王恒

摘要： 近年來，高層建筑火災頻發(fā)，為提高疏散效率，減少人員傷亡，提出了一種高層火災樓梯、電梯協(xié)同疏散策略。該疏散策略中，電梯根據到達目標樓層滿載關門后該層及以上樓層是否還有待疏散人員來判斷是否?？吭搶樱枭⑦^程中，最理想的情況就是從樓梯中下來的最后一個人與從電梯中下來的最后一個人同時到達出口處。然后，據此建立了疏散時間計算模型，利用實例進行計算分析，得到最短所需安全疏散時間。

Abstract： In recent years， high-rise building fire occurs frequently. In order to improve the evacuation efficiency and reduce the casualties， this paper puts forward a kind of staircase and elevator coordinated evacuation strategy in the high-rise building fire. In this evacuation strategy， the elevator determines whether to stop at the floor according to the floor and above the floor whether is still to be evacuated personnel after reaching the target floor full load and closing the door， the ideal situation is down from the stairs in the last one and down from the elevator in the last one to reach the exit at the same time. Then， the calculation model of evacuation time is established， and the shortest required safe evacuation time is obtained by using the example.

關鍵詞： 高層建筑；火災；樓梯；電梯；協(xié)同疏散

Key words： high-rise building；fire；stairs；elevators；collaborative evacuation

中圖分類號：TU972+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0064-03

0 引言

隨著我國人民生活條件的提高和交通運輸的便利化，大量農村人口遷入城市，大大加快了城鎮(zhèn)化建設的進程，城市用地出現(xiàn)一度緊張，而高層建筑的到來不僅緩解了用地緊張的問題，也成為了各個城市的標志性建筑。中國是全球擁有高層建筑最多的國家，僅上海一地，高層建筑數量就從上世紀八十年代的121棟發(fā)展至今天的3萬多棟。然而，隨之而來的還有一系列潛在的安全隱患問題，其中高層建筑火災對人們的生命、財產安全危害最大。據《中國消防年鑒》（2015）統(tǒng)計，2014年全國高層建筑火災共發(fā)生5571起，死傷人數107人，直接經濟損失達9565.9萬元，比2013年全國高層建筑火災4989起增加了11.7%，且有愈演愈烈之勢。

高層建筑發(fā)生火災時，為了提高疏散效率，減少人員傷亡，在有限的時間內疏散盡可能多的人員，本文對國內外的研究現(xiàn)狀進行了分析，在已有研究成果的基礎上，提出了一種樓梯結合電梯進行人員疏散的協(xié)同疏散策略。

1 電梯疏散的可行性

長期以來，受到“火災時禁止使用電梯”規(guī)定的影響，我國的消防部門和科研工作者們一直忽視了對高層建筑火災情況下利用電梯進行人員疏散的研究，致使發(fā)生火災時人員疏散混亂，效率不高。但是，任何事物都不是一成不變的，隨著我國科學技術的發(fā)展，電梯的安全性能也得到了很大提高，這使得火災情況下利用電梯進行人員疏散具有了一定的可行性。

早在1974年，美國學者Bazjanac第一次提出了電梯疏散的思想，此后，逐漸有更多的專家投身于對高層建筑火災電梯疏散系統(tǒng)的研究中來[1]。國內學者王躍琴等人利用實例分析的方法論證了火災情況下電梯用于人員疏散的可行性[2]；宋文華等人從電梯的改進措施方面說明了電梯進行人員疏散具有一定的可行性[3]。

高層建筑火災的發(fā)展過程可以分為三個階段，即火災初期階段、全面發(fā)展階段和火災減弱階段?；馂某跗陔A段燃燒范圍不大，僅限于初始起火點附近；室內溫度差別大，在燃燒區(qū)域及其附近存在高溫，室內平均溫度相對較低；火災發(fā)展速度較慢，在發(fā)展過程中，火勢不穩(wěn)定。若火災經過誘發(fā)成長，一旦達到全面發(fā)展階段，則該室內未逃離火場的人員將受到生命威脅[4]。

根據火災初期階段的特點可知，該階段是人員安全疏散的最有利時機[5]，在此期間，火災對電梯的安全運行幾乎并未構成威脅，人員可以利用電梯進行疏散，并能大大提高疏散效率。如果能夠對電梯疏散系統(tǒng)進行改進，如采取正壓送風，防水、保電等措施，在每一層樓的電梯前室安裝感溫、感煙、感光裝置，可進一步提高電梯疏散的安全性，增加人員可用安全疏散時間。而且，在火災情況下使用電梯成功疏散的案例也有不少。1974年2月5日，巴西圣保羅市焦馬大樓發(fā)生火災，而在火災初期，4部電梯共成功疏散了300人，占422名生還者的71%；1996年10月28日，日本廣島一棟高層公寓樓發(fā)生火災，這次火災中有一半以上的人員都是利用電梯逃生的；2006年，上海江寧路凱迪克大廈發(fā)生火災，不少在該大廈工作的白領見到濃煙后匆忙撤離，其中有的人就是直接利用電梯逃生的。所以，高層建筑火災初期利用電梯進行人員疏散具有一定的可行性。

2 樓梯、電梯協(xié)同疏散模型

高層建筑發(fā)生火災時，為了充分利用建筑物的自有疏散設施，可采用樓梯結合電梯的疏散模式。但電梯的運行方式與平時不同，須采用新的?？恳?guī)則實現(xiàn)最為有效的疏散，即疏散開始時，人員首先選擇樓梯進行疏散，電梯自動計算運行到最高樓層時，該層尚未疏散的人數是否大于（或等于）電梯額定人數，若大于（或等于）則選擇?？?，并根據未疏散人數確定停靠在該層的電梯數量，若小于則不?？?，繼續(xù)計算運行到下一層時未疏散人數是否大于（或等于）電梯額定人數，直到計算出運行到第二層時，該層的未疏散人數小于電梯額定人數，則電梯停止運行。且設定疏散開始時電梯位于一層，即使未滿載，疏散途中也不停靠上人。下面是計算疏散時間的數學模型。

2.1 計算樓梯疏散時間

2.2 計算電梯疏散時間

設Ni為電梯第i次上行時建筑物內總人數，xi為電梯第i次?？繕菍訑?，Mi為電梯第i次?？繕菍拥奈词枭⑷藬?，nj為第j層的總人數，k為該部電梯從開始上行到?？繕菍又g其余電梯在該層?？康目偞螖?，l為該部電梯第i次上行與第（i+1）次上行之間其余電梯停靠的總次數，f為下樓梯的人員流量，ti為電梯第i次上行時間，tin為電梯開關門一次和人員進入總時間，to為電梯開關門一次和人員離開總時間，q為電梯額定人數。根據前述電梯?？恳?guī)則，建立電梯第i次?？繕菍拥挠嬎隳Ｐ鸵娛剑?）。

3 模型應用

3.1 基本情況

本文以某公寓樓為例，樓內裝有感溫式火災自動報警系統(tǒng)，靈敏度為一級。該建筑物地上34層，首層層高3.9m，2到34層為標準層，層高3m。水平疏散通道為內通道，呈直線型布置，在水平通道的兩端各有一部樓梯和一部電梯用于人員疏散，該段疏散路徑形式簡單，逃生人員能夠較快熟悉，發(fā)生火災時，有利于人員快速選擇出正確的疏散路徑。由于首層為臨街商鋪，與標準層不共用任何疏散通道，疏散過程中相互之間沒有影響，所以，在模型計算時，只需考慮標準層的人員疏散時間即可。

3.2 數據收集

該公寓樓標準層每層有162人，水平通道長57.4m，寬1.8m。從一層上二層的第一個梯段有16個踏步，第二個梯段有10個踏步，標準層樓梯的每個梯段都有10個踏步；每個踏步長1.6m，寬0.3m，高0.15m；樓梯井寬度為0.2m；樓梯休息平臺長3.4m，寬1.7m。首層安全出口處的大廳面積是39.1m2，一層樓梯口到安全出口的距離為9.32m，安全出口的寬度為1.65m。

實測電梯開、關門時間均為2.5s，電梯額定運行速度為4m/s，加速度為1m/s2，額定載重量1600kg，可乘21人，一層電梯口到安全出口的距離為4.99m。

3.3 模型計算

基于多年事故經驗及實驗數據，取火災自動報警時間為60s[8]；根據英國《建筑火災安全工程》中的推薦，人員疏散準備時間取300s[9]。該公寓樓居住人員以成年男性為主，取緊急狀態(tài)下人員水平行走速度為1.35m/s，由上向下行走速度為1.06m/s，tin=20.2s。hi為第i層到一層地面的垂直高度，通過計算得出電梯從一層運行到各樓層的上行時間，結果見表1。

一部疏散樓梯的有效寬度為1.36m，每層待疏散人數為162人，因為p/w=162/（1360×2）=0.06<0.1，故不能使用式（1）來計算下樓梯的人員流量。采用Fruin提出的人均占用樓梯面積來計算通過樓梯的人員流量[10]，根據進入樓梯間的人數，取樓梯上單位寬度的人流量為0.91人/m·s，相應的人員下樓速度為0.4m/s。稱任意一部電梯為甲，則另一部電梯為乙，計算得出樓梯、電梯協(xié)同疏散策略中，甲、乙電梯在各樓層的?？看螖狄姳?。

以該公寓樓的數據為基礎，本文將其他條件不變，樓層總數分別為10層和20層兩種情況與樓層總數為34層情況下的疏散結果進行對比分析，每種情況同時考慮了三種疏散策略，即全部人員僅用樓梯疏散，全部人員僅用電梯疏散和樓梯、電梯協(xié)同疏散策略，不同樓層總數和策略下的疏散結果見表2，表中RSET為人員所需安全疏散時間。

4 結論

通過對表2中樓層總數相同情況下的不同疏散策略和同疏散策略不同樓層總數情況下的疏散結果進行對比分析，得出以下幾條結論。

①樓層總數分別為34層、20層和10層情況下的樓梯、電梯協(xié)同疏散人員所需安全疏散時間，均比全部人員僅用樓梯疏散時的所需安全疏散時間短，說明電梯參與高層建筑人員疏散時能夠提高疏散效率。

②樓層總數分別為34層、20層和10層的樓梯、電梯協(xié)同疏散策略下，電梯疏散人數占總人數的比例分別為16.5%、17.7%和20.2%，說明隨著樓層總數的增多，相應的最佳協(xié)同疏散策略中，電梯疏散人數占總人數的比例逐漸減小。

③樓層總數分別為34層、20層和10層的樓梯、電梯協(xié)同疏散策略下，電梯疏散時間與樓梯疏散時間的比率分別為0.975、0.923和0.908，說明隨著樓層總數的增多，在樓梯、電梯協(xié)同疏散策略中，電梯疏散時間與樓梯疏散時間的比率趨近于1，基本符合最理想的情況，即從樓梯中下來的最后一個人與從電梯中下來的最后一個人同時到達出口處。

④樓層總數分別為34層、20層和10層的情況下，樓梯、電梯協(xié)同疏散比全部人員僅用樓梯疏散的效率分別提高了13.4%、12.7%和11.0%，隨著樓層總數的增多，樓梯、電梯協(xié)同疏散的效率逐漸提高，說明高層建筑的樓層越高，該協(xié)同疏散策略的優(yōu)勢越明顯。

參考文獻：

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