作者簡(jiǎn)介：

易芳（1997- ），女，漢族，江西撫州人，碩士研究生，助教，研究方向：消防安全、人員疏散、安全管理等。

摘要：

為了研究超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)的人員疏散，運(yùn)用了Pathfinder疏散模擬軟件對(duì)超高層建筑進(jìn)行建模，針對(duì)超高層建筑單一樓梯疏散、“電梯+樓梯”疏散、“電梯+樓梯+避難層”疏散三種不同疏散模式分別進(jìn)行了上百次模擬。分析對(duì)比模擬結(jié)果得出結(jié)論：三種模式中疏散總時(shí)間最少的是“電梯+樓梯”疏散模式，在該模式下電梯輔助疏散的最佳人員分?jǐn)偙壤?0%，電梯的輔助疏散能有效減少超高層建筑內(nèi)人員疏散總時(shí)間；避難層對(duì)于人員的疏散具有緩沖作用，為分段疏散提供了條件，但是避難層的緩沖作用并不能減少人員整體疏散時(shí)間。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；火災(zāi)；人員疏散；Pathfinder建模；多模式

一、超高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)

（一）起火因素多，容易形成火災(zāi)

超高層建筑大多是集辦公、餐飲、休閑娛樂、賓館、商場(chǎng)、超市等于一體的多功能建筑，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用電量大、用電設(shè)備多。一方面，各用電設(shè)備在使用過(guò)程中容易發(fā)生路線故障誘發(fā)火災(zāi)；另一方面，超高層建筑內(nèi)存在大量可燃物和助燃物，為火災(zāi)的擴(kuò)散提供了幫助。

（二）火災(zāi)蔓延快，蔓延途徑多

超高層建筑內(nèi)豎向管井較多，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)會(huì)順著電梯井、樓梯間、通風(fēng)井等豎向管道迅速蔓延，這些豎向管道就像一個(gè)巨大的煙囪，在建筑內(nèi)容易形成“煙囪效應(yīng)”，且樓層越多“煙囪效應(yīng)”越明顯。

（三）疏散難度大

超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，要使內(nèi)部人員全部疏散至安全區(qū)域十分困難，原因主要有建筑內(nèi)人員密集、疏散人流擁擠、疏散設(shè)施少、疏散時(shí)間長(zhǎng)。

（四）救援難度高

超高層建筑在滿足城市化進(jìn)程對(duì)土地空間高度利用、綜合開發(fā)的同時(shí)，也因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給消防安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。以現(xiàn)有的技術(shù)手段和裝備設(shè)施來(lái)說(shuō)，超高層建筑火災(zāi)時(shí)的救援工作面臨著登高難、排煙難、供劑難的問題，三大難題急需解決。[1-3]

二、超高層建筑電梯輔助疏散的必要性

樓梯作為傳統(tǒng)也是目前唯一倡導(dǎo)的疏散方式，一直是建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員進(jìn)行疏散的首選。隨著建筑物高度的不斷增加，樓梯作為傳統(tǒng)疏散方式已經(jīng)不能滿足超高層建筑的人員疏散。首先，超高層建筑內(nèi)樓層較多、垂直距離長(zhǎng)，使用樓梯進(jìn)行疏散所需時(shí)間長(zhǎng)；其次，樓梯不利于老弱病殘幼等疏散能力較弱的人員逃生，若這部分人員也通過(guò)樓梯下行，在樓梯間內(nèi)容易形成“瓶頸效應(yīng)”而降低疏散效率，甚至造成踩踏等群死群傷事件；最后，若超高層建筑內(nèi)人員采用樓梯進(jìn)行疏散，對(duì)人員的體力也是一個(gè)重大考驗(yàn)。

三、超高層建筑人員疏散模擬

（一）疏散模型設(shè)置

本文以某超高層建筑為研究背景，參考各類建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)圖紙以及實(shí)地調(diào)研，運(yùn)用Pathfinder疏散模擬軟件進(jìn)行建模。該建筑為超高層寫字樓，共55層，每層樓高4.5m，共247.5m；每層樓面積為2256m2，55層共126336m2，所有樓層均為地上建筑；建筑內(nèi)有4個(gè)安全出口、2部步行樓梯、24部直行電梯。

我國(guó)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 5004595-2005）要求：建筑高度超過(guò)100m的民用建筑，應(yīng)設(shè)置避難層（間），且避難層間的距離不宜超過(guò)45m，根據(jù)規(guī)范要求，該建筑內(nèi)每10層（45m）設(shè)有一個(gè)避難層，即11樓為避難層1、21樓為避難層2，以此類推。

根據(jù)《辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求以及實(shí)地調(diào)研，考慮最不利情況設(shè)置寫字樓內(nèi)每層305人，除去避難層，該超高層建筑內(nèi)共有15250人?；谒芯拷ㄖ槌邔訉懽謽?，參照國(guó)家一些通用數(shù)據(jù)，為方便研究將建筑內(nèi)人員組成簡(jiǎn)化為兩種：成年男性（占50%）、成年女性（占50%）。參照《消防工程手冊(cè)》以及實(shí)地考察，設(shè)置建筑內(nèi)成年男性、成年女性的疏散速度都為1.2m/s。圖1是運(yùn)用Pathfinder建模后整個(gè)建筑的俯視圖。

（二）模式一：?jiǎn)我粯翘菔枭?/p>

考慮傳統(tǒng)的疏散方式，即建筑內(nèi)1樓至55樓15250人全部通過(guò)樓梯疏散至建筑外安全區(qū)域。模擬結(jié)果顯示：在單一樓梯疏散模式下，疏散總時(shí)間為5364.5s（約89min）。觀察該模式人員疏散過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：疏散過(guò)程中人員會(huì)選擇距離更近的安全出口進(jìn)行逃生，致使左下、右下兩個(gè)安全出口未得到充分利用。

為研究安全出口的選擇對(duì)疏散總時(shí)間的影響，現(xiàn)將模式一中人員對(duì)安全出口的選擇進(jìn)行設(shè)置：人為設(shè)置建筑內(nèi)50%人員選擇左上、右上兩個(gè)安全出口進(jìn)行疏散，50%人員選擇左下、右下兩個(gè)安全出口進(jìn)行疏散。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)得知：對(duì)安全出口的選擇進(jìn)行設(shè)置后的疏散總時(shí)間為5384.5s，與未設(shè)置的疏散總時(shí)間5364.5s相差不大。由此可以得出：在超高層建筑安全疏散過(guò)程中人員會(huì)選擇距離更近的安全出口進(jìn)行逃生；安全出口的選擇對(duì)于疏散總時(shí)間基本無(wú)影響。

（三）模式二：“電梯+樓梯”疏散

將電梯考慮在內(nèi)作為一種輔助疏散方式，分?jǐn)偛煌壤慕ㄖ藛T，尋找電梯分?jǐn)側(cè)藛T的最佳比例。在該模式下電梯只?？吭诤艚羞M(jìn)行疏散的最高樓層，在將人員輸送至最底層過(guò)程中電梯不停。模式二中電梯的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)為：電梯最大速度為6.0m/s、加速度為1.5m/s2、荷載為20人、開關(guān)門時(shí)間為5.0s。

1.疏散方案設(shè)置

為尋找電梯作為輔助疏散的最佳分?jǐn)偙?，分別模擬了電梯分?jǐn)偙壤秊?6%、44%、62%、80%四種疏散情況，觀察不同方案的疏散過(guò)程，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果匯總成表1。

方案中F1-F10代表1樓至10樓內(nèi)人員，F(xiàn)12-F55代表12樓至55樓內(nèi)人員，以此類推。由表可以看出：隨著電梯分?jǐn)偙壤脑黾樱枭⒖倳r(shí)間先減少后增大；四種疏散方案中，當(dāng)電梯分?jǐn)偙壤秊?4%時(shí)，疏散總時(shí)間最少（為2967.8s），在該電梯分?jǐn)偙壤拢瑯翘菔枭⑼瓿蓵r(shí)刻（T=2967.8s）與電梯完成時(shí)刻（T=2493.9s）相差473.9s，在四種疏散方案中也是最小的。但觀察方案三人員疏散過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在電梯完成疏散后，樓梯內(nèi)仍有很多人員未完成疏散，基于此，對(duì)方案三進(jìn)行優(yōu)化，以找到電梯輔助疏散的最佳分?jǐn)偙壤?/p>

2.優(yōu)化方案

（1）優(yōu)化方案設(shè)置

為進(jìn)一步尋找電梯介入疏散的最佳分?jǐn)偙壤?，分別模擬了電梯分?jǐn)偙壤秊?6%、48%、50%、52%四種疏散情況，觀察四種優(yōu)化方案的人員疏散過(guò)程，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

由表可以看出：隨著電梯分?jǐn)偙壤脑黾?，疏散總時(shí)間先減小后增大；當(dāng)電梯分?jǐn)偙壤秊?0%時(shí)，疏散總時(shí)間最少（為2677.4s）。當(dāng)電梯分?jǐn)偙壤秊?0%時(shí)，樓梯疏散完成時(shí)刻（T=2652.6s）與電梯完成時(shí)刻（T=2677.4s）相差僅24.8s。

綜上可以得出：在此超高層建筑內(nèi)，當(dāng)電梯最大速度為6m/s、加速度為1.5m/s2、荷載為20人、開關(guān)門時(shí)間為5.0s時(shí)，電梯輔助疏散的最佳分?jǐn)偙壤?0%；此時(shí)疏散總時(shí)間為2677.4s（約45min）。

（四）模式三：“電梯+樓梯+避難層”疏散

采用“電梯+樓梯+避難層”的方式進(jìn)行疏散模擬。在該模式下電梯只停靠在避難層，電梯運(yùn)行參數(shù)與模式二一樣。模式三方案一為1樓至20樓內(nèi)人員通過(guò)樓梯向下疏散至建筑外，22樓至55樓內(nèi)人員先向下疏散至最近避難層，等待這部分人都到達(dá)最近避難層后，整體通過(guò)電梯疏散至建筑外（比如52樓至55樓內(nèi)人員先向下疏散至51樓避難層，等52樓至55樓內(nèi)所有人員到達(dá)51樓避難層后，整體搭乘電梯疏散至建筑外），方案二、方案三以此類推。

分析對(duì)比模擬結(jié)果可知：方案二1樓至30樓內(nèi)人員通過(guò)樓梯向下疏散至建筑外，32樓至55樓內(nèi)人員先向下疏散至最近避難層完后，整體通過(guò)電梯疏散至建筑外的疏散總時(shí)間最少，為2973.0s。在此方案中樓梯疏散完成時(shí)刻是2973.0s，電梯疏散完成時(shí)刻是2511.5s，兩者相差461.5s，電梯未得到充分利用。

（五）不同模式下人員疏散分析對(duì)比

為方便比較，將以上三種不同模式下人員疏散的最優(yōu)方案及在此最優(yōu)方案下的疏散總時(shí)間進(jìn)行匯總。

由表4可知：在三種模式下疏散總時(shí)間最少的是“電梯+樓梯”疏散模式，為2677.4s，在此模式下的最優(yōu)疏散方案是1樓至27樓內(nèi)人員通過(guò)樓梯疏散至建筑外，28樓至55樓內(nèi)人員通過(guò)電梯疏散至建筑外，電梯分?jǐn)偙壤秊?0%。

對(duì)比模式一與模式二可以看出：電梯輔助疏散大大減少了疏散總時(shí)間，減少了2687.1s。對(duì)比模式二與模式三可以看出：避難層的緩沖作用并沒有減少人員整體疏散總時(shí)間，但是避難層的設(shè)計(jì)為分段疏散提供了條件，減少了疏散過(guò)程中的人流量，能有效避免疏散過(guò)程中因擁擠發(fā)生的踩踏事件。

結(jié)語(yǔ)

在超高層建筑安全疏散過(guò)程中人員會(huì)選擇距離更近的安全出口進(jìn)行逃生，安全出口的選擇對(duì)于疏散總時(shí)間基本無(wú)影響。單一樓梯疏散、“電梯+樓梯”疏散、“電梯+樓梯+避難層”三種疏散模式中，疏散總時(shí)間最少的是“電梯+樓梯”疏散模式；在該模式下電梯輔助疏散的最佳分?jǐn)偙壤?0%，此時(shí)疏散總時(shí)間是2677.4s，電梯的輔助疏散能有效減少超高層建筑內(nèi)人員疏散總時(shí)間。避難層對(duì)于人員的疏散具有緩沖作用，但是避難層的緩沖作用并不能減少人員整體疏散時(shí)間。避難層的設(shè)計(jì)為分段疏散提供了條件，減少了樓梯疏散過(guò)程中的人流量，能有效避免疏散過(guò)程中因擁擠發(fā)生的踩踏事件。

參考文獻(xiàn)

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[3]Tongtong Z.Simulation study on fire visibility of typical floor planes of modern super high-rise office buildings in China[J].Complexity，2020，12：1-14.