針對某高層辦公區(qū)　不同形式逃生樓梯疏散研究

王俊　何璇　李振東

近年來，辦公空間模式發(fā)展迅速，辦公區(qū)是員工盡職盡責(zé)，團結(jié)協(xié)作積極開展工作的最佳平臺。由此，為員工提供一個安全的環(huán)境尤為重要，火災(zāi)是高層建筑類一種主要災(zāi)害，一旦突發(fā)緊急火災(zāi)，極易造成人員重大傷亡，而高層辦公區(qū)中樓梯作為疏散單元中極其重要的一個因素，對人員整體逃生時間、人員能否安全有序撤離火災(zāi)現(xiàn)場起重要作用。

據(jù)國內(nèi)外研究，胡傳平等人選取某高層住宅火災(zāi)為研究案例，采用電梯疏散ELVAC模型和樓梯疏散SIMULEX模型，分析了電梯數(shù)量、人員分布等對電梯疏散的影響。宋文華等人結(jié)合火災(zāi)發(fā)展的規(guī)律、火災(zāi)初期電梯疏散的原理，建立了高層建筑在火災(zāi)初期利用電梯進行人員疏散的模型。楊海明、趙道亮等人運用Building EXODUS從不同建筑高度、不同人群密度、不同人員類型3個方面，運用樓梯模式、A型Shuttle Floor模式、B型Shuttle Floor模式、Sky lobby模式4中模式進行模擬，提出每種情況的最優(yōu)疏散策略。李建霖等人借助軟件FDS及軟件Pathfinder研究高層住宅突發(fā)火災(zāi)時人員多類逃生方案。大多數(shù)研究應(yīng)用傳統(tǒng)樓梯逃生方式的學(xué)者未在樓梯多樣化方面展開探討，而突發(fā)火災(zāi)時因電路方面引起的電梯能否正常運行的不確定性較大。于是模擬進行該高層辦公區(qū)疏散時不采取電梯逃生方式，以減少不確定性傷亡。

安全人機工程學(xué)指出，從根源上解決安全隱患是最保障的。須制定突發(fā)事故時人員的安全逃生方案，培養(yǎng)人員的安全意識，另外通過安全人機工程學(xué)設(shè)計出最適合人員緊急疏散的樓梯寬度，并應(yīng)用到辦公區(qū)計算機模型上，從而對比使用三種不同樓梯設(shè)計所需逃生時間，樓梯間、樓梯口的人員密度，直觀的勘測人員逃生實時狀況。

利用安全人機工程設(shè)計最佳逃生樓梯寬度，制定Pathfinder模擬中人員逃生相應(yīng)數(shù)據(jù)

安全人機工程指出，設(shè)置安全功能距離H2，設(shè)定人流股數(shù)n，根據(jù)國標(biāo)GB10000-88公布的肩寬分布可求出符合安全人機工程的樓梯寬度：

利用安全人機工程學(xué)設(shè)計樓梯寬度：

H=nH1+H2

由于男性肩寬普遍比女性肩寬更寬，所以我們?nèi)∧行约鐚捰嬎?。?jù)國標(biāo)GB10000-88公布的肩寬分布里18-55歲男性肩寬第99百分位數(shù)為415毫米，設(shè)置安全功能距離H2為2米，設(shè)定人流股數(shù)n為4，帶入公式求得H為3660毫米，故樓梯寬度設(shè)為3660毫米。

模擬辦公區(qū)共計12層，每層配有工作人員約60名，共720人。如圖1a、圖1b所示。圖1c為辦公區(qū)平面結(jié)構(gòu)圖，圖1d-f為部分樓梯區(qū)域人員疏散實時視圖。

設(shè)定年齡結(jié)構(gòu)在25-35之間，突發(fā)火災(zāi)人員逃離時初始逃生速率均為2.8米每秒。辦公區(qū)每層占地總面積9800平方米，其中員工工作區(qū)占地面積為3500平方米，每層均設(shè)有展示廳且占地1320平方米，會議室一間占地880平方米，每層有6間獨立辦公室，每間占地約209平方米，設(shè)有健身房占地880平方米，以及廁所、設(shè)備準(zhǔn)備間、檢修房等如圖1b圖所示。一樓設(shè)有三扇逃生出口，正門寬6米，兩后門寬5米。

利用軟件Pathfinder分別對該辦公區(qū)不同樓梯設(shè)計方式進行模擬火災(zāi)逃生

1.Pathfinder是基于人員疏散的計算機仿真模擬器，專門提供高性能可視化3D實時動畫模擬，可透明化地清楚顯示人員在房間、樓道、樓梯間的疏散情況。建立該高層辦公區(qū)通過樓梯逃生的三種不同模型：A型樓梯，特點：二匯一雙流式，未配備緊急逃生通道，如下圖2a圖所示。B1型樓梯，特點：單流式.未啟用緊急逃生通道，如下圖2b圖所示。B2型樓梯，特點：單流式，啟用緊急逃生通道，如下圖2c圖所示。其中B1型樓梯與B2型樓梯均采用單流式逃生樓梯，而B1型樓梯未啟用緊急逃生通道，B2型樓梯的樓梯面積與A型樓梯的樓梯面積相等。

2.接下來對比兩種類型的相應(yīng)數(shù)據(jù)，分析兩種類型的逃生數(shù)據(jù)。通過模擬發(fā)現(xiàn)使用A型樓梯逃生總共耗時195.5秒，使用B1型樓梯逃生總共耗時200.0秒，而使用B2型樓梯逃生總共耗時185.0秒。通過對比可知利用B2型樓梯逃生，逃生總耗時比使用A型樓梯逃生快9.5秒，比使用B1型樓梯逃生快15秒?？梢娎肂2型樓梯逃生可更迅速的逃離火災(zāi)現(xiàn)場，減小了人員的傷亡，提高了人員安全逃生幾率。

3.通過疏散時樓梯人員流動的通暢情況可以更直面的分析人員逃生狀況。如圖3a圖所示為使用A型樓梯逃生過程中途人員流動實時狀態(tài)，可以直觀的發(fā)現(xiàn)在樓梯的轉(zhuǎn)角處，人員逃生時由于空間狹小出現(xiàn)人員擁堵排隊疏散現(xiàn)象，僅少量人員疏散時活動空間充裕。

如圖3b圖所示為使用B1型樓梯逃生過程中與A型樓梯相同時間點樓梯人員實時流動狀態(tài)，圖中明顯可以看出逃生人員基本呈走路狀態(tài)，過于擁堵的樓梯已經(jīng)嚴(yán)重妨礙人員逃生。

如圖3c所示為使用B2型樓梯逃生，圖中人員逃生空間充裕，未出現(xiàn)明顯擁堵現(xiàn)象。

模擬對比發(fā)現(xiàn)，相對于A型樓梯和B1型樓梯，使用B2型樓梯逃生模型逃生，樓梯空間人員逃生時可活動區(qū)域更大，便于人員逃生。

4.不同的樓梯逃生類型速度熱圖也有著明顯的差異。由于初始速度設(shè)置值相同，但是人員逃生時速度可能因擁堵排隊而降低。下面分析三種類型下人員逃生的速度熱圖，通過速度熱圖分析人員流動時擁堵程度。

如下圖4a-c圖所示分別為使用A型樓梯、B1型樓梯、B2型樓梯人員的歸一化速度達(dá)峰值時的實時狀況圖，對比右側(cè)N.speed值觀察出人員使用A型樓梯時在樓梯區(qū)域逃生時Normalized.speed值僅達(dá)0.5-0.6之間，速度大小在1.4-1.6米每秒之間。使用B1型樓梯時在樓梯區(qū)域逃生時Normalized.speed值達(dá)0.6左右，速度大小在1.6米每秒左右。使用B2型樓梯在樓梯區(qū)域逃生時Normalized.speed值達(dá)0.6-0.7，速度大小在1.6-1.96米每秒之間。圖4d-f圖表示出口處人員的歸一化速度熱圖，圖中顯示三種類型樓梯在該區(qū)域的Normalized.speed值類似，均為0.8左右，速度大小約為2.24米每秒。

模擬結(jié)果表明：使用B2型樓梯逃生的人員，在樓梯區(qū)域逃生相對于使用A型樓梯和B1型樓梯的人員歸一化速度明顯較大，更接近于人員初始設(shè)定的逃生速度2.8米每秒，且人員逃生過程中相對使用A型樓梯和B1型樓梯的擁堵性更低。而在逃生出口附近的三種類型的逃生人員歸一化速度接近，皆在0.8左右，未出現(xiàn)人員擁堵排隊現(xiàn)象。

5.單位人員密度直接反映人員逃生過程的擁堵程度。經(jīng)模擬運行發(fā)現(xiàn)在使用A型樓梯模型時：如圖5a圖在時間約為30.6秒左右樓梯人員逃生時，單位人員密度達(dá)到峰值，此時明顯發(fā)現(xiàn)在樓梯拐角處單位人員密度達(dá)1.53occs/m2，，如圖5b圖為使用A型樓梯模型樓梯側(cè)面圖，圖中顯示樓梯逃生人員的單位人員密度基本保持在1.285occs/m2，。

使用B1型樓梯模型時：如圖5c圖所示在時間約為42.6秒左右樓梯人員逃生時單位人員密度達(dá)到峰值，圖5d圖為B1型樓梯模型側(cè)視圖，圖中明顯可以看出單位人員密度大部分居于1.53occs/m2，，—1.775occs/m2，，之間，單位人員密度較高。

而使用B2型樓梯模型時：如圖5e圖所示，整體來看人員在樓梯逃生過程中僅在部分拐角處單位人員密度達(dá)1.285occs/m2，，協(xié)同圖5f圖發(fā)現(xiàn)，逃生人員的單位人員密度基本保持在1.04occs/m2，以下。

模擬結(jié)果表明：在三種樓梯模型均達(dá)到單位人員密度峰值時，數(shù)據(jù)顯示使用A型樓梯模型時逃生人員的單位人員密度基本保持在1.285occs/m2，，使用B1型樓梯模型時，逃生人員的單位人員密度大部分居于1.53occs/m2，，—1.775occs/m2，，之間，使用B2型樓梯模型時逃生人員的單位人員密度基本保持在1.04occs/m2，以下。即相對于使用B1型、B2型樓梯模型，使用A型樓梯模型單位面積下逃生人員有更大的活動區(qū)域，人員擁堵性較低，便于更有序的撤離至安全區(qū)域。

模擬研究成果表明，相對于使用A型樓梯和B1型樓梯，使用B2型樓梯模型逃生的人員逃生過程人員擁堵性較低，并且在逃生總耗時上也相對較少。針對于傳統(tǒng)辦公區(qū)建筑樓梯窄、出口少的問題，模擬中將三種模型樓梯寬度以及門寬拓寬，以便增加逃生幾率，控制無關(guān)變量。模擬辦公區(qū)火災(zāi)可以幫助我們在火災(zāi)未發(fā)生之前做好預(yù)防措施，三種辦公區(qū)模型也可有效幫助我們在事故發(fā)生時規(guī)劃逃生，減少突遇火災(zāi)時的人員傷亡。