許文杰，張建琪，甄 濤

(1.中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000； 2.太原市消防救援支隊，山西 太原 030024)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國人口老齡化的現(xiàn)象越來越明顯。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，到2020年全國60歲以上老年人口預(yù)計將增加到2.55億人左右，占總?cè)丝诒戎靥嵘?7.8%左右，高齡老年人將增加到2 900萬人左右，獨居和空巢老年人將增加到1.18億人左右，老年撫養(yǎng)比將提高到28%左右[1]。老年公寓作為老年人娛樂、生活、居住的主要場所在近年來發(fā)展迅速，但在老年公寓蓬勃發(fā)展的同時我們必須看到老年人所面臨的火災(zāi)風(fēng)險也在不斷增加。自2015年至今，全國各類養(yǎng)老場所因火災(zāi)原因共造成77人死亡，其中2013年黑龍江海倫敬老院火災(zāi)和2015年河南魯山養(yǎng)老院火災(zāi)兩起特大火災(zāi)事故引發(fā)了社會對老年人疏散問題的極大關(guān)注和思考。

目前老年公寓的消防疏散方式主要是通過室內(nèi)外樓梯、消防電梯等建筑內(nèi)部設(shè)施進(jìn)行疏散，在現(xiàn)實火災(zāi)情況下隨著火勢和煙氣的不斷蔓延發(fā)展，諸如老年人等疏散速度較慢的弱勢人群在建筑內(nèi)部很難在規(guī)定的疏散時間內(nèi)到達(dá)安全場地。而依托陽臺設(shè)置室外逃生艙可以減少煙氣對人的傷害，增快疏散速度，提升疏散效率。因此，室外逃生艙的設(shè)置可以豐富老年人的疏散方式，縮短老年人的疏散時間。

以山西養(yǎng)老機(jī)構(gòu)發(fā)展情況為例，截至2016年底，山西省現(xiàn)有各類養(yǎng)老服務(wù)機(jī)構(gòu)927所，設(shè)有床位約16.8萬張，全省投資上億元的民辦養(yǎng)老機(jī)構(gòu)有10多個。預(yù)計到2020年，山西省老年人中需要護(hù)理服務(wù)的占13.69%，老年人有入住養(yǎng)老機(jī)構(gòu)意愿的占27%，可以預(yù)見在今后幾年中越來越多的老年人有意愿到老年公寓等養(yǎng)老場所生活或者居住。但在這些養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中，特別是民辦養(yǎng)老機(jī)構(gòu)仍存在消防設(shè)施不完善、安全出口設(shè)置不合理等實際問題。老年人由于身體機(jī)能的不斷退化，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的能力和在火場中逃生的能力也在不斷下降，現(xiàn)有的傳統(tǒng)疏散方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足老年人疏散的實際需要。所以室外逃生艙的設(shè)置既是對傳統(tǒng)疏散方式的創(chuàng)新與發(fā)展，也是提升老年人疏散能力的有效措施。

1 老年公寓內(nèi)設(shè)置室外逃生艙的必要性

1.1 縮短老年人疏散逃生距離

老年人屬于社會弱勢群體，伴隨著老年人年齡的不斷增長和身體機(jī)能的逐漸退化，其活動能力也受到了很大限制，老年人的肌肉和骨組織系統(tǒng)機(jī)能出現(xiàn)老化，腿纖維變細(xì)，肌力減退，彈性和收縮力下降，活動敏捷度降低，發(fā)生火災(zāi)時無法快速逃離火災(zāi)現(xiàn)場[2]。此外，大部分老年人基于生理等多方面原因?qū)е乱曈X、聽覺和觸覺等感知器官均有不同程度的退化，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)能力較弱。尤其是在老年公寓中存在一部分介助老人和介護(hù)老人，他們在災(zāi)害事故發(fā)生后需要依靠輪椅、拐杖等輔助行走設(shè)施或在他人幫助的情況下才可完成疏散逃生。一旦發(fā)生火災(zāi)這部分人群將會完全暴露在火災(zāi)危險中，無法獨立、快速、有效地完成疏散逃生。以山西某老年公寓為例，80歲以上的老年人占全體入住老人的62.7%，90歲以上老年人有24人，占總?cè)藬?shù)的8.95%。在入住老年人身體狀況方面，需要依靠護(hù)工或輔助行走器械才能完成疏散的老人有171人，占總?cè)藬?shù)的63.8%，其中完全無行動能力需要特殊護(hù)理的老人有11人?；谶@種情況，只有減少老年人的行走時間，縮短疏散距離，才能確保所有人員在安全時間內(nèi)完成逃生。而在老年公寓內(nèi)設(shè)置室外逃生艙可以縮短房間至安全出口的疏散距離，使得疏散人群不需要通過著火及濃煙區(qū)域即可到達(dá)安全區(qū)域。

1.2 豐富老年公寓疏散設(shè)施

老年公寓中現(xiàn)有的疏散方式主要是通過疏散樓梯和消防電梯等室內(nèi)建筑設(shè)施進(jìn)行疏散，而且老年公寓在設(shè)計時主要依據(jù)的是《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014),規(guī)范中對安全疏散距離的要求為“一、二級耐火等級的老年人建筑位于兩個安全出口之間的疏散門距離為25 m，位于袋形走道兩側(cè)或盡端的疏散門距離為20 m”。但現(xiàn)實情況中老年人的疏散速度一般為0.3～0.6 m·s-1之間，一般人在濃煙環(huán)境中停留半分鐘就會受到煙氣的傷害，即使老年人的疏散速度按照0.6 m·s-1計算，在半分鐘內(nèi)老年人的行走距離只有18 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以到達(dá)安全區(qū)域。老年公寓房間內(nèi)火災(zāi)荷載較大，大部分老年公寓的床單、衣服、被褥等針織物沒有經(jīng)過阻燃處理，一旦發(fā)生火災(zāi)會加速火勢的蔓延擴(kuò)大并產(chǎn)生大量的有毒有害氣體。大量的煙氣會彌漫在房間和過道中，如果老年人盲目地通過疏散樓梯進(jìn)行疏散會造成大量人員由于吸入過量有毒氣體而傷亡。由于部分老年人在疏散時需要借助輪椅、拐杖等輔助行走設(shè)施，當(dāng)疏散至安全出口或疏散樓梯時輔助行走設(shè)施會占用凈疏散寬度，加之老年人行動較慢，可能造成部分人員在疏散時間內(nèi)無法到達(dá)安全區(qū)域，甚至出現(xiàn)踩踏事故。而通過室外逃生艙進(jìn)行疏散可以大大緩解傳統(tǒng)疏散方式的疏散壓力，豐富老年公寓內(nèi)部疏散設(shè)施，確保老年人可以在規(guī)定時間到達(dá)安全區(qū)域。

2 技術(shù)性能參數(shù)的確定

2.1 主體結(jié)構(gòu)及工作原理

逃生艙一般設(shè)置在老年公寓窗外陽臺位置，其核心組成結(jié)構(gòu)共有10個部件。手動卷盤和電動啟動按鈕為逃生艙的兩種啟動方式，可采用一主一備的方式進(jìn)行設(shè)置。設(shè)備箱內(nèi)用于存放電機(jī)等維持設(shè)備工作的相關(guān)設(shè)施裝置，升降軌道固定在建筑物的外墻上，逃生艙通過軌道上升或下降。當(dāng)設(shè)備著地時，緩沖氣囊和泄壓口用于壓力的吸收釋放，起到緩沖減震的作用，人員拉開插銷放下疏散門，形成疏散坡道進(jìn)行疏散逃生。逃生艙結(jié)構(gòu)如圖所示，圖1為閑置狀態(tài)，圖2為打開狀態(tài)。

1.手動卷盤；2.電動啟動按鈕；3.設(shè)備箱；4.緩沖氣囊；5.泄壓口；6.頂棚；7.側(cè)方疏散門；8.插銷；9.欄桿；10.升降軌道

圖2 打開狀態(tài)下逃生艙結(jié)構(gòu)

2.2 性能參數(shù)及可行性分析

2.2.1 性能參數(shù)

室外逃生艙除滿足火災(zāi)現(xiàn)場逃生的需求外還應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求和日常生活的需要。(1)目前我國老年公寓中每個房間居住的老年人一般為2人，床的尺寸一般為長2 m、寬1 m?？紤]到介護(hù)老人在疏散過程中需要護(hù)工的幫助共同進(jìn)行疏散，所以逃生艙的額定承載人數(shù)為4人，按照一個成年人的體重為80 kg計算，額定載重為320 kg。同時為方便介護(hù)老人的疏散，使得2名老人在護(hù)工的幫助下可以第一時間轉(zhuǎn)移至逃生艙，逃生艙的尺寸設(shè)計為3.5 m×2.6 m×2.5 m。(2)室外逃生艙的啟動方式主要為電動啟動方式，所用電源可連接至室內(nèi)民用電源，工作人員通過按動啟動按鈕控制逃生艙的升降。如果火災(zāi)發(fā)生時導(dǎo)致電源被切斷，工作人員可以旋轉(zhuǎn)手動卷盤人工進(jìn)行升降。(3)室外逃生艙的材料選擇上使用強(qiáng)度和硬度較強(qiáng)的合金鋼材，其屈服強(qiáng)度應(yīng)在1 370 MPa以上，抗拉強(qiáng)度在1 620 MPa以上，同時在鋼材外部涂刷防火涂料，達(dá)到耐火等級的要求。(4)緩沖氣囊主要起到逃生艙觸地時的緩沖作用，緩沖氣囊著地時承受逃生艙的壓力，氣囊壓縮，當(dāng)達(dá)到1.2 atm時，分布在氣囊周圍的六個排氣口打開，通過向外排氣吸收動能[3]。

2.2.2 可行性分析

國外一些發(fā)達(dá)國家在養(yǎng)老場所的人員疏散方面不僅滿足依靠單獨的疏散樓梯進(jìn)行疏散，而且諸如避難滑梯、救生滑袋等垂直疏散裝置已經(jīng)被廣泛運用到各類養(yǎng)老場所中。在美國，早在20世紀(jì)70年代美國消防協(xié)會定期修訂的《生命安全規(guī)范》(NFPA 101)中就包含針對養(yǎng)老院消防疏散的要求。美國消防協(xié)會要求各類社會福利機(jī)構(gòu)和公共建筑在設(shè)計、使用過程中，必須充分考慮殘疾人、老年人的疏散逃生問題，并聯(lián)合建筑部門建議通過設(shè)置無障礙通道和室內(nèi)外的消防疏散通道來解決此類問題。在日本，由于日本屬于災(zāi)害事故頻發(fā)的國家，所以當(dāng)?shù)卣推髽I(yè)機(jī)構(gòu)格外重視災(zāi)害事故發(fā)生后人員的逃生問題?！度毡踞t(yī)療建筑的防災(zāi)設(shè)計》中提到建筑中的病房區(qū)每層要靠外墻設(shè)置避難空間。因此一種疏散陽臺的裝置在日本使用率較高，一個定額6人、額定載重480 kg的疏散陽臺從二層到一層的時間只需要短短的30 s，而且造價便宜，便于安裝。

在老年公寓設(shè)置室外逃生艙，首先可以顯著縮短老年人的疏散距離，提升老年人的疏散效率，尤其是當(dāng)老年公寓房間內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時，大量煙氣和有毒氣體彌漫在走廊和樓梯間中，老年人不出房間就可以完成到室外安全區(qū)域的疏散。對于部分有自理能力和獨立逃生能力的老年人，他們在利用逃生裝置完成自我疏散的同時，還可以幫助其他行動能力較差的老年人進(jìn)行疏散，節(jié)約了疏散時間。其次，對于消防救援部門來說，可以利用室外逃生艙開辟救生通道、設(shè)置水槍陣地和器材運輸通道。當(dāng)消防員進(jìn)行火情偵查或者內(nèi)攻時可以通過逃生艙垂直鋪設(shè)水帶，縮短水帶鋪設(shè)的距離，便于消防員第一時間到達(dá)火場內(nèi)部進(jìn)行滅火。最后，對于老年公寓來說，設(shè)置必要的逃生裝置可以提升老年人的安全系數(shù)，便于老年人在最快的時間內(nèi)完成疏散，同時通過必要的宣傳方式可以使子女放心地把老年人送入老年公寓中進(jìn)行贍養(yǎng)，大大增強(qiáng)老年公寓的品牌優(yōu)勢和核心競爭力。

2.3 升降速度

室外逃生艙升降速度的確定需要滿足兩個條件，一是保證老年公寓全體人員能在安全時間內(nèi)疏散至室外區(qū)域；二是保證老年人在逃生艙中乘坐舒適，不會造成二次傷害。為保證全體人員在安全時間內(nèi)成功疏散，必須使得必需疏散時間小于可用疏散時間。根據(jù)日本Togawa提出的疏散時間公式[4]：

(1)

式中，Te為疏散時間；Na為總疏散人員數(shù)量；Nb為出口處人員數(shù)量；Ks為人員按照出口寬度進(jìn)行排列后所能達(dá)到的長度；v為人員的疏散速度，取0.4 m·s-1。

假定每層有28名老人和28名護(hù)工，考慮最不利情況所有老人都通過一個室外逃生艙進(jìn)行疏散，最后可得所用疏散時間為127 s。按照室外逃生艙的承載能力計算疏散該層全部人員共需14個來回，單次疏散時間為4.53 s。因此，室外逃生艙的升降速度至少為1.5 m·s-1。

2.4 工作流程

當(dāng)老年公寓建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)后，工作人員打開窗戶協(xié)助老年人進(jìn)入到逃生艙中，然后按下電動啟動按鈕，觀察逃生艙是否運動，若無運動趨勢通過旋轉(zhuǎn)手動卷盤的方式進(jìn)行升降。到達(dá)地面后緩沖氣囊通過泄壓口釋放內(nèi)存壓力氣體，起到緩沖作用。工作人員拉開插銷，釋放疏散門進(jìn)行疏散。具體流程如圖3所示。

3 逃生艙的布置間距計算

室外逃生艙在布置的過程中要考慮兩方面因素：一是確保當(dāng)老年公寓發(fā)生火災(zāi)時所有老年人能在疏散要求的時間到達(dá)安全地點；二是根據(jù)老年公寓的房間結(jié)構(gòu)特點和建筑面積盡可能地減少室外逃生艙的設(shè)置數(shù)量，減少企業(yè)的投入壓力，提升布置的現(xiàn)實性與可行性。筆者以山西某老年公寓的建筑平面圖(如圖4所示)為參考基礎(chǔ)，通過數(shù)學(xué)模型和Lingo數(shù)學(xué)軟件估算標(biāo)準(zhǔn)層全部老年人通過室外逃生艙進(jìn)行疏散需要的時間，為之后室外逃生艙的實際設(shè)置提供參考數(shù)據(jù)。

3.1 模型假設(shè)

假設(shè)：(1)每個房間的結(jié)構(gòu)面積均相同，標(biāo)準(zhǔn)層共有14個房間，每個房間均為雙人間且都住有老年人，房間進(jìn)深為4.8 m。(2)設(shè)每個老年人的移動速度為0.4 m·s-1，且在第一時間就能發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或獲得疏散信號,計算得每個老人離開至房門需要12 s。(3)離開房間后，老人通過走廊橫向步行至最近的室外逃生艙布置的房間，疏散至房間陽臺位置算為疏散成功。(4)同一房間的2位老人不會走向不同的室外逃生艙布置的房間。(5)該層的所有老年人均通過室外逃生艙進(jìn)行疏散。

3.2 符號說明

Xij為0,1整數(shù)變量，1表示第i個房間的老人選擇第j個避難點，0表示不選擇；Dj為第j個避難房間的坐標(biāo)軸位置；PXi表示第i個房間的房門坐標(biāo)軸位置；PTi表示第i個房間的老人到達(dá)避難點所花費的時間；N為避難點數(shù)目(待定)；t為離開房間的時間。

3.3 模型的建立

3.3.1 房間位置的假設(shè)

根據(jù)上文模型假設(shè)提出的相關(guān)要求，同時所有老年人都能通過自身或在護(hù)工的幫助下疏散至逃生艙內(nèi)，可以確定每個房間的老年人選擇室外逃生艙布置的房間模型公式為：

(2)

同時考慮到室外逃生艙房間的布置位置不能超過該層的長度和寬度，即坐標(biāo)軸的橫向坐標(biāo)值范圍，模型公式表達(dá)為：

0≤Dj≤54.6，j=1,2,…,N

(3)

3.3.2 疏散時間的假設(shè)

考慮到老年人進(jìn)行疏散時最不利點的位置為袋形走道盡端兩側(cè)的房間，《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第5.5.17條規(guī)定：一二級耐火等級的托兒所養(yǎng)老院等建筑位于袋形走道兩側(cè)或盡端的房間疏散門至最近安全出口的直線距離最大值為20 m。在現(xiàn)實情況下老年人的疏散速度一般為0.4 m·s-1。由此計算距逃生艙所布置房間最遠(yuǎn)的老年人只要在50 s內(nèi)到達(dá)目標(biāo)房間即為疏散成功。模型公式表達(dá)為：

(4)

3.4 模型的求解

綜上所述，以標(biāo)準(zhǔn)層所有28名老人達(dá)到逃生艙設(shè)置房間坐標(biāo)的總時間為目標(biāo)，建立優(yōu)化模型可得非線性方程為：

(5)

(6)

使用Lingo軟件對式(6)求解，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)層只設(shè)置一個房間為室外逃生艙設(shè)置房間時軟件模型無解，即一個室外逃生艙無法滿足所有老年人疏散的要求。當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)層選定兩個房間為室外逃生艙設(shè)置房間時模型有解，最優(yōu)避難點位置為14.3 m與35.5 m位置處，對應(yīng)房間位置為左側(cè)第4個房間和第11個房間，最優(yōu)間距為21.2 m。

因此，在該老年公寓設(shè)置室外逃生艙時，在水平位置布置在4號房間和11號房間時全樓層人員通過逃生艙疏散時間最短。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，左側(cè)7個房間的14名老年人進(jìn)入4號房間乘坐室外逃生艙進(jìn)行疏散，右側(cè)7個房間的14名老年人進(jìn)入11號房間乘坐室外逃生艙進(jìn)行疏散。最終模擬所有老年人完成避難逃生的總時間為420 s，最慢的老年人疏散所用時間為46.5 s，滿足前文所提及的老年人最慢疏散時間50 s的要求，因此，該模型成立。

4 結(jié)論

通過模型的假設(shè)、建立和求解可知設(shè)置室外逃生艙的房間水平布置時距離為21.2 m為宜，在此距離內(nèi)可以滿足該層所有老年人的疏散需求。同時，由于各老年公寓的建筑風(fēng)格都獨具地方特色，房間布局和大小也都各不相同，例如在老年公寓內(nèi)部交通組織方式上就有單通道空間交通組織方式、多通道空間交通組織方式、環(huán)形通道空間交通組織方式和混合通道空間交通組織方式等多種，因此在實際布置時很難形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，計算數(shù)值也只能作為參考使用。為解決布置間距問題，筆者建議在水平布置時可以老年公寓內(nèi)防火分區(qū)為基礎(chǔ)模塊，在模塊內(nèi)選定房間設(shè)置室外逃生艙，根據(jù)建筑的不同耐火等級確定布置間距，一二級耐火等級建筑布置間距為21 m，之后以5 m為標(biāo)準(zhǔn)差遞減。在豎向布置時由于逃生艙的下降速度為1.5 m·s-1，即使是最高的54 m老年照料場所，從頂層至底層的時間只需36 s，疏散時間充足。但考慮到火災(zāi)發(fā)生后會迅速在著火層的上層和下層蔓延，建議以三層為單位分段交錯布置。以該老年公寓為例，1層和4層將逃生艙設(shè)置在2號房間，2層和5層設(shè)置在3號房間，3層和6層設(shè)置在4號房間，只要逃生艙下降到安全樓層可視為疏散逃生成功。此外，在房間選取時應(yīng)注意作為安全出口的兩個房間之間的直線距離不能超過《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中的相關(guān)要求。

老年公寓作為老年人晚年生活娛樂的主要場所在解決老年人老有所養(yǎng)、老有所居、老有所醫(yī)的問題上起到了巨大作用?；诶夏耆诵袆雍头磻?yīng)能力的逐漸退化，老年公寓在設(shè)計上應(yīng)具有更高更先進(jìn)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和配套設(shè)施，室外逃生艙的設(shè)置可以大幅度提升老年人的疏散效率，減少老年公寓的火災(zāi)傷亡，豐富老年人的疏散選擇，具有較高的實用價值和現(xiàn)實意義。