电梯疏散

电梯疏散（精选4篇）

电梯疏散 篇1

为了缓解城市用地日渐紧张的趋势, 超高层建筑如雨后春笋般, 在各大中城市拔地而起。截至2012年7月, 中国已建成200m以上的超高层建筑超过100座;全世界已建成的最高的50座建筑中, 中国有22座, 占44%。而如果将统计范围扩大至已经开始施工的建筑, 我国则还有47座超过300m的建筑即将建成。中国的超高层建筑发展已经进入繁荣时期。

这些超高层建筑虽然缓解了城市用地紧张, 但同时也给公共安全提出了巨大挑战。如:2011年2月3日, 沈阳皇朝万鑫国际大厦起火, 152 m高的公寓楼基本完全烧毁, 火灾并一度蔓延到另一座高层塔楼;2010年11月15日, 上海市静安区一栋28层公寓起火, 火灾导致58人遇难, 70余人受伤, 经济损失接近5亿元人民币。根据现阶段的各大中型城市消防救援能力, 一般100m以上楼层火灾的扑救, 主要靠建筑内部的自动灭火设施和消防队员现场扑救。因此, 为避免火灾造成群死群伤, 在严格排除消防隐患的同时, 如何安全疏散建筑内人员, 尤为重要。社会各界包括消防审批部门、设计院、消防顾问及消防产品研发机构, 均对超高层建筑的疏散安全性进行了持续探索和研究。

1 楼梯疏散

超高层建筑发生火灾时, 传统疏散模式是人员选择核心筒内的防烟楼梯疏散。根据GB 50045-95 (2005年) 《高层民用建筑设计防火规范》规定, 一类建筑应设防烟楼梯间;超过100 m的公共建筑每隔15层设有避难层;通向避难层的防烟楼梯应在避难层分隔、同层错位或上下层断开。避难层作为建筑内部最可靠最安全的区域, 可供人员在长距离疏散后休息调整或等待救援。

考虑超高层建筑的疏散距离超长, 待疏散人群基数较大, 即使是正常人在良好的身体条件下也要经过长时间疏散才能到室外安全区域, 而对于老弱病残孕等特殊人群, 不仅疏散速度缓慢, 影响全楼疏散效率, 而且人群容易因为体力不支昏倒, 从而增加践踏、拥堵等状况发生的可能性。超高层建筑中的人员流通往往通过电梯和自动扶梯完成, 而对于疏散楼梯的位置和数量不够熟悉。在疏散过程中, 人们往往倾向于选择自己熟悉的路线, 即选择从哪里来往哪里疏散的疏散路线, 这无疑又增加了疏散的执行难度。

近年来, 不少创新型的疏散方式逐渐应用, 如高空逃生器、绳梯、缓降器、直升机救援等。而上述疏散方式操作难度极大, 仅适用于少数人员逃生, 无法满足大体量的超高层建筑疏散需求。因此, 如何寻找一种操作便利、高效的疏散方式, 成为近年来的重点研究方向。

2 电梯疏散

电梯疏散的提出最早是基于对行动力不便人群疏散的考虑。早在1986年, Klote等学者建议将电梯疏散纳入到特殊人群的疏散考虑中。之后国内外的研究人员亦对电梯疏散作为超高层常规疏散的可行性进行了研究和分析, 其中Bukowski和Heyes等人发现, 电梯在疏散方面具有独特的高效性, 对于大多数建筑物而言, 若能通过常规客用电梯疏散, 则疏散时间可控制在40 min左右。随着电梯疏散逐渐得到研究和尝试, 为更好地完善和指导电梯疏散的设计, 近两年, 各国也逐渐出台相关设计规范, International Building Code 2009版和NFPA Life Safety Code 2012版中新增电梯可用于在火灾情况下的疏散使用, 但同时对疏散方案、应急广播、应急电源、疏散指示、电梯井道保护、电梯前室等提出了设计细则。

当电梯作为一种新的模式逐渐得到认可和应用的同时, 如何将高效、安全的电梯疏散与疏散方案有机结合又成为新的挑战, 笔者以某实际超高层建筑为例, 模拟不同疏散方案下电梯疏散的应用, 研究电梯疏散方案和疏散效率的相关性。

3 案例分析

3.1 建筑概况

某超高层建筑高度超过500 m, 全楼共设8个避难层, 9个功能区, 其中1~8区为办公区, 顶区设大型观光平台和会所, 预计高峰期可容纳最高人数约21 000人。项目竖向交通系统设有4组高速穿梭电梯, 分别可停靠4区、6区、8区和9区。穿梭电梯技术规格及首层停靠位置, 如表1、图1所示。

该项目4组穿梭电梯作为紧急情况下疏散使用, 在防火、防水、防烟、通信等方面做以下加强处理:

(1) 疏散电梯井道满足2.00h耐火极限;

(2) 疏散电梯内轿厢装修采用不燃材料;

(3) 疏散电梯机房满足消防电梯机房设计要求;

(4) 提供可靠的备用电源, 保证疏散电梯安全运行;

(5) 疏散电梯动力与控制电缆、电线为耐火型;

(6) 疏散电梯的井底设排水设施或集水坑;

(7) 疏散电梯由专人驾驶, 疏散时仅在特定避难层及首层停靠;

(8) 疏散电梯停靠的避难层设置明确的指示标志。

3.2 疏散方案概述

为避免疏散时过度的拥挤和不必要的恐慌, 视火灾规模为全楼制定三级疏散模式。

(1) 局部疏散。考虑楼板在耐火极限时间内起着隔火隔热的作用, 对着火楼层与上下相邻楼层共三层进行疏散, 为避免影响其他区域的运营连续性, 不启用穿梭电梯辅助疏散, 人员以疏散至避难层作为疏散结束的标志, 之后人员可选择继续疏散, 或者等候进一步指示。

(2) 分区疏散。着火层所在区以及9区 (观光区) 同时疏散。考虑多数人员并不愿意停留在一栋正在着火的建筑物内, 为确保疏散方案进行, 其他区域人员将通过应急广播告知火灾情况, 在未接到进一步指示前, 不进行疏散。分区疏散根据过火楼层不同可分为9个子疏散场景, 如表2所示。疏散时, 人员可选择通过楼梯疏散, 也可在指定的避难层选择利用穿梭电梯辅助疏散。人员以疏散至首层室外空间作为疏散结束的标志。

(3) 全楼疏散。建筑内部最大规模的人员同时疏散, 发生概率较小。此时, 建筑物内人员根据现场消防指挥同时疏散, 人员可选择通过楼梯疏散, 也可在指定的避难层选择利用穿梭电梯疏散, 以全部人员疏散至首层室外空间作为疏散结束的标志。

4 数值模拟及结果分析

4.1 模型设置

采用3D仿真模拟软件STEPS, 对人员分别采用楼梯疏散和电梯辅助疏散进行模拟, 遵循以下假设条件:

(1) 疏散过程中, 所有楼梯及安全出口保持畅通;

(2) 人员按照预定疏散方案, 有序进行疏散;

(3) 人员的体能及心理状态在疏散过程中保持相对稳定, 可维持平均行走速度和对出口的理性选择;

(4) 人员通过楼梯或辅助穿梭电梯疏散, 不考虑消防电梯及外部营救;

(5) 各区域待疏散人员为设计满员值, 不重复计算建筑内部员工餐厅及专用会议层的人数。

4.2 结果分析

4.2.1 局部疏散

局部模拟选取距离配套避难层F74最远的7区顶部3个楼层F84、F85和F86层作为最不利疏散场景, 其中F86层与避难层高差约为55m, 3层满员共计597人。

模拟结果显示, 疏散启动后, F84、F85和F86层人员在110s内全部疏散至楼梯间安全区域, 人员在楼梯间继续疏散出现一定程度的拥挤。590s时, 人员全部疏散至本区避难层, 此时避难层空间较空余, 可以容纳局部疏散楼层所有人员停留, 如图2所示。

因此, 当发生小型火灾时, 全楼各局部疏散场景的疏散时间不超过590s。考虑办公人员对周围环境比较熟悉, 计算探测时间、火灾报警时间、疏散行动前沿时间共计约140s, 总疏散时间也可控制在13min以内。

4.2.2 分区疏散

考虑观光区人员对建筑疏散不熟悉, 且位于大楼最高区, 因此各子疏散场景考虑过火办公区与9区观光区同时疏散。各场景楼梯疏散模拟结果, 如图3所示。

(1) 各场景疏散用时主要由观光区疏散人员疏散决定, 根据人员在楼梯间汇集产生拥挤现象程度不同, 介于1小时10分至1小时25分之间。

(2) 场景D~I的疏散曲线在中间出现拐点, 表明最终疏散出口在疏散时间内并没有得到连续利用, 此类疏散场景与低层建筑疏散情况类似, 疏散总时间受到人群所在最高楼层限制, 因此疏散距离为主要限制因素。

(3) 场景A~C疏散曲线在疏散前35min未出现变化, 之后曲线较为连续, 表明疏散人员在楼梯间交汇, 最终形成一股人流完成疏散。此类疏散场景下, 疏散人流相距较近, 在楼梯间交汇, 增加局部的拥挤程度, 因此长时间的过度拥挤和疏散距离成为主要限制因素。

为缓解过度拥挤和超长疏散距离带来的负面影响, 同时亦为特殊人群提供另一种疏散选择, 项目采用穿梭电梯辅助疏散。模拟结果如表3所示。

(1) 电梯参与辅助疏散时, 各场景疏散时间明显缩短。穿梭电梯在各场景下的疏散人数均超过总人数的21%以上, 可基本满足使用需求。

(2) 对比B~F疏散场景, 单位电梯提升疏散效率为2.1%~2.7%, 且单位电梯提升疏散效率和辅助楼层的高度呈正相关。场景A由于疏散人数和电梯数量远小于其他场景, 且受到楼层高度最高的影响, 因此单位电梯提升疏散效率达到5.0%。

4.2.3 全楼疏散

为了准确评估电梯对全楼疏散的效率提升, 全楼疏散模式简化为各楼层同时疏散。当全楼采用楼梯疏散时, 疏散时间为133min;当19部电梯辅助全楼疏散时, 疏散时间缩短至87min, 疏散效率提升34.6%, 单位电梯提升效率约为1.8%。在电梯辅助疏散过程中, 共疏散497梯次, 共疏散9 832人, 约占总疏散人数的45%。

5 结论

为某超高层项目提出分阶段疏散方案, 主要包括局部疏散、分区疏散和全楼疏散。根据超高层建筑火灾特点及疏散距离超长和人员过度拥挤等不利因素, 制定穿梭电梯辅助疏散策略, 并通过疏散软件模拟, 定量分析电梯疏散的高效性。模拟发现:在分区疏散场景下, 利用电梯辅助疏散的人员比例为21%~51%;电梯疏散对于疏散效率提升有显著效果, 达10%~22%。当电梯辅助于全楼疏散时, 总提升疏散效率达34.6%。同时提出单位电梯提升疏散效率作为衡量电梯疏散效率的指标。通过模拟发现, 在分区疏散各场景下, 单位电梯提升疏散效率为2.1%~5.0%, 且电梯疏散呈现应用楼层越高, 提高效率越显著的趋势。因此, 在建筑条件允许的情况下, 电梯疏散不仅可为特殊人群提供多一种疏散方式的选择, 还可在有效的操作下, 极大地缩短疏散时间。笔者建议, 电梯疏散可作为超高层建筑的辅助疏散方式使用, 但疏散效率的提升受建筑高度、疏散人数以及电梯相关参数 (数量、速度、运载力、停靠位置) 等因素限制, 为最大程度实现电梯疏散的高效性, 应科学、系统地设计疏散方案, 并辅以有效的管理和指导, 以满足建筑安全疏散的要求。

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电梯疏散 篇2

1 电梯疏散的可行性分析

1.1 电梯疏散现状

在国外, 从20世纪中叶就有学者对高层建筑利用电梯疏散进行研究, 美国学者Bazjanac和加拿大学者Pauls分别描述了在高层建筑突发事件情况下电梯的重要作用, 并初步进行了电梯对疏散时间的影响分析。美国和加拿大在20世纪80年代后期进行了使用增压方法用于火灾疏散中使用电梯时烟火保护的可行性研究。20世纪90年代初期, 由美国消防协会 (NFPA) 、美国机械工程师协会 (ASME) 和美国国家标准化与技术研究院 (NIST) 举行了一系列关于电梯在火灾中使用的学术会议。

在我国, 2006年公安部上海消防研究所召开了“高层建筑火灾情况下使用电梯疏散可行性研究论证会”;2007年, 上海举办了“高层建筑火灾情况下电梯疏散国际研讨会”;2008年7月3日, 上海市静安区一栋28层的居民楼内进行了火灾条件下电梯逃生模拟实验, 结果显示, 乘坐电梯疏散的效率是走楼梯疏散的5倍之多, 且没有造成人员伤亡;2009年, 上海研制出“高层建筑火灾电梯逃生系统”, 为我国乃至世界的高层建筑电梯疏散提供了参考和借鉴。

1.2 电梯疏散的优缺点

电梯作为高层建筑中最主要和最常用的垂直交通工具, 使用在人员疏散中有利有弊。其主要优点有:运行速度快, 疏散时间短。有效避免大量人员在疏散楼梯间的拥挤, 避免发生跌倒、踩踏等事故。满足人们的“归巢”心理, 进入高层建筑时人们常用的是电梯, 紧急疏散时也习惯走熟悉的道路。不受人群年龄、性别、健康状况的影响, 具有广泛适应性。

同时, 在疏散中电梯的使用也存在一些缺点和不足, 主要有:对供电的完全依赖性。不间断供电是电梯正常运行的基础, 如果在火灾及其他突发事件情况下自然或人为地切断电源, 电梯将无法正常运行, 甚至造成一定的伤害。易受烟气的侵害。烟气是火灾中最主要的危害因素之一, 由于现在的普通电梯并非都有防火前室, 如果电梯井和电梯轿厢的封闭性不好, 将会导致烟气进入电梯井, 严重时形成烟囱效应, 进入电梯轿厢会危及乘客的安全, 造成窒息等伤害。人员对电梯的使用存在一定的不规范性。在疏散过程中, 由于不按操作规程正确使用电梯, 可能导致电梯故障或停运。

1.3 电梯疏散在技术上的可行性

我国GB 50045-95 (2005版) 《高层民用建筑设计防火规范》第5.3.1条规定“电梯井应独立设置, 井内严禁敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体管道, 并不应敷设与电梯无关的电缆、电线等。电梯井井壁除开设电梯门洞和通气孔洞外, 不应开设其他洞口。”另外, 电梯井壁隔墙应采用耐火极限不低于2h的不燃烧体。

随着科学技术的发展, 电梯设备、消防自动报警系统、防排烟系统等也有了很大的进步。在现代的高层建筑中, 电梯大都设有前室和防排烟设施, 电梯轿厢防护性能良好, 能有效阻挡烟气的进入;而且有三层防护门, 都具有良好的封闭性和防护性, 烟气不易进入。相比疏散楼梯, 电梯的密封性更好, 难以形成拔风或烟囱效应;有专用的独立电源, 供电系统完善, 能够保证在火灾等紧急情况下的安全运行。电梯内设有应急安全箱, 存放救生毯、防毒面罩等设备。

1.4 消防电梯的应用

消防电梯通常都具备完善的消防功能, 平时可以作为客梯使用, 火灾条件下接受指令, 及时返回首层而不再继续运载乘客, 只可供消防人员灭火救援使用。消防电梯采用双路电源, 即当建筑物工作电梯电源中断时, 消防电梯的非常电源能自动投合, 可以继续运行;在轿厢顶部预留一个紧急疏散出口, 万一电梯的开门机构失灵, 可由此处疏散逃生;消防电梯的竖井是单独设置的, 没有电气管道、水管、气管或通风管道等通过;消防电梯设有前室, 前室设有防火门, 使其具有防火防烟功能。

2 模型的建立

2.1 建筑物的基本情况

该高层建筑高度为52.5 m, 属一类高层, 建筑面积2.1万m2, 共配备1部消防电梯、3部普通电梯和2个楼梯。1楼共有3个安全出口, 1层和2层层高4.8m, 3~15层为标准层, 层高3.2m, 布局基本相同。正常情况下人员的疏散是从两个楼梯进行的, 不采用电梯疏散。

2.2 Pathfinder模型的建立

首先选定模型中的参数。人员:每层随机分布100人, 水平面上的行走速度最小为0.97 m/s, 最大为1.62m/s。楼梯:共两个楼梯, 宽1 250 mm, 台阶高177.8mm, 宽279.4mm。电梯:该建筑物共4 部电梯, 其中3部普通载客电梯, 每部额定载质量1 000kg (13人) , 加速度1.2m/s2, 额定速度1.75m/s, 开关门时间和为3.2s;1部消防电梯, 额定载质量1 600kg (21人) , 加速度1.2m/s2, 额定速度为1.75m/s, 开关门时间和为3.2s。电梯运行规则: (1) 所有电梯在0时刻都停靠在1楼; (2) 优先顺序从高到低, 即如果多个楼层同时呼叫电梯, 优先停靠较高楼层; (3) 电梯每次运行只能停靠一个楼层, 即使该楼层的人数小于额定载客数量, 也不能到达其他楼层继续载人。

建立后的pathfinder模型如图1所示, 图中的人员、1号楼梯、2号楼梯和电梯的位置已标出。

3 实验与结果分析

3.1 单独使用楼梯的疏散

单独使用楼梯疏散时, 选取两种方案进行模拟实验:方案一为在无任何引导规则的情况下, 所有人员按照自己的判断选择逃生路径;方案二为制定合理的引导规则, 每层楼约50%的人员从1号楼梯, 剩余的50%从2号楼梯疏散, 疏散过程中不发生慌乱和拥挤, 所有人员按引导规则疏散。

实验结果显示方案一模拟疏散的总时间为835.8s, 从房间剩余总人数变化曲线 (图2) 看出, 在241.5s附近出现了一个折点, 折点之后曲线的斜率减小。结合出口人流量变化曲线 (图3 (a) ) 和3D疏散动画, 在241.5s之后出口1 (Door29) 的流量变为0, 说明1号楼梯没有得到充分利用, 大量人员拥挤在2号楼梯;而且从3D疏散动画中看出随着楼层的增高, 人员选择逃生路径的盲目性增大, 很容易因为从众心理而涌向同一个楼梯。

方案二模拟疏散的总时间为607.0s, 房间剩余总人数变化曲线 (图2) 斜率基本保持不变, 也就是疏散速度基本不变。结合出口人流量变化曲线 (图3 (b) ) 看出, 两个主要出口 (Door29和Door34) 的人流量处于稳定状态, 集中在每秒1~2人之间, 由于在合理规则的引导下, 人员按照既定的路径疏散, 两个楼梯都得到充分利用, 在误差允许范围内, 该方案为单独使用楼梯时的最佳疏散方案。

3.2 楼梯结合电梯的疏散

从前面的论证可知, 在火灾及其他突发事件情况下有条件地利用电梯疏散是可行的, 而且能够减少楼梯的拥挤, 大幅度提高疏散效率, 同时为老弱病残等行动不方便的人员提供最佳的疏散路径。为此进行楼梯结合电梯疏散的模拟实验。

楼梯结合电梯疏散时也选取两种方案进行模拟实验:方案三为合理分配电梯和楼梯的承载人数, 最大化电梯和楼梯的利用率, 通过多次模拟实验, 得到最佳的疏散方案, 此时人员的具体分配如表1所示。方案四基于方案三, 楼梯和电梯的承载人数不变, 但是分配给电梯的人员可以根据自己的判断选择4部电梯中的任何一部。

实验结果表明方案三疏散总时间为474.8s, 方案四疏散总时间为496.5s。根据房间剩余总人数变化曲线 (见图4) 和出口人流量变化曲线 (见图5) 对比分析, 整体疏散效果差异并不大, 出口人流量都集中在1~3 人/s。相比只用楼梯疏散时有所增大, 说明高层疏散的瓶颈不在出口, 而是楼梯, 楼梯的宽度限制了人流量。同样在使用电梯的情况下, 按规则乘坐电梯比自由选择电梯节省21.7s, 疏散效率更高。

对以上4种方案的疏散效果进行对比分析, 结果如表2所示。

从表中得出, 楼梯结合电梯疏散的效率要比只使用楼梯高很多。都以最佳方案对比, 方案三比方案二节省132.2s, 约提高22%, 大大提高了疏散效率。

3.3 存在的不足

(1) 实际的消防电梯轿厢门上安装有温感和烟感探测器, 当超过一定警戒标准时, 控制器会暂停该楼层的电梯停靠。该模拟中只能人为地设定电梯停靠楼层, 而不能根据烟气浓度和温度高低判断是否满足停靠条件。

(2) 该模拟实验中没有考虑人员的恐慌状态。

(3) 该建筑物的2号楼梯每层的入口处在电梯前室里面, 疏散时容易在此位置形成瓶颈, 影响疏散效率。

4 结论

(1) 高层建筑疏散最大的瓶颈是楼梯间, 所以必须保证楼梯间及安全通道的畅通, 并且要有疏散指示标志或安全员在紧急情况下引导人员疏散。

(2) 随着电梯设备和消防系统的发展, 高层建筑利用电梯疏散是可行的。

(3) 紧急情况下, 有条件地利用电梯进行疏散可以很大程度上提高疏散效率, 而且为行动不便的人群快速安全撤离提供方便。

(4) 高层建筑疏散中, 所有人员在第一时刻同时涌向楼梯并非最快最安全的疏散方式, 应该合理规划人员的等待时间和疏散路径。

参考文献

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电梯疏散 篇3

随着我国社会经济的飞速发展,城市化进程大大加快,高层建筑已成为城市发展的一种必然选择,随之而来的是一系列的火灾隐患和安全问题,高层建筑(包括超高层建筑)火灾的防治也面临着更大的压力。一旦高层建筑发生火灾,火势蔓延迅速、人员疏散困难,火灾中的人员疏散成为一大难题。特别是近些年来,重特大火灾时有发生,2010年11月15日,上海市静安区胶州路一栋28层公寓大楼发生火灾,造成58人死亡、70余人受伤、百余户居民无家可归的重大灾情,瞬间使高层建筑火灾成为社会关心注目的焦点[1]。尽管近些年来全国消防部门加大了对高层建筑的防火管理力度,但高层建筑火灾的形势依然严峻[1,2,3,4],高层建筑疏散已成为消防研究的一个热点[5,6,7,8,9,10,11,12,13]。目前,高层建筑利用楼梯进行疏散已不能满足火灾情况下保障人们安全的需要,而利用电梯则具有疏散路程短、运送时间少以及体能损耗低等优点,对于高层建筑、尤其是超高层建筑中人员的疏散具有重要的意义,同时也为解决高层建筑疏散难题提供了一种积极的探讨方案。

基于此,本文在总结前人楼梯与电梯疏散研究成果[9,10]的基础上,提出了一种楼、电梯疏散模型,给出了电梯的两种运行方案,模拟讨论了两种方案的疏散效果,计算得出了最佳的疏散模式,并进一步研究了电梯运行速度对疏散的影响。

1 楼、电梯疏散模型的建立

电梯是随着高层建筑而发展起来的一种垂直运输工具。众所周知,由于火灾时电梯的使用存在一定的风险,有可能酿成更大的伤亡;因此,电梯不是作为在着火情况下进行安全疏散的工具而设计的,着火时应当使用楼梯进行安全疏散。但是任何事物都不是一成不变的,随着社会的进步、高层建筑的大量出现,同时随着电梯性能的改进,电梯火灾情况下的使用具备了一定的可行性。事实上火灾中只要电梯能够正常运行,一部分人就会利用电梯疏散,这是应该被承认的事实,而且已经有诸多利用电梯进行疏散的成功案例。另一方面电梯用来疏散又有其自身的优势,主要有以下几条:(1)电梯是人们常用的交通工具,火灾时人们会习惯性地将其作为首选的逃生工具;(2)楼梯疏散的空间距离长,高层建筑使用楼梯耗费巨大的体力,时间长;(3)特殊人群(如老、弱、病、残)利用电梯逃生是他们的最佳选择。当然这些是使用电梯进行疏散有利的一面;另一方面,使用电梯疏散人群还有许多问题需要考虑和准备,需要进一步完善电梯自身的消防性能,并制定合理有效的使用方案,这有待于进一步的研究和完善。

1.1 普通电梯用于疏散的基本条件

1.1.1 电梯运行的可靠性与火灾发展阶段的关系

火灾的发展过程分为3个阶段:初起阶段,全面发展阶段,熄灭阶段。在初起阶段,火灾燃烧范围不大,仅限于起火点附近,火灾发展速度较慢,对整个建筑的影响较小。因此该阶段是灭火的最有利时机,更是电梯疏散人群最为可靠的一个时期。而其它两个发展阶段由于火势大、影响范围广,电梯在运行时则存在很大的风险。

1.1.2 电梯前室报警系统

普通电梯不具有防火、防烟功能,为使电梯在使用时不受烟气与高温的侵害,在电梯前室应设有防火门和防烟卷帘等,来阻挡烟气向电梯井的扩散。同时应在电梯前室安装消防报警器进行烟气预警,从而更好的保障电梯的正常运行条件。除此之外还可以采用正压通风的方式减少烟气入侵[11,12]。

1.1.3 火灾时电梯的运行规则

火灾时电梯的运行应区别于平时电梯的运行模式,须采用新的停靠规则实现最为有效的疏散效果[13]。电梯的一般运行模式是:根据各层人员的信号输入可在任意层停靠,若满载则不再停靠;电梯在任意层停靠必然会大大降低紧急情况下疏散效率,极大地延长了电梯的运行时间。因此,必须采取一种紧急情况下适用的特殊停靠模式来提高输送效率,为此经研究分析给出了以下两种停靠方案。方案一:电梯停靠较高的某一层,此楼层以上所有人员使用电梯疏散,当使用电梯的疏散时间与此楼层以下人员使用楼梯的疏散时间基本相等时疏散效率达到最高,此时用时最短;方案二:鉴于六层以下的民用建筑可以不设电梯的规定,日常生活中六层以下的人更习惯于使用楼梯,而以上楼层则更多使用电梯;基于此,选择七层以上楼层按一定人员比例选择使用电梯,剩余人员仍使用楼梯疏散,若某一层剩余人员不足以装满电梯则停靠下一层,本层剩余人员自动转到下一次层疏散。两种运行模式电梯上行时中间均不停靠。很明显上述两种模式均可有效的降低电梯因任意停靠而造成的时间损失,具备更好的疏散效率,本文将对这两种运行方案进行讨论分析。

1.2 楼、电梯疏散时间的计算

1.2.1 楼梯疏散模型计算公式

综合借鉴Melinek和Booth及Pauls等研究的经验公式[14,15],确立楼梯疏散模型。简化后的高层建筑疏散时间主要包括以下几个部分:出房间(t1),经走廊到楼梯前厅(t2),从楼梯前厅进入楼梯疏散至首层安全地带(t3)。

出房间时间(t1):发生火灾后,房内人员的第一反应就是走出房间,即从房间最远处到房门口所需时间,房内人少时取0.25min,人较多时取0.7min,本文选取t1=0.5 min。

经走廊到楼梯前厅(t2):这段时间的大小主要由最远处的人到楼梯前厅的距离Lmax和行走v速度决定,即:

关于从楼梯前厅进入楼梯疏散至首层安全地带(t3)的时间参考了Melinek和Booth的研究成果[14]。由Melinek和Booth提出的人员疏散经验公式主要用来计算高层建筑的垂直疏散时间。公式中考虑了两个不同的情况:(1)人口密度较低的建筑物中,两层楼之间的穿行时间大于同一层楼上的所有人进入出口的人流时间;(2)人口密度较高的建筑物中,人员从同一楼层进入出口的人流时间大于楼层间的穿行时间。将高层建筑视为简易模型,并假设所有建筑物中待疏散人员均等候在出口楼梯处,然后开始疏散,离开首层的人并不会降低从上面楼层下来的人流速度。Melinek和Booth的经验公式中安全疏散时间由人流时间和穿行时间两部分组成,其中人流时间表示人群经过楼梯的排队时间,而穿行时间则是指人员穿过楼梯的时间。完整的经验公式如下式所示:

公式右边第一项为人流时间,第二项为楼体中的穿行时间。式中:tr为r层及以上楼层人员的最短疏散运动时间,Ni为第i层上的人数,Wr为第r-1层和第r层之间的楼梯间的宽度;C为下楼梯时单位宽度的人流速率(即楼梯的通行速率),ts为行动不受阻的人群下一层楼梯的时间,通常设为16s[16]。公式(2)给出了tr(r=1-n)的n个值,就整幢建筑物而言,最短疏散运动时间t3等于这些tr中的最大值;因此,从楼梯前厅进入楼梯疏散至首层安全地带(t3)可表示为:

楼梯总的疏散时间为以上三部分之和,为:

1.2.2 电梯疏散模型计算公式

利用电梯进行疏散的想法是Klote首先提出的。用一组电梯疏散楼内大批人员的时间包括所有电梯往返时间的总和加上需要启动电梯疏散的时间以及从电梯门廊到外面或另一安全地点的时间[9]。电梯往返开始于释放层,往返时间ter:

式中:tT指电梯单程运行所用的时间(S为首层到释放层间的垂直距离,v为电梯运行的平均速度),ts指电梯两次开关门时间、人员进入和离开电梯时间的总和,考虑到移送过程中消防人员需要运送装备等因素,在此添加一个系数μ表示消防电梯用于疏散的效率,计算时取值为0.5,则往返一次的ts可以表示为:

式中:ti、tu分别是人员进入、退出电梯所用的时间,电梯门开和关所需要时间用tdw表示,假设N0个人进入电梯所需的时间表示为:

式中,t0指一个人进入电梯所用的平均时间,取值0.5 s。Ndw是停止时间内进入电梯的人数。

2 高层建筑楼、电梯疏散模型的模拟分析

选择一幢教学办公两用的高层建筑研究,内有电梯两部,总层数为16,每一层楼梯的入口宽度均为1.08m,楼梯上人员出口的平均流量为C=1.5人/(m·s-1),电梯荷载容量为15人,电梯运行的平均速度取3m/s;根据楼内的具体使用情况,一层为大厅和实验室,二楼到九楼为办公室和教室,十层以上为办公室,假定第1层人数为100、第2到9层人数各为400、10到16层人数各为150;设疏散开始时电梯均在底层。下面便对电梯的两种运行方案对应的疏散效果进行模拟分析。

2.1 电梯停靠在特定楼层疏散楼上所有人员

根据电梯和楼梯的运行规则和计算公式,对方案一利用matlab软件编程模拟了停靠层从第2层到第16层的疏散时间随停靠层的变化关系曲线,如图1所示(横坐标k表示电梯选择的停靠层)。由图可以发现,楼梯的疏散时间随停靠楼层的增加而增大,电梯随停靠楼层增加而减小,原因很简单:停靠层的增加导致用楼梯疏散的人数增多,电梯疏散人数减少。而电梯疏散时间曲线在10层出现偏折现象则主要由于楼层人数的突变造成。进一步可以发现两条曲线有一个交点,基本对应于11层的位置,这说明当电梯选择停靠在11层,疏散11层以上的所有人群时,楼梯与电梯的疏散时间基本一致,此时楼、电梯疏散模型的疏散效率最高,计算可知疏散时间为1219s,占疏散总人数的21.2%。因此,若采用此种方案,本高层建筑的楼、电梯分界点为11层。

2.2 电梯在7层以上每层按相同比例使用电梯疏散

鉴于六层以下的民用建筑可以不设电梯的规定,日常生活中六层以下的人相对习惯于使用楼梯,而以上楼层正常情况下则更多地选择使用电梯;基于此,火灾时电梯运行的第二种方案为:六层及以下的人只能选择楼梯疏散,而七层以上的人则会按一定比例选择乘坐电梯,剩余人员也选择楼梯。通过对模型的模拟计算得出了七层以上的人群选择乘坐电梯疏散的比例值对疏散的影响。图2为楼、电梯的疏散时间与人员选择电梯的比例之间的关系曲线图,图中横坐标R为七层以上选择乘坐电梯的人员比例值。由图可以看出当选择电梯比例达到50.5%时,楼梯和电梯疏散时间相等,为1051s,此时电梯疏散人数占总人数的27.4%。从计算得到的总的疏散时间来看,疏散过程基本处于火灾发生的初始阶段,这进一步保障了电梯的正常运行。进一步研究表明,建筑总层数变化时电梯选择的最低停靠层也应相应的随之变化。

通过对以上两种方法对比显示第二种运行方案的疏散效率相对较高,但就实际疏散而言由于第一种方案简单易行,更有利于具体操作,更易推广应用,第二种因为涉及到人员的分流问题难以精确控制和保障,所以具体选择哪一种模式需根据实际情况分析。除此之外,方案二的具体疏散效果还与楼梯的人员分布和人在楼梯的运动快慢有直接关系,若改变这些因素结论会有相应的变化;若需进一步精确计算可建立一个与人的密度有关的疏散模型,这也有待于进一步研究。

2.3 电梯运行速度对疏散效果的影响

电梯的运行速度对疏散有明显的影响,速度越快则电梯的疏散效果越好;因此,尽量选用高速电梯疏散人群。图3、图4的模拟计算选择电梯的平均速度为5m/s,其中图3是方案一的楼、电梯疏散时间曲线,图4是方案二的楼、电梯疏散时间曲线。由图3可知,电梯能够疏散10层以上的所用人员,高层建筑总的疏散时间为1060s;由图4可知,当7层以上各楼层人员的60%使用电梯疏散时效率最高,总的疏散时间为967s;相比平均速度取3m/s时均缩短了疏散时间。

现实生活中,电梯疏散高层建筑的较高层内的人群,能够大大降低疏散人员的危险系数。众所周知身处高层的疏散人员经受着体力、火灾烟气、心理上的更大考验;因此,利用电梯疏散高层的人员可有效减少意外、不可预测的危险,更好地保护群众的生命安全。

3 结论

(1)通过建立楼、电梯疏散模型,给出了电梯的两种运行方案,运行方案一:电梯停靠较高的某一层,此楼层以上所有人员使用电梯疏散,当使用电梯的疏散时间与此楼层以下的人员使用楼梯的时间基本相等时疏散效率最高,用时最短;运行方案二:选择七层以上楼层按一定人员比例选择使用电梯,剩余人员仍使用楼梯疏散,若某一层剩余人员不足以装满电梯则停靠下一层,本层剩余人员自动转到下一次层疏散。

(2)两种运行模式均解决了普通情况下电梯任意停靠所造成的时间浪费、减缓疏散的现象,都能有效地提高高层建筑的疏散效率,大大减少了疏散时间;计算结果为,运行方案一中电梯疏散人群占总楼电梯疏散总人数的21.2%,总的疏散时间1219s,运行方案二电梯疏散人数占27.4%,总的时间为1051s。从结果上看运行模式二的疏散效率相对更佳、更显著,但从实际情况来看方案一更有利于实际的应用操作。

(3)电梯的速度对疏散有明显的影响,最好选用高速电梯进行疏散,可提高疏散效率。

摘要：通过分析目前楼、电梯疏散的研究成果,提出了新的楼、电梯疏散模型,给出了两种具有可行性的电梯运行方案:(1)电梯停靠某一层完全疏散此层及以上所有人员,此层以下人员使用楼梯疏散;(2)7层以上的各层按一定比例选择使用电梯疏散,剩余人员选用楼梯疏散。进一步阐述了楼、电梯疏散时间的计算公式。通过对新提出的楼、电梯疏散模型的模拟计算可知:两种运行方案均可有效地降低总的疏散时间,相比之下第二种运行方案疏散效果更佳,但考虑到实际情况第一种方案可操作性更强。最后讨论了电梯速度对疏散的影响,得出疏散时最好选用运行速度较高的电梯,可提高疏散效率。

电梯疏散 篇4

关键词：自动板式电梯,安全疏散,要素

1 对业界“电梯作为疏散通道”共识的基本评估

建筑的安全设防, 尤其是公共建筑的安全设防是一个复杂的系统工程, 设计出舒适、节能、充分体现安全科学的建筑工程非常重要。随着经济社会的发展和科学技术的突飞猛进, 功能复杂的大体量公共建筑在城市中星罗棋布, 给建筑消防设计带来前所未有的挑战, 建筑消防设防在建筑投入成本中的比例不断增高。依相关数据, 目前国内公共建筑用于人员通行和安全疏散的建筑面积与楼层总面积之比已经高达15%, 而常年处于备用闲置状态的安全疏散面积达到10%, 也就是说, 仅仅疏散楼梯通道的造价就是建筑总价的10%, 这与人类业已达成的可持续发展共识相背离, 从一定程度上造成了资源浪费。这一现象在进入新千年之后, 引起建筑界和消防界的广泛关注, 专家、学者、从业者纷纷发表文论进行探讨, 就GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》中“电梯不能作为疏散通道”强制条款的废存展开激烈论战, 并就消防设计建规修订进行建言献策, 其广度和深度在消防领域前所未有。通过近年来的广泛讨论, 尽管目前“电梯可以作为疏散通道”的条款仍然没有进入国家相关消防技术规范文本, 但建筑、消防两界人员已基本达成共识———电梯原则上可以作为疏散通道使用, 起码可以作为辅助性疏散通道设计, 所以修订原来的规范只是时间问题。

2 目前公共建筑安全疏散通道设计的困惑

由于商业模式和城市用地价格的双重驱动, 目前超规模大体量公共建筑如雨后春笋般快速生长在大中城市, 而与建筑规模成正比的安全疏散功能建设成本呈n倍增长趋势, 安全疏散功能费用在建筑成本中居高不下, 同时也给城市景观建设和单体建筑艺术的展露制造诸多瓶颈。一栋5层高度、单层面积20 000 m2的建筑, 按照现行建筑消防规范计算, 单层安全疏散总宽度需要60 000 mm之多。也就是说如果每座楼梯间梯段净宽2 m, 这栋100 000 m2的建筑周围要布置30座楼梯间, 而相邻两座楼梯间的间距仅仅16m。如果改为4层建筑, 单层面积4 000 m2, 楼梯间仍然在建筑周边布置, 那么相邻两座楼梯间的间距就不足9 m。如此密度的疏散设施, 成本之高, 使用频率之低早为设计、建设、消防等方方面面人员所诟病。随着建筑人性化设计理念的普及应用, 兼备实用、美观功能的自动板式电梯交通设施在商场、候车室、候机厅、会展中心等人员比较密集的多层公共建筑中基本普及, 已为广大人民群众所接受, 并成为建筑物中的一道亮丽风景线。但依据先行的消防建筑法规, 这种方便、快捷、实用的建筑内部交通设施, 却不能用作紧急事态情况下的安全疏散, 成为节能、可持续发展理念在建筑科学领域中的一个硬伤。

3“电梯作为疏散通道”入规的系统性操作逻辑

然而“电梯作为疏散通道”条款真正入规的道路还有很长, 因为要完成这种战略性颠覆, 仅仅具备宏观逻辑思考是远远不够的, 至今缺少的还是入规的技术性层面上科学严密的系统性操作实用逻辑文本。同时这种颠覆性的技术条款修订必须审慎慢行, 需要选择急需的、与广大民众生活密切相关的行业公共建筑项目先行一步, 待操作层面完善之后再行大面积修规推广。毋容置疑, 这些场所非商场、超市、会展等商业建筑莫属。

建筑电梯分为两类:一类是在电梯井上、下封闭运行的垂直电梯, 一类是敞开运行的自动板式电梯。自动板式电梯是一种安装在大型公共建筑物楼层间的活动扶梯, 实质上是一台倾斜安装单向运人的板式输送机, 它包含自动扶梯和自动人行道两类手扶子电梯。实践告诉我们, 敞开式自动板式电梯在承担安全疏散功能上要优于封闭式电梯。需要说明的是, 为了论证叙述精准, 依据循序渐进的既定原则, 本文仅对此类场所的“自动板式电梯可以作为疏散通道”的要素进行梳理论述。

3.1“自动板式电梯可以作为疏散通道”的设计思想原则

以建筑防灾规划制定和实施为先导, 以建筑功能设施抗灾设防科学监管为主线, 以应急疏散基础设施综合利用为重点, 以建筑防灾减灾相关法律法规、标准体系为依据, 以防灾减灾技术进步为支撑, 进一步完善建筑消防设防减灾管理体系, 坚持以人为本、预防为主、平灾结合, 做到防灾常态管理与灾时应急管理并重, 统筹考虑空间管理与过程管理, 最大限度地提高建筑自身功能性消防抗灾能力, 使建筑经济性、安全性、艺术性、科学性相统一。

在目前国家消防科研机构和院校相关研究课题成果没有得到认证验收的情况下, 自动板式电梯在安全疏散方面的功能应该基本界定在潜在功能和辅助作用上。同时在有关自动板式电梯定量方面可以做一些原则规定, 可采取折减楼梯疏散宽度的做法, 其折减的幅度, 可视扶梯的多少、宽窄而定, 但最大折减系数不宜超过楼梯计算疏散总宽度的15%~20%。

3.2“自动板式电梯可以作为疏散通道”的设计板块

根据自动板式电梯在应急疏散中的实际应用功能, 设计构思过程中要按照以下板块划分, 重点进行谋划设防。

1) 自动板式电梯可以作为疏散通道的建筑消防保护环境: (1) 建筑具备消防自动报警、自动喷淋、机械防排烟、消防智能联动、事故广播功能; (2) 固定封闭式自动板式电梯间; (3) 设有烟感温感自动控制装置的防火卷帘封闭式自动板式电梯; (4) 跨层建筑总面积在同一个防火分区的敞开式自动板式电梯。

2) 自动板式电梯可以作为疏散通道的建筑电力消防负荷要求: (1) 具备消防技术规范要求达到的电力消防负荷等级, 并配备应急电源; (2) 建筑空间应急照明、疏散逃生指示完备; (3) 按照消防技术规范要求, 建筑内部电气安装敷设规范, 防护到位。

3) 自动板式电梯可以作为疏散通道完全计入疏散通道宽度的条件: (1) 设有固定封闭防烟平行式自动板式电梯间, 可以控制上下走向, 且楼层电梯间局部设有甲级防火门, 底层设有扩大防烟区域且直通室外; (2) 跨层建筑总面积在同一个防火分区的敞开式自动板式电梯, 包括平行式和交叉式两种自动板式电梯; (3) 符合以上条件, 且自动板式电梯的单独梯段净宽度不小于1 000 mm; (4) 中庭自动板式电梯四周设有烟感温感自动控制防火卷帘装置, 且出入口处设置有与烟感温感能够联动的风幕防烟设施。

4) 自动板式电梯作为疏散通道, 除自身安全设计要严格按照国家包括消防在内的相关技术法规实施外, 还必须制订科学的电梯空间安全设计深度: (1) 光源设计要尽量采用自然光线, 这样在人员疏散时, 即使有烟气或是人工光源失效时, 也可看清逃生路线;采用人工光源时应保证照度均匀, 并考虑对烟雾的穿透能力;保证踏步口、扶手、楼梯的警戒线的可见度, 即使在浓烟无光的情况下也可以正常安全疏散; (2) 自动板式电梯的驱动装置应有逆止或制动机构, 以便在断电时能作为普通扶梯使用;自动扶梯踏步的高度与宽度要与正常楼梯踏步尺寸相吻合, 不宜过高或过宽; (3) 自动板式电梯摆放形式要以平行式为主, 这样可以增加疏散人员容量, 提高疏散速度; (4) 目前商业建筑中都采用大量地面疏散图形标识, 而大量的救援实践表明, 火灾中逃生的最佳、最成功的时间往往在灾害发生的最初时间, 所以在设计好一般性标志的同时, 有针对性地强化安全出口、电梯方向指示标识设计至关重要, 标志与环境背景要对比鲜明, 提高标志在疏散中的引领性, 标志悬挂安放的位置要符合人的行为习惯、简明易懂、识别性强。

4 结语

综上所述, 一个完整的电梯紧急疏散系统必须能够保证乘客和电梯本身在建筑内发生火灾时避免受高温、火焰、烟气、水渍, 以及电源损失等因素的影响。要保证建筑电梯完全成为人们逃生的快速应急疏散通道, 必须对电梯疏散系统的设计、安装和使用进行一系列的反复的长期的风险分析评估实验, 消除其中的不安全因素, 提出更加科学合理的减灾对策。

参考文献

[1]住房城乡建设部.城乡建设防灾减灾“十二五”规划[S].

[2]金肖.关于高层建筑消防救援中电梯疏散的可行性分析[N].中国消防在线, 2013-05-14.

[3]GBJ16-1987建筑设计防火规范[S].

[4]GB50016-2014高层民用建筑设计防火规范[S].