電梯疏散在高層建筑中的應(yīng)用

張 倓

（貴州裝備制造職業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 551400）

隨著城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的高層建筑被用于住宅和商業(yè)用途。迪拜塔為摩天大樓中最高的，高度達(dá)到828 m，世界上最高的住宅樓（總樓層的85%是住宅用途）共有98層，高度為470 m。這些高層建筑物中容納了很多人員，如果突然事故出現(xiàn)，傳統(tǒng)的疏散方法和策略并不適用于電梯疏散，人員的快速逃離和安全保障是極其的困難。因此，研究高層建筑電梯疏散問(wèn)題，探索有效的策略與應(yīng)對(duì)措施具有重要意義。文章通過(guò)調(diào)研和分析高層建筑電梯疏散相關(guān)的理論與實(shí)踐，結(jié)合模擬分析，為高層建筑電梯疏散的規(guī)劃和管理提供有價(jià)值的參考。

1 高層建筑電梯疏散中存在的困難和挑戰(zhàn)

1.1 人口老齡化和功能受限者

人口老齡化是一個(gè)全球現(xiàn)象，每個(gè)國(guó)家的老年人比例都在增加，特別是在亞太地區(qū)，在這30年內(nèi)會(huì)迅速增加。到2030年，世界上每六個(gè)人中就有一個(gè)超過(guò)60歲，預(yù)計(jì)這一群體將在2030年底增加到14億，并在2050年翻一番，達(dá)到21億，在高層住宅建筑中，由于老年人口的比例不斷增加，會(huì)進(jìn)一步增加高層建筑疏散的挑戰(zhàn)?；馂?zāi)死亡人數(shù)的增加，突出表明老年人的脆弱性?；加新约膊。ㄈ缧难芗膊?、中風(fēng)、糖尿病、癌癥、關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥和肥胖癥）的人群在生理功能上有限制，從而會(huì)影響安全疏散。有效的疏散應(yīng)考慮老年人和功能受限者的具體需求，如何提高設(shè)備設(shè)施的無(wú)障礙性，適應(yīng)好老齡化和尊重功能受限者，人群分布的變化給政策規(guī)范制定和設(shè)施管理帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

在這個(gè)老齡化和高度城市化的社會(huì)中，樓梯不可能為所有人提供逃離建筑物平等的機(jī)會(huì)，功能受限的人群在通過(guò)樓梯疏散時(shí)更難到達(dá)安全的地方。在高層建筑中使用電梯進(jìn)行疏散，可以幫助有功能限制的人，使得此類人群在事故發(fā)生時(shí)減少恐慌。

1.2 電梯本身安全隱患

一般的電梯在設(shè)計(jì)和材料選擇時(shí)就未考慮到火災(zāi)高溫等極惡劣服役條件的安全保障需求。電梯可分為八大系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)、轎廂、導(dǎo)向系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、門(mén)系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)，當(dāng)這八大系統(tǒng)遭受高溫沖擊時(shí)，可靠性都會(huì)受到破壞。電梯轎廂在遭受火災(zāi)高溫襲擊時(shí)可能變形，甚至失去控制，層門(mén)和廳門(mén)可能無(wú)法正常開(kāi)啟。導(dǎo)向系統(tǒng)在高溫后移位、彎曲甚至扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致轎廂或?qū)χ夭荒苷４怪币苿?dòng)。火災(zāi)可能導(dǎo)致電氣設(shè)備、線路損壞和安全保護(hù)系統(tǒng)毀壞，使電梯癱瘓威脅到電梯內(nèi)的人員生命，并給消防人員進(jìn)行救援帶來(lái)極大困難。此外，電梯使用的電纜絕緣層在高溫下容易分解釋放有毒有害氣體，對(duì)轎廂內(nèi)的疏散人員可能造成致命危險(xiǎn)。這些安全隱患使得在火災(zāi)中使用電梯疏散存在困難。

1.3 煙囪效應(yīng)

電梯的煙囪效應(yīng)是因?yàn)殡娞菥劳鉁囟鹊陀诰纼?nèi)溫度時(shí)，空氣會(huì)沿著井道向上流動(dòng)，室外的冷空氣由門(mén)窗和廳門(mén)進(jìn)行井道內(nèi)，與井道內(nèi)的熱空氣形成對(duì)流，形成明顯的氣壓差。高層建筑中，熱量和煙霧會(huì)加速井道內(nèi)的煙囪效應(yīng)，氣壓差增大，容易引起開(kāi)關(guān)門(mén)故障、亂流導(dǎo)致轎廂搖晃和部件機(jī)構(gòu)震動(dòng)異響，外部新鮮空氣大量涌入火源中，導(dǎo)致煙霧和熱氣快速傳播到其他樓層中，因此高層建筑中火勢(shì)蔓延的速度相比低樓層更急速。

轎廂上下部都設(shè)置有通風(fēng)孔和安全窗，防止乘客窒息，確保轎廂內(nèi)部有效通風(fēng)，大多數(shù)電梯還配備了風(fēng)扇確保正常通風(fēng)。然而，這些通風(fēng)設(shè)施也為煙氣蔓延提供了途徑，對(duì)轎廂內(nèi)的人員構(gòu)成極大威脅。電梯運(yùn)行會(huì)使電梯井防煙功能失效，電梯上下運(yùn)載和轎廂門(mén)的開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延。電梯疏散時(shí)層門(mén)的打開(kāi)會(huì)為火災(zāi)提供氧氣，同時(shí)也為火勢(shì)和煙氣蔓延提供通道。

1.4 電梯供電保障

在高層建筑火災(zāi)情況下，電梯的供電電纜很容易遭到燒毀破壞，導(dǎo)致電力拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。人為切斷電梯的供電電源和消防滅火水進(jìn)入電梯系統(tǒng)中也會(huì)導(dǎo)致供電的中斷。這些情況的出現(xiàn)會(huì)讓電梯無(wú)法用于人員疏散，而且突然停電很可能導(dǎo)致人員被困，由于高層建筑人員密集，火災(zāi)情況下，人們的恐懼情緒會(huì)相互影響和傳染，本能的求生欲望常常會(huì)導(dǎo)致行為失控。當(dāng)使用電梯進(jìn)行疏散時(shí)，人們會(huì)擁擠進(jìn)入轎廂，由于運(yùn)載能力有限，電梯極易因超載而無(wú)法運(yùn)行造成混亂，大大影響了電梯的運(yùn)行效率和整體疏散速度。

2 電梯疏散的必要性

2.1 疏散的本能反應(yīng)

人類在面臨火災(zāi)時(shí)本能地尋找安全區(qū)域，迫切地渴望生存并盡力逃脫任何危險(xiǎn)。通常情況下，緊急逃生的心理驅(qū)使人們選擇他們最熟悉的逃生路徑。對(duì)于長(zhǎng)期生活或工作在高層建筑的人群，最熟悉的上下交通方式就是電梯，在火災(zāi)視野受限的情況下，大部分人群只記得電梯位置，對(duì)于樓梯通道的方向并不熟悉，因此在火災(zāi)發(fā)生后，有相當(dāng)一部分人會(huì)迅速前往電梯廳，試圖利用電梯逃離危險(xiǎn)區(qū)域。

2.2 單一疏散手段的缺陷

單一的疏散手段容易引發(fā)混亂和不必要的傷亡。目前，樓梯是常用的消防疏散方式，但對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人們的心理行為往往難以預(yù)料，如出現(xiàn)混亂和擁擠踩踏事件，將導(dǎo)致更多意外傷亡。客梯具有快速和高效的特點(diǎn)，有學(xué)者通過(guò)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一名旅客位于1 020 m的大樓頂部觀光層，在不考慮該旅客實(shí)際體力及疏散時(shí)擁堵的情況下，如采用最快速的電梯疏散至室外僅需要9 min。將電梯與樓梯按照區(qū)域進(jìn)行有計(jì)劃的疏散可以減少不必要的傷亡。

2.3 疏散的廣泛使用性

發(fā)生火災(zāi)后，位于超高層建筑上部樓層的人員很難通過(guò)樓梯疏散至地面，使用樓梯進(jìn)行疏散需要消耗大量體力，需要很長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致大部分人來(lái)不及逃生被困在樓上。火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多不利于疏散的因素，導(dǎo)致樓梯擁堵。如果疏散路徑受阻，還會(huì)加劇人們的恐慌和引發(fā)騷亂等不良后果。高層建筑中人群的組成較復(fù)雜，對(duì)于老年人、行動(dòng)不便的殘疾人和兒童等弱勢(shì)群體來(lái)說(shuō)，使用樓梯疏散會(huì)嚴(yán)重影響整體疏散速度，并增加他們自身受傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)于這類人群，電梯無(wú)疑是高層建筑人員疏散廣泛性的唯一選擇。

3 疏散研究

3.1 虛擬仿真等新技術(shù)

國(guó)外學(xué)者基于地鐵站3D模型創(chuàng)建了一個(gè)虛擬環(huán)境，用于分析地鐵站中疏散電梯的使用情況和可接受的等待時(shí)間。虛擬仿真試驗(yàn)提供新的技術(shù)方向來(lái)增加疏散過(guò)程中電梯的使用：通過(guò)智能手機(jī)提供疏散路線，選擇使用疏散電梯的人的百分比有所提高，而更多的人在獲得電梯疏散指示和電梯到達(dá)時(shí)間的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)標(biāo)志時(shí)，會(huì)選擇電梯。試驗(yàn)中電梯的倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器可以略微增加電梯的可接受等待時(shí)間。

眼動(dòng)跟蹤設(shè)備用來(lái)研究疏散時(shí)指示標(biāo)志的作用，高層酒店中進(jìn)行了真實(shí)的實(shí)驗(yàn)收集信息，實(shí)驗(yàn)人員并未提前告知且實(shí)驗(yàn)不重復(fù)測(cè)試，結(jié)果表明當(dāng)人群在進(jìn)入酒店時(shí)提前被告知電梯是可靠的，人們更愿意使用電梯疏散。在火災(zāi)期間，警報(bào)器和綠色閃光燈可以提高人們注意指示標(biāo)志的意識(shí)。

很多學(xué)者通過(guò)模型模擬高層建筑的最優(yōu)總疏散策略。通過(guò)Pathfinder模型和STEPS模型進(jìn)行分析電梯疏散可以顯著減少總疏散時(shí)間，同時(shí)使用樓梯和電梯的優(yōu)化疏散策略，與傳統(tǒng)方法相比效率提高了41%。電梯疏散作為一種疏散出口，可以減輕樓梯間的合并行為，防止行人流量的速度下降。

3.2 選擇電梯作為疏散方式的影響因素

調(diào)查研究表明人們對(duì)使用電梯和樓梯的選擇。樓層高度、電梯等待時(shí)間和人群密度是決定人們選擇電梯作為疏散方式的三個(gè)主要因素。大多數(shù)人在疏散時(shí)不會(huì)考慮使用電梯，盡管他們被告知電梯是可靠的。當(dāng)為建筑物設(shè)計(jì)疏散系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該考慮引入更多的安全顯示標(biāo)識(shí)，顯示電梯安全性的簡(jiǎn)單標(biāo)志不足以說(shuō)服人們使用電梯進(jìn)行疏散。

與高層建筑的人相比，居住在住宅樓里的人等待電梯的時(shí)間往往更短，原因可能是因?yàn)樗麄兪煜ご髽莾?nèi)的其他疏散路線，相比之下，辦公樓里的人在日常生活中更多地使用電梯。計(jì)時(shí)器被認(rèn)為是非常有用的，可以為人們提供更多關(guān)于電梯的信息，它還可以幫助管理團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)人們等待更長(zhǎng)的時(shí)間。

在疏散期間是否有人陪同是最重要的因素，特別是對(duì)英國(guó)人來(lái)說(shuō)。當(dāng)他們身體健康時(shí)，會(huì)更多地使用樓梯，而當(dāng)他們需要輪椅陪伴時(shí)，大多會(huì)使用電梯。陪伴有輕度限制人群也表明使用電梯的可能性增加。在設(shè)計(jì)疏散策略時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮功能受限的人，因?yàn)槭枭r(shí)間不僅取決于此類人群的疏散，還取決于其他建筑物居住者的行為。居民建筑物中的人口特征對(duì)于適當(dāng)?shù)氖枭⒂?jì)劃是必要的，同時(shí)也要考慮電梯中容納坐輪椅的人所需的空間。

3.3 疏散策略

人們?cè)诨馂?zāi)情況下，可能發(fā)生正常情況難以出現(xiàn)的認(rèn)知功能失調(diào)、情緒波動(dòng)、應(yīng)激反應(yīng)等情況，隨著著火范圍的擴(kuò)大和火勢(shì)的惡化，爭(zhēng)搶乘梯順序也會(huì)增加騷亂發(fā)生的概率。電梯除安全到達(dá)首層外的每一次開(kāi)關(guān)門(mén)，恐懼心理都極易產(chǎn)生騷亂。在疏散電梯向下運(yùn)送人員時(shí)，非常重要的模式是直達(dá)模式。只要從樓層內(nèi)接到人員轎廂就開(kāi)始下行，不考慮以下其他樓層是否存在呼叫情況、不考慮是否滿載，直接將人員運(yùn)送到地面層。

疏散過(guò)程中，如將低層人員運(yùn)載至高層，極易產(chǎn)生恐慌。一臺(tái)電梯的容量是有限的，如在疏散中已經(jīng)有一次開(kāi)關(guān)門(mén)載人的進(jìn)程，即使未滿載在中途停靠也將耽誤時(shí)間影響效率。因此，疏散中消防滅火的級(jí)別要高于普通用戶的，在開(kāi)始階段發(fā)生火災(zāi)樓層及上下一層應(yīng)高于低樓層，在后期時(shí)降低其優(yōu)先級(jí)。尤其重要的是當(dāng)電梯停靠低樓層時(shí)，即使高層外呼也不能響應(yīng)呼叫。

在火災(zāi)樓層或鄰近火災(zāi)樓層的人乘坐電梯的意愿較低，這意味著疏散策略可不優(yōu)先考慮將電梯送到火災(zāi)樓層或相鄰樓層。但是，最緊急的情況發(fā)生在著火樓層或相鄰樓層，所以應(yīng)該研究火災(zāi)層電梯與樓梯的協(xié)同疏散具體方案。當(dāng)涉及撤離期間的指示時(shí)，不熟悉人群使用電梯疏散概率降低，與酒店或其他有流動(dòng)人口人群相比，住宅建筑中的居住者相當(dāng)穩(wěn)定，這意味著讓居住者與負(fù)責(zé)住宅建筑物消防安全的人緊密聯(lián)系，可以幫助管理團(tuán)隊(duì)提高疏散指示的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著高層建筑的增多和老齡化問(wèn)題的突顯，文章結(jié)合理論與模擬結(jié)果分析電梯疏散的困難挑戰(zhàn)與必要性，得到的主要結(jié)論如下：

（1）電梯疏散對(duì)于火災(zāi)事故下高層建筑中老齡人群和功能受限制群體逃離危險(xiǎn)區(qū)域具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和意義。

（2）虛擬仿真、視覺(jué)跟蹤等新技術(shù)在電梯疏散中的研究可以提高人群在疏散中優(yōu)先選擇電梯進(jìn)行疏散。

（3）等待時(shí)間縮短、安全逃離標(biāo)志指示、語(yǔ)音播報(bào)和樓梯-電梯協(xié)同疏散等方式能有效地讓人群減少恐慌，增加電梯疏散的效率和可靠性。