高层建筑人员竖向疏散途径选择特性调查研究

孙 婧，李黎丽

（1.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230026；2.江苏省镇江市消防支队，镇江，212000）

0 引言

高层建筑内紧急情况下的疏散问题有其自身的特点：既有水平疏散（某一楼层从起点到楼梯口的疏散），又有竖直疏散（楼梯上的疏散），而且楼层较多，存在疏散距离长、待疏散人数多等问题。电梯在高层建筑人员疏散中有三个主要方面的优点［1］：（1）电梯的运输量大、运送时间短；（2）疏散速度快；（3）有利于人们疏散路线的辨认。在我国，由于考虑到电梯火灾时的安全性，相关规范中，电梯不能作为疏散用，做出如此规定，主要是考虑以下三个方面的原因［2］：（1）火灾及灭火系统对电梯安全使用的影响；（2）烟气侵害；（3）火灾时电梯的紧急供电。而2006年颁 布 的 《国 际 建 筑 法 则》（IBC：International Building Code）已经不再限制火灾时人员疏散的方式或者说不再限制火灾时使用电梯疏散［3］。而现在，基于严格的规范约束所设计的智能建筑系统，拥有高可靠性的电梯维护保养系统和嵌入式的软件设计冗余度［4］，电梯的可靠性和安全性能都有了大幅提高。可以通过以下四方面提高火灾条件下电梯运行的可行性：（1）提高电梯及电梯井的防火安全性［5，6］；（2）对电梯竖井及前室正压送风；（3）对电梯进行合理的分区；（4）加强火灾下电梯的供电保障。电梯疏散在国内外都有成功案例，它将成为今后竖向疏散的重要途径。早在20世纪50年代，美国学者Bryan就对马里兰州布鲁克林Arundel Park Hall火灾中人员行为进行了调查并在事后撰写了调查报告［7］。Wood等人针对火灾发生的时间、楼层、蔓延区域，及火灾发生初期人员的反应进行了问卷调查并随后发表研究报告［8］。2010年 McConnell、Shields对美国911事件幸存者进行了灾后调查，内容包括信息的获得、第一反应、预动时间［9］。国内 研 究 主 要 包 括 张 树 平［10］、马 莉 莉［11］、田 荣娟［12］、阎卫东［13］、李晓萌［14］等人的研究。国内基本没有针对高层建筑竖向途径选择的问卷调查研究，有必要根据我国疏散人员特征制定合理的调查问卷，为合理化计算机模拟、优化高层建筑疏散策略提供数据基础。

1 问卷设计

针对火灾情况下，分析了我国高层建筑人员安全疏散特点，以及高层建筑电梯疏散的可行性。问卷从五个方面进行了设计：个体特征（包括生理与心理特征），竖向疏散的距离，排队影响，小群体效应以及调查对象对相关规范的认识理解，分别分析了这五个方面对日常条件和紧急条件下高层建筑中人员疏散途径选择的影响。设计路线如图1，问卷涉及的30道题目全部围绕这五个方面。个体特征主要包括，年龄、性别、文化程度、身体机能与对密闭空间心理反应等；排队影响是指存在多人等待电梯时会不会影响人员选择电梯疏散；小群体效应指的是当与朋友或者亲人一起时，会不会影响人员选择电梯疏散。

在上海、南京各选取了两栋高层商业办公楼中的人员，在镇江选取一栋高层商业办公楼和一个住宅小区人员作为调查对象。在这次调查中，发放了问卷300份，回收256份，剔除不合格问卷42份，有效问卷数量214份。

图1 高层建筑人员竖向疏散途径选择特性问卷设计路线Fig.1 The questionnaire design of the pedestrian evacuation choice in high－rising buildings

2 结果及分析

2.1 人员特性

调查对象的人员特征包括：性别，年龄，体型状况，文化程度，是否经历过火灾或者疏散演习，工作性质，每周运动量状况，是否有对运动（使用楼梯）或者使用电梯起阻碍作用的不良身体状况，日常工作＼学习使用电梯＼楼梯情况，调查对象，男性为54.7%，女性占45.3%，部分统计结果分布见表1。

表1 调查对象是否存在阻碍运动（使用楼梯）和阻碍电梯使用的不良身体和心理状况Table 1 The bad physical status and psychological status of objects influencing the use of stairs or elevator

从调查对象人员特征统计分析可知，调查对象的性别比例比较协调，年龄、体型状况、文化程度、职业、每周运动次数、电梯使用频率等分布广泛，调查对象具有一定的社会代表性。7.1%的调查对象存在阻碍运动（阻碍楼梯使用）如：怀孕、哮喘等的不良身体状况，5.2%的调查对象存在阻碍电梯使用如：眩晕、使用轮椅、寂闭空间恐惧症等的不良身体或心理状况。2.4%的人经历过火灾，25.5%的人参加过消防演习或培训。

2.2 高层建筑人员竖向选择特性

人员在高层建筑中日常每天使用电梯上下楼层的次数，不同条件下考虑疏散距离影响、排队因素以及群体因素人员使用电梯上下楼层的最小楼层调查结果见图2。由于上楼比下楼人员感觉更吃力，在非紧急条件下，在上下楼层数不高时，人员常常会选择电梯上楼，楼梯下楼。表2也体现了这一点，在调查对象中，每天没有使用电梯上楼的人占17.1%，而没有使用电梯下楼的人占21.3%。对于其它上＼下楼次数的人员比例相差不大。

表2 调查对象日常每天使用电梯上下楼的次数Table 2 The frequency of the daily use of the elevator of the objects

图2 不同条件下考虑各因素影响的使用电梯最小楼层期望Fig.2 The minimum expectation of the use of elevator under different conditions

图2反映人员在不同条件下，分别考虑独自一人等待电梯（只考虑距离的影响）、考虑有一定数量的人在等电梯（考虑排队等待因素的影响）、考虑与2－4熟人在一起时，电梯等待口没有其他人（考虑群体小组因素的影响）时，选择电梯上下楼层的最小层数期望值。图中A－H 分别表示：

A.表示休闲时期并且无时间压力的条件下，使用电梯上楼的最小楼层；

B.表示休闲时期并且有时间压力的条件下，使用电梯上楼的最小楼层；

C.表示商务活动并且无时间压力的条件下，使用电梯上楼的最小楼层；

D.表示商务活动并且有时间压力的条件下，使用电梯上楼的最小楼层；

E.表示休闲时期并且无时间压力的条件下，使用电梯下楼的最小楼层；

F.表示休闲时期并且有时间压力的条件下，使用电梯下楼的最小楼层；

G.表示商务活动并且无时间压力的条件下，使用电梯下楼的最小楼层；

H.表示商务活动并且有时间压力的条件下，使用电梯下楼的最小楼层；

从图2可以看出，1）考虑排队，也就是，当有一定数量的人在等待电梯时，使用电梯上下楼层的最小期望层数比独自一人等待电梯和考虑群体，也就是与2－4个熟人一起等待电梯上下楼层的最小期望层数要高。当需要排队等待时，与其它两种情况相比，人员更加倾向于使用楼梯等其它疏散途径；2）考虑群体，使用电梯上下楼层的最小期望层数比考虑距离和排队因素要低。人员在疏散过程中，一个群体往往趋向于一起移动和使用同一种疏散途径。考虑群体效应时，因为人员往往会考虑到其它成员的舒适程度，所以与其它两种情况相比，在进行较低楼层运动时，通常会选择电梯进行上下楼层；3）相同条件下，休闲时期比商务活动使用电梯上下楼层的最小期望层数要高；4）相同条件下，无时间压力（正常条件下）比有时间压力（紧急条件下）使用电梯上下楼层的最小期望层数要高；5）因为人们普遍认为通过楼梯进行上楼比下楼更费体力，相同条件下，人员使用电梯下楼的最小期望层数比人员使用电梯上楼的最小期望层数要大。

2.3 人员特征与高层建筑人员竖向疏散途径选择特性之间的关系

将问卷中各人员特征与人员疏散行为反应两两进行皮尔逊检验［15］，计算两两变量间的p值，得到p值小于0.05的34组具有相关性的变量：1）变量人员年龄段与变量是否考虑电梯逃生和变量是否会优先选择电梯进行逃生；2）变量文化程度与变量是否考虑电梯逃生和变量是否会优先选择电梯进行逃生；3）变量每周运动量与变量建筑高度是否对疏散途径产生影响和变量所在楼层是否对疏散途径选择存在影响；4）变量人员阻碍使用电梯的不良心理＼身体状况与变量是否考虑电梯逃生和变量是否会优先选择电梯进行逃生；5）变量电梯使用频率与变量建筑高度是否对疏散途径产生影响和变量所在楼层是否对疏散途径选择存在影响。

下面，对具有明显相关性的各组变量进行多重对应分析：

图3（a）所示为不同年龄区间人员、火灾条件下是否会考虑使用电梯进行逃生以及火灾条件下是否会优先考虑使用电梯进行逃生的类别联合图。可以看出，不论哪个年龄阶段，尤其是（16，24］，（46，56］年龄段的调查对象基本上不会考虑在火灾条件下使用电梯进行逃生疏散。仅在年龄＞56岁和年龄段（24，32］的调查对象中，很少一部分人会选择电梯进行逃生疏散。可能的解释，在我国现行规范中明确规定，普通电梯不能用于火灾条件下的人员疏散，所以在现行的宣传与教育下，火灾条件下大众普遍倾向于使用楼梯等传统疏散方式。而年龄大，部分调查对象由于身体机能的衰退，使用楼梯进行疏散时，可能存在阻碍楼梯使用的不良身体状况，这部分人往往会选择火灾条件下使用电梯进行逃生。

图3 （a）人员年龄段（b）文化程度与是否考虑电梯逃生、是否会优先选择电梯进行逃生之间的关系Fig.3 The relations between（a）the age and the way choice，（b）the evacuation and the way choice

图3（b）所示为不同文化程度的人员在火灾条件下是否会考虑使用电梯进行逃生以及火灾条件下是否会优先考虑使用电梯进行逃生的类别联合图。可以看出除了初中以下学历以及研究生以上学历的调查对象会考虑在火灾条件下使用电梯进行逃生疏散外，其它文化程度人员很少会考虑使用电梯进行火灾条件下的疏散。从前面对人员特性的统计，可以发现，初中以下学历以及研究生以上学历的调查对象所占比例分别只有2.5%和6.0%，这可能对我们多重对应分析所得到的结果有所影响。

图4（a）所示为人员每周运动次数、所在楼层高度是否会对疏散途径选择产生影响以及建筑高度是否会对疏散途径选择产生影响的类别联合图。可以看出，一般所在建筑高度会影响高层建筑竖向疏散途径选择的人员，其所在楼层高度也同样会影响到高层建筑中人员竖向疏散途径的选择。建筑高度和所在楼层高度都在一定程度上影响了人员疏散时对电梯的选择。35.1%的调查对象表示所处建筑的高度会对建筑内人员疏散途径的选择产生影响；所在楼层高度相对建筑高度，对人员疏散途径选择的影响更大，为52.5%。

图4 （a）每周运动次数与建筑高度、所在楼层高度是否对疏散途径选择有影响之间的关系（b）是否存在阻碍使用电梯不良状况与是否考虑电梯逃生、是否会优先选择电梯进行逃生之间的关系Fig.4 The relations between（a）the frequency of physical exercise and the way choice，the height of the building and the way choice（b）the bad physical and psychological condition and the way choice

图4（b）所示为调查人员是否存在阻碍使用电梯的不良身体或心理状况、火灾条件下是否考虑电梯进行疏散逃生以及是否会优先选择电梯进行疏散逃生的类别联合图。可以看出，调查对象不存在阻碍使用电梯不良身体或心理状况时，在火灾条件下一般不会考虑通过电梯进行疏散逃离。

图5所示为日常条件下人员使用电梯的频率、所在楼层高度是否会对疏散途径选择产生影响以及建筑高度是否会对疏散途径选择产生影响的类别联合图。可以看出，日常生活或者工作中，很少使用电梯进行上下楼层的调查对象受到建筑高度和所在楼层高度的竖向疏散途径选择的影响更为明显。

图5 人员电梯使用频率与是否考虑电梯逃生、是否会优先选择电梯进行逃生之间的关系Fig.5 The relations between the frequency of the daily use of the elevator and the way choice

3 结论

基于电梯疏散具备安全可靠性基础上，设计并开展了高层建筑竖向疏散途径选择的问卷调查。在保障电梯疏散可行的基础上，研究了人员特征因素对竖向疏散途径选择特性的影响。对调查对象的人员特征进行频率统计，发现调查对象的性别比例比较协调，年龄、体型状况、文化程度、工作性质等分布广泛，具有一定的社会代表性。

1.相同条件下，排队等待、商务活动、小群体效应以及时间压力会减小人员使用电梯上下楼层的层数期望值。

2.无论哪个年龄阶段，尤其是16－24，46－56年龄段的调查对象基本上不会考虑在火灾条件下使用电梯进行逃生疏散；初中以上到本科学历的调查对象一般不会选择电梯进行疏散；所在建筑高度及所在楼层高度都会影响到竖向疏散途径的选择；当调查对象存在阻碍使用电梯不良身体或心理状况时，在火灾条件下会考虑通过电梯进行疏散逃离。

3.火灾发生时，在电梯能够安全运行的基础上，应该针对以下人群加强电梯使用的宣传教育：

1）年龄在16－24岁，45－56岁的人员；

2）文化程度是中专和本科的人员；

3）日常较少或很少使用电梯的人员。

4.在疏散策略优化中，可以通过设置疏散指示标志、利用消防广播、人工疏导等方法适当引导人员选择电梯进行疏散，能够获得更高的疏散效率。

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