多层老年人全日照料设施疏散模拟与优化设计策略研究＊

2019-03-07张鹏飞李伟通讯作者

建筑技艺 2019年12期

张鹏飞李伟（通讯作者）

天津大学建筑学院

随着我国社会老龄化程度不断加深，作为现代主流养老模式之一的老年人全日照料设施[1]数量不断增加，然而在其迅速发展的背后仍存在诸多弊端。统计结果表明，近5年来国内老年人全日照料设施共发生10起火灾，导致63名老年人死亡。

由于服务对象的特殊性和建筑设计适应性不足等因素，老年人全日照料设施的消防安全事故呈现出易发生、扑救难度大、疏散困难等特点。如何更加合理有效地对安全疏散进行优化设计，保障老年人群体的生命安全，成为现阶段老年人全日照料设施建设中亟需解决的问题之一。

1 影响安全疏散的主要因素

影响建筑安全疏散的因素主要包括使用人群和建筑设计两部分[2]。

1.1 紧急状况下老年人群体生理和心理特征

随着年龄递增，老年人群体的生理机能有明显的衰退趋势，具体表现为体能减少、适应能力减弱和自理能力降低，导致老年人难以应付紧急状况下的“短时间、长距离”的快速疏散要求。《老年人照料设施建筑设计标准》（JGJ 450-2018）中规定：老年人全日照料设施的服务对象为能力完好、轻度失能、中度失能和重度失能四类老人[3]。本研究中将四种失能程度老人按其行为能力进行分类（表1）。

1.2 现行相关规范

消防安全是建筑有效使用的保证，其安全疏散设计必须根据相关规范指导进行综合考虑[4]。《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）[5]对安全疏散的基本内容进行了规定和要求，建筑设计需满足规范中的相应指标要求[6]，主要包括建筑分类和耐火等级、防火分区和层数、平面布置、安全出口、疏散走道、疏散楼梯六个方面。但在执行过程中，各类规范之间存在冲突，并且多为策略性规定，缺少更明确的要求。

2 模拟实验

本研究中实验采用的Pathfinder软件基于Agent-Base模型，可分别对每个个体进行参数设定和行为定义。

2.1 设置实验参数

2.1.1 人群参数

老年人全日照料设施的使用人员主要包括老年人和护理员。

表1 老年人失能程度判定表

1 各失能程度老人疏散过程

2 天津市万科怡园养老中心

3 天津市万科怡园养老中心二层平面图

4 天津市万科怡园养老中心轴测分析图

5 天津市万科怡园养老中心疏散模型

（1）各失能程度老年人比例按相关资料统计结果[7]设为能力完好:轻度失能:中度失能:重度失能=3:3:2:2。

（2）按照相关规定[8]，护理员与各失能程度老年人配比设为护理员：能力完好或轻度失能=1:12；护理员:中度失能=1:6.6；护理员:重度失能=1:2.5。

（3）考虑到设施内中度失能、重度失能老人无法自主移动，在疏散过程中需由护理员协助疏散，并且护理员多为女性，因此在疏散过程中，中度、重度失能老人与护理员比例要求分别为1:2和1:4[9]。

一般情况下，人员疏散过程分为预警阶段、预动作阶段和行动阶段[10]。在疏散过程中，将由护理员协助的中度失能、重度失能老人视为整体，模拟实验中各人员参数设定见表2。

2.1.2 人员疏散行为

当采用传统“房间—疏散走道—疏散楼梯—安全出口”的疏散方式时，各失能程度老人的疏散行为如图1所示。

2.1.3 实验依据

研究选取18例既有多层老年人全日照料设施案例进行疏散模拟实验，旨在对比不同安全疏散设计对老年人全日照料设施疏散时间的影响。

以《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）第5.5.14条“老年人照料设施内的非消防电梯应采取防烟措施，当火灾情况下需用于辅助人员疏散时，该电梯及其设置应符合本规范有关消防电梯及其设置的要求”和5.5.24A条“老年人照料设施内的非消防电梯应采取防烟措施，当火灾情况下需用于辅助人员疏散时，该电梯及其设置应符合本规范有关消防电梯及其设置的要求”为实验依据，通过模拟实验结果分析有无电梯参与疏散、避难空间的设置与安全疏散时长的关系。

2.1.4 模拟前提

为减少模拟实验中其他因素对实验数据对比产生影响，对各疏散模型的建筑耐火等级、结构形式、建筑层高和使用人群分布等参数进行统一设置。各失能程度老人按照“失能程度越高，所在楼层越低”的原则布置在各老年人居室中，而护理员在各层公共空间内随机分布。

2.2 建立疏散模型

以天津市万科怡园养老中心[13]为例，建筑共5层，建筑面积约8 000m2，可容纳养老床位228张，按比例设置护理员38名。案例平面为混合式交通布局，顶层为职工宿舍，除首层和顶层外各层均有老年人居室（图2～5）。

表2 老年人与护理员参数设置

6 实验一各人群所需安全疏散时间折线图

7 安全疏散时间散点图

8 疏散楼梯使用效率

9 局部节点拥堵现象

10 实验一、二各失能程度老人所需安全疏散时间对比

2.3 实验一

实验一的实验变量为仅通过疏散楼梯进行疏散，其余参数按照3.1节实验参数设定。

2.3.1 实验数据分析

由实验一数据结果（图6）可以得出：

（1）各案例中各类人群所需安全疏散时间关系符合实际疏散场景中的疏散结果，验证了Pathfinder软件疏散模拟的可行性。

（2）能力完好、轻度失能老人的疏散完毕时长均在395s内；大部分中度失能老人在801s内疏散完毕，约为能力完好、轻度失能老人的2倍；而重度失能老人疏散总时长基本在1 003s以上。因此，中度、重度失能老人成为影响老年人全日照料设施疏散总时间的最关键人群。以重度失能老人为例，设施内重度失能老人与护理员规定配比约为1:0.8，而疏散要求二者比例为1:4，可见护理员数目的短缺极大地限制了中度、重度失能老人的疏散效率。

（3）根据图7可知，各类人群所需安全疏散时间与建筑层数、疏散人数基本呈正相关。

2.3.2 实验过程分析

（1）疏散楼梯使用效率：实验中各失能程度老人的分区布置方式符合规范规定和日常管理模式。但在疏散过程中也发现，由于不同失能程度老人的始末疏散时间段存在时间差，会出现不同时间段内各疏散楼梯的使用效率差距大的现象，进而增加安全疏散时间（图8）。

（2）局部节点拥堵：在疏散过程中，安全出口（图9）、疏散楼梯附近和转角处容易出现拥堵现象，减缓了人员的行动速度，增加了安全疏散时间。

2.4 实验二

实验二的实验变量为通过疏散楼梯、电梯协同疏散。除将各失能程度老年人选择疏散楼梯、电梯进行疏散的行为比例调整到50%外，其余参数不变。

如图10所示，根据实验二数据可以得出：

（1）实验中各失能程度老年人楼梯与电梯协同疏散的总疏散时间与仅通过楼梯疏散的总疏散时间基本相差不大。但在实际疏散过程中，考虑到老年人容易体力不支和护理员协助疏散的过程中体力消耗较大的状况，建议在火灾初期通过疏散楼梯与电梯协同的方式进行疏散。

（2）受电梯运行过程中需等待一段时间的影响，人群通过疏散楼梯疏散至室外较快，因此若采用楼梯与电梯系统协同的方式进行疏散时，建议通过进一步模拟确定最高效的使用比例。

2.5 实验三

基于实验一中度、重度失能老人所需安全时间较长的实验结果，实验三的实验目的为探讨将老人疏散至相对安全空间临时避难对所需安全疏散时间的影响。由于在既有案例中没有特别设置避难间，在本实验中将空气可以自由流通的半室外空间和可上人屋面作为临时避难空间，且不考虑后续二次援救时间，其余参数和模拟过程与实验一一致。

2.5.1 实验数据分析

由实验三数据结果（图11）可以得出：

（1）当把屋顶平台作为临时避难空间时，由于能力完好、轻度失能老人均位于建筑上层，可以起到明显减少所需安全疏散时间的作用；相应地，对在较低楼层的中度、重度失能老人的疏散没有太大影响。

（2）当把各层半室外空间作为临时避难空间时，各类型老人所需安全疏散时间均明显减少，但部分中度、重度失能老人仍无法在可用疏散时间内疏散完毕。

2.5.2 实验过程分析

当把室外连廊作为临时避难空间时，需考虑重度失能老人的安置问题，尤其是要注意拐角处的尺寸，容易造成拥堵现象（图12）。

11 实验一、三各失能程度老人所需安全疏散时间对比

12 出口处及转角处发生拥堵

2.6 实验结论

通过三组对比实验可以得出如下结论：

（1）较小的建筑规模对疏散较为有利。当场地条件和设计要求允许时，老年人全日照料设施的建筑规模不宜太大，即床位数不宜太多，层数不宜太高。一方面可以缩短疏散流线长度，另一方面可以通过减少床位数降低总疏散时长。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）中的相关规定，独立建造的一、二级耐火等级老年人照料设施的建筑高度不宜大于32m，不应大于54m。

（2）中度、重度失能老人预动作时间长，需要他人协助疏散是影响老年人全日照料设施总疏散时间的最主要因素，而设施内护理员数目极大地制约了这两类老人的疏散效率。在护理员极度短缺的现状条件下，宜考虑将中度失能老人疏散至相对安全区域内临时避难，重度失能老人建议就地避难，等待二次救援，以提升护理员救援效率。

（3）考虑到护理员协助疏散过程中的体能消耗、老年人因体能不足而在走楼梯过程中容易出现摔倒等情况，若照料设施内电梯符合消防电梯规定，建议在火灾初期通过楼梯与电梯协同疏散的方式进行疏散。

（4）疏散过程中人群在疏散楼梯出入口和安全出口等局部节点处极易造成拥堵。因此应考虑在建筑设计过程中采用对局部节点做放大或加宽处理，局部节点尺度应至少满足轮椅和急救担架的转弯半径，以及增加安全出口个数等措施。