一種新型高樓救援逃生裝置的研究

張海馨+楊有松

摘 要：針對(duì)20層以上的高樓救援和逃生問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套專用的應(yīng)急逃生和救援機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)采用自行設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)、控制等裝置，在高樓頂部平臺(tái)安裝、布設(shè)了一套應(yīng)急可控升降系統(tǒng)。當(dāng)高樓失火時(shí)，其會(huì)自動(dòng)展開工作，達(dá)到快速救援的目的。

關(guān)鍵詞：救生艙；連桿機(jī)構(gòu)；控制器；應(yīng)急可控升降系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH133.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.078

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市里的高層建筑越來(lái)越多，一旦發(fā)生火災(zāi)，救援和逃生問(wèn)題則非常棘手?，F(xiàn)有的火災(zāi)救援設(shè)備主要存在以下2個(gè)問(wèn)題：①高度制約。從救援的角度看，消防人員難以通過(guò)現(xiàn)有裝備到達(dá)50 m以上的高度實(shí)施救援。②現(xiàn)有設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性差。目前，國(guó)內(nèi)擁有簡(jiǎn)易的繩降高空緩降裝置，因?yàn)樘由呤褂迷撗b置受多種客觀因素的限制，比如下降時(shí)自轉(zhuǎn)、操縱困難，或者因?yàn)樾睦锞o張、風(fēng)速大等因素，導(dǎo)致逃生者使用失敗。此外，老幼病殘等行動(dòng)不便者也難以使用現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備?，F(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本系統(tǒng)針對(duì)高樓失火后的救援和逃生問(wèn)題提出了一套切實(shí)可行、安全、可靠的解決方案，以提高火災(zāi)救援的及時(shí)性和安全性。針對(duì)20層以上的高樓救援和逃生問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套應(yīng)急逃生和救援系統(tǒng)，即高樓救援與逃生系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。高樓援救逃生系統(tǒng)主要是由中央處理器、煙霧探測(cè)傳感器、火災(zāi)報(bào)警器、復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制模塊、延時(shí)控制器和折疊式救生艙模塊構(gòu)成，煙霧探測(cè)傳感器、火災(zāi)報(bào)警器、復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制模塊均與中央處理器通信連接，折疊式救生艙模塊通過(guò)延時(shí)控制器與中央處理器通信連接。該系統(tǒng)采用自行設(shè)計(jì)的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制模塊、救生艙運(yùn)動(dòng)控制模塊，并于高樓頂部平臺(tái)安裝、布設(shè)一套應(yīng)急可控的升降系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在高樓失火等突發(fā)災(zāi)難中通過(guò)簡(jiǎn)易控制隨時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)，開始工作，使高樓失火后的緊急救援和人員疏散逃生成為可能，并能將相關(guān)人員安全、穩(wěn)定、迅速地運(yùn)至所需位置。

2 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有三角架支撐的復(fù)合平行四邊形機(jī)構(gòu)，通過(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)控制其收放運(yùn)動(dòng)，并用三角架來(lái)限制該機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)角度，以起到支撐的作用，具體如圖2所示。該機(jī)構(gòu)在選材上采用了鋼架結(jié)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)既堅(jiān)固又平穩(wěn)。該機(jī)構(gòu)采用直線控制器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)具有正反雙向控制功能，并能很大的范圍內(nèi)調(diào)整機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度。

3 救生艙運(yùn)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用具有折疊功能的救生艙，艙的側(cè)面采用了柔性的防火材料，上下底板采用堅(jiān)固的防火材料制作，可在需要的時(shí)候?qū)⑴擉w迅速展開和折疊起來(lái)。采用脈沖控制器（MTPG-5E2N）控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)樓層的精確定位，通過(guò)繞線器實(shí)現(xiàn)升降。繞線器采用帶有軸承的金屬結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)排線功能，并且可以合理分布4根鋼索。

4 機(jī)構(gòu)的安裝

本機(jī)構(gòu)具有很好的隱蔽性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以救人，而且平常又不影響高樓的外觀。該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自由收放，即平時(shí)連桿機(jī)構(gòu)置于樓的內(nèi)側(cè)，當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)向樓的外側(cè)擺動(dòng)60°，救生艙正好置于樓的外側(cè)，從而建立起一個(gè)應(yīng)急升降平臺(tái)，具體如圖3所示。

該高樓救援系統(tǒng)巧妙地采用了樓頂布設(shè)方案，構(gòu)思新穎，解決了救火過(guò)程中攀高的難題。另外，應(yīng)用該方案后，救援與逃生工作基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，報(bào)警后只要接通電源即可展開救援行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化控制，而且系統(tǒng)傳動(dòng)簡(jiǎn)單、靈活。同時(shí)，合理使用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了救生艙位移的精確控制，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、牢固，承載能力強(qiáng)，展開、收起自如，速度調(diào)節(jié)靈活。而充分運(yùn)用鋼索的數(shù)量進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，尤其是采用可折疊和防火材料制作的救生艙，能夠保證工作的安全性、快速性和準(zhǔn)確性，大大提升了救援速度。在實(shí)施救援的過(guò)程中，該系統(tǒng)的救援人數(shù)可以達(dá)到每小時(shí)100人以上。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)已于2015-02取得國(guó)家專利局頒發(fā)的“實(shí)用新型專利證書”，專利號(hào)位ZL2014 2 0597626.0，證書號(hào)是第4128058，由長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院擁有專利所有權(quán)，筆者為發(fā)明人之一。目前，該項(xiàng)目正在申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利，并已獲授權(quán)書。

在研制該系統(tǒng)的過(guò)程中，采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，因此，它一旦研制成功并應(yīng)用于高層建筑，具有很好的應(yīng)用前景和較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。該系統(tǒng)無(wú)論從功能上、效率上，還是從安全性等方面，均可完全替代現(xiàn)有的高空緩降器，可以實(shí)現(xiàn)救援逃生等多種功能，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

〔編輯：白潔〕