cư, trung tâm thương mại tại một số địa phương, kết hợp với số liệu thống kê về sự cố cháy nổ và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Phương pháp phân tích chính là mô phỏng viễn cảnh thoát hiểm bằng phần mềm NetLogo, với cỡ mẫu mô phỏng hàng trăm đến hàng nghìn cá thể người, được lựa chọn dựa trên mật độ và vị trí bố trí người trong công trình.

Timeline nghiên cứu bao gồm: khảo sát và thu thập số liệu thực tế trong 3 tháng đầu, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng trong 4 tháng tiếp theo, phân tích kết quả và đánh giá hiệu quả các phương án thoát hiểm trong 2 tháng cuối. Phương pháp mô phỏng cho phép đánh giá chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thoát hiểm như mật độ người, bề rộng cửa, vị trí người và hướng thoát.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của vị trí người và hướng thoát hiểm đến hiệu quả thoát hiểm: Mô phỏng cho thấy khi người được bố trí 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 bố trí người phân tán, thời gian thoát hiểm cũng tăng khoảng 20% khi không xác định được hướng thoát.

  2. Tác động của bề rộng cửa thoát hiểm: Các phương án bố trí cửa với bề rộng chiếm 10%, 30%, 60% và 90% so với bề rộng tường được mô phỏng. Kết quả cho thấy bề rộng cửa chiếm 60% trở lên giúp giảm thời gian thoát hiểm trung bình xuống dưới 8 phút, trong khi bề rộng cửa 10% làm tăng thời gian thoát hiểm lên trên 12 phút, vượt quá tiêu chuẩn an toàn.

  3. Tương tác giữa người với người và môi trường: Mô hình đa tác tử thể hiện rõ sự ùn tắc tại các điểm cửa và cầu thang thoát hiểm, đặc biệt khi mật độ người cao. Tỷ lệ ùn tắc giảm đáng kể khi bố trí cửa thoát hiểm hợp lý và có hướng dẫn rõ ràng, giúp tăng vận tốc di chuyển trung bình từ 8 m/phút lên 12 m/phút.

  4. So sánh hiệu quả các phương án thoát hiểm: Phương án có định hướng thoát hiểm rõ ràng và bề rộng cửa thoát hiểm chiếm 60% bề rộng tường đạt hiệu quả cao nhất, giảm thiểu thời gian thoát hiểm và nguy cơ ùn tắc. Các phương án còn lại có hiệu quả thấp hơn, đặc biệt khi không xác định được hướng thoát.

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 di chuyển theo hướng ngẫu nhiên, gây ùn tắc và kéo dài thời gian thoát hiểm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về hành vi thoát hiểm trong công trình công cộng.

Việc tăng bề rộng cửa thoát hiểm làm giảm mật độ người tại cửa, từ đó tăng vận tốc di chuyển và giảm thời gian thoát hiểm. Điều này khẳng định tầm quan trọng của thiết kế cửa thoát hiểm theo tiêu chuẩn và thực tế sử dụng. Mô hình đa tác tử NetLogo cho phép mô phỏng chi tiết các tương tác phức tạp, cung cấp dữ liệu trực quan qua biểu đồ vận tốc, mật độ và thời gian thoát hiểm, hỗ trợ đánh giá và tối ưu thiết kế.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc cải thiện an toàn cháy nổ, giúp các nhà thiết kế, quản lý công trình và cơ quan chức năng có cơ sở khoa học để điều chỉnh tiêu chuẩn và quy trình vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường thiết kế cửa thoát hiểm với bề rộng tối thiểu chiếm 60% bề rộng tường nhằm giảm thiểu thời gian thoát hiểm và nguy cơ ùn tắc, áp dụng cho các công trình dân dụng và công nghiệp trong vòng 1-2 năm tới, do các đơn vị thiết kế và chủ đầu tư thực hiện.

  2. Áp dụng mô hình mô phỏng đa tác tử NetLogo trong giai đoạn thiết kế và đánh giá an toàn thoát hiểm để tối ưu bố trí không gian và phương án thoát hiểm, triển khai trong các dự án xây dựng mới và cải tạo trong 3 năm tới, do các viện nghiên cứu và trường đại học phối hợp với doanh nghiệp xây dựng.

  3. Tổ chức đào tạo, tập huấn nâng cao nhận thức và kỹ năng thoát hiểm cho người sử dụng công trình, đặc biệt tại các công trình công cộng đông người, nhằm giảm thiểu hoảng loạn và tăng khả năng xác định hướng thoát, thực hiện định kỳ hàng năm, do các cơ quan quản lý và chủ đầu tư phối hợp tổ chức.

  4. Xây dựng và cập nhật tiêu chuẩn thiết kế thoát hiểm phù hợp với thực tế sử dụng và kết quả nghiên cứu mô phỏng, bao gồm các chỉ tiêu về mật độ, vận tốc, thời gian thoát hiểm và bố trí cửa, cầu thang, hoàn thiện trong vòng 2 năm, do Bộ Xây dựng và các cơ quan chức năng chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà thiết kế kiến trúc và kỹ thuật xây dựng: Nắm bắt các tiêu chuẩn và mô hình mô phỏng thoát hiểm để áp dụng trong thiết kế công trình, đảm bảo an toàn và hiệu quả thoát hiểm.

  2. Chủ đầu tư và quản lý dự án xây dựng: Đánh giá và lựa chọn phương án thoát hiểm tối ưu, giảm thiểu rủi ro và thiệt hại khi xảy ra sự cố.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và phòng cháy chữa cháy: Cập nhật cơ sở khoa học để hoàn thiện quy chuẩn, tiêu chuẩn và hướng dẫn kiểm tra, giám sát công trình.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng, an toàn lao động: Tham khảo phương pháp mô phỏng đa tác tử và kết quả nghiên cứu để phát triển các đề tài liên quan.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải sử dụng mô hình đa tác tử NetLogo để mô phỏng thoát hiểm?
    Mô hình đa tác tử cho phép mô phỏng tương tác phức tạp giữa người với người và môi trường, phản ánh chính xác hành vi thoát hiểm trong thực tế, giúp đánh giá hiệu quả các phương án thiết kế một cách khoa học.

  2. Bề rộng cửa thoát hiểm ảnh hưởng thế nào đến thời gian thoát hiểm?
    Bề rộng cửa càng lớn thì mật độ người qua cửa giảm, vận tốc di chuyển tăng, từ đó giảm thời gian thoát hiểm. Nghiên cứu cho thấy bề rộng cửa chiếm 60% bề rộng tường là mức tối ưu để đảm bảo an toàn.

  3. Làm thế nào để xác định hướng thoát hiểm trong công trình?
    Hướng thoát hiểm được xác định dựa trên thiết kế kiến trúc, biển báo, hệ thống chiếu sáng và hướng dẫn thoát hiểm. Việc này cần được kiểm tra và duy trì thường xuyên để người sử dụng dễ dàng nhận biết khi có sự cố.

  4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các công trình khác nhau không?
    Có, mô hình và kết quả nghiên cứu có thể điều chỉnh phù hợp với quy mô, loại công trình và đặc điểm sử dụng khác nhau, giúp tối ưu thiết kế thoát hiểm trong nhiều trường hợp.

  5. Làm sao để nâng cao nhận thức thoát hiểm của người dân?
    Tổ chức tập huấn, diễn tập thoát hiểm định kỳ, trang bị biển báo rõ ràng và hệ thống cảnh báo tự động là các biện pháp hiệu quả giúp người dân nâng cao nhận thức và kỹ năng thoát hiểm.

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, phản ánh thực tế thoát hiểm trong công trình.
  • Phân tích cho thấy vị trí người và khả năng xác định hướng thoát ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thoát hiểm, với thời gian thoát hiểm tăng khoảng 20-30% khi không xác định được hướng thoát.
  • Bề rộng cửa thoát hiểm chiếm tối thiểu 60% bề rộng tường là yếu tố quan trọng giúp giảm thời gian thoát hiểm xuống dưới 8 phút, đảm bảo an toàn.
  • Mô hình mô phỏng cung cấp dữ liệu trực quan và khoa học để đánh giá và tối ưu các phương án thoát hiểm, hỗ trợ thiết kế và quản lý công trình.
  • Đề xuất áp dụng mô hình mô phỏng trong thiết kế, tăng cường đào tạo và hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế thoát hiểm nhằm nâng cao an toàn cháy nổ trong công trình dân dụng và công nghiệp tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo: Các nhà thiết kế, chủ đầu tư và cơ quan quản lý nên phối hợp triển khai áp dụng mô hình mô phỏng và các khuyến nghị nghiên cứu để nâng cao hiệu quả thoát hiểm, bảo vệ tính mạng và tài sản người dân.