电梯疏散在高层建筑中的应用

2024-04-07张倓

大众标准化 2024年5期

张倓

（贵州装备制造职业学院，贵州贵阳 551400）

随着城市化进程的加快，越来越多的高层建筑被用于住宅和商业用途。迪拜塔为摩天大楼中最高的，高度达到828 m，世界上最高的住宅楼（总楼层的85%是住宅用途）共有98层，高度为470 m。这些高层建筑物中容纳了很多人员，如果突然事故出现，传统的疏散方法和策略并不适用于电梯疏散，人员的快速逃离和安全保障是极其的困难。因此，研究高层建筑电梯疏散问题，探索有效的策略与应对措施具有重要意义。文章通过调研和分析高层建筑电梯疏散相关的理论与实践，结合模拟分析，为高层建筑电梯疏散的规划和管理提供有价值的参考。

1 高层建筑电梯疏散中存在的困难和挑战

1.1 人口老龄化和功能受限者

人口老龄化是一个全球现象，每个国家的老年人比例都在增加，特别是在亚太地区，在这30年内会迅速增加。到2030年，世界上每六个人中就有一个超过60岁，预计这一群体将在2030年底增加到14亿，并在2050年翻一番，达到21亿，在高层住宅建筑中，由于老年人口的比例不断增加，会进一步增加高层建筑疏散的挑战。火灾死亡人数的增加，突出表明老年人的脆弱性。患有慢性疾病（如心血管疾病、中风、糖尿病、癌症、关节炎、骨质疏松症和肥胖症）的人群在生理功能上有限制，从而会影响安全疏散。有效的疏散应考虑老年人和功能受限者的具体需求，如何提高设备设施的无障碍性，适应好老龄化和尊重功能受限者，人群分布的变化给政策规范制定和设施管理带来了挑战。

在这个老龄化和高度城市化的社会中，楼梯不可能为所有人提供逃离建筑物平等的机会，功能受限的人群在通过楼梯疏散时更难到达安全的地方。在高层建筑中使用电梯进行疏散，可以帮助有功能限制的人，使得此类人群在事故发生时减少恐慌。

1.2 电梯本身安全隐患

一般的电梯在设计和材料选择时就未考虑到火灾高温等极恶劣服役条件的安全保障需求。电梯可分为八大系统：曳引系统、轿厢、导向系统、电气控制系统、门系统、安全保护系统、电力拖动系统、重量平衡系统，当这八大系统遭受高温冲击时，可靠性都会受到破坏。电梯轿厢在遭受火灾高温袭击时可能变形，甚至失去控制，层门和厅门可能无法正常开启。导向系统在高温后移位、弯曲甚至扭转，导致轿厢或对重不能正常垂直移动。火灾可能导致电气设备、线路损坏和安全保护系统毁坏，使电梯瘫痪威胁到电梯内的人员生命，并给消防人员进行救援带来极大困难。此外，电梯使用的电缆绝缘层在高温下容易分解释放有毒有害气体，对轿厢内的疏散人员可能造成致命危险。这些安全隐患使得在火灾中使用电梯疏散存在困难。

1.3 烟囱效应

电梯的烟囱效应是因为电梯井道外温度低于井道内温度时，空气会沿着井道向上流动，室外的冷空气由门窗和厅门进行井道内，与井道内的热空气形成对流，形成明显的气压差。高层建筑中，热量和烟雾会加速井道内的烟囱效应，气压差增大，容易引起开关门故障、乱流导致轿厢摇晃和部件机构震动异响，外部新鲜空气大量涌入火源中，导致烟雾和热气快速传播到其他楼层中，因此高层建筑中火势蔓延的速度相比低楼层更急速。

轿厢上下部都设置有通风孔和安全窗，防止乘客窒息，确保轿厢内部有效通风，大多数电梯还配备了风扇确保正常通风。然而，这些通风设施也为烟气蔓延提供了途径，对轿厢内的人员构成极大威胁。电梯运行会使电梯井防烟功能失效，电梯上下运载和轿厢门的开关会导致火势迅速蔓延。电梯疏散时层门的打开会为火灾提供氧气，同时也为火势和烟气蔓延提供通道。

1.4 电梯供电保障

在高层建筑火灾情况下，电梯的供电电缆很容易遭到烧毁破坏，导致电力拖动系统无法正常运行。人为切断电梯的供电电源和消防灭火水进入电梯系统中也会导致供电的中断。这些情况的出现会让电梯无法用于人员疏散，而且突然停电很可能导致人员被困，由于高层建筑人员密集，火灾情况下，人们的恐惧情绪会相互影响和传染，本能的求生欲望常常会导致行为失控。当使用电梯进行疏散时，人们会拥挤进入轿厢，由于运载能力有限，电梯极易因超载而无法运行造成混乱，大大影响了电梯的运行效率和整体疏散速度。

2 电梯疏散的必要性

2.1 疏散的本能反应

人类在面临火灾时本能地寻找安全区域，迫切地渴望生存并尽力逃脱任何危险。通常情况下，紧急逃生的心理驱使人们选择他们最熟悉的逃生路径。对于长期生活或工作在高层建筑的人群，最熟悉的上下交通方式就是电梯，在火灾视野受限的情况下，大部分人群只记得电梯位置，对于楼梯通道的方向并不熟悉，因此在火灾发生后，有相当一部分人会迅速前往电梯厅，试图利用电梯逃离危险区域。

2.2 单一疏散手段的缺陷

单一的疏散手段容易引发混乱和不必要的伤亡。目前，楼梯是常用的消防疏散方式，但对于高层建筑来说，这是一个巨大的挑战。在火灾发生时，人们的心理行为往往难以预料，如出现混乱和拥挤踩踏事件，将导致更多意外伤亡。客梯具有快速和高效的特点，有学者通过模拟试验发现一名旅客位于1 020 m的大楼顶部观光层，在不考虑该旅客实际体力及疏散时拥堵的情况下，如采用最快速的电梯疏散至室外仅需要9 min。将电梯与楼梯按照区域进行有计划的疏散可以减少不必要的伤亡。

2.3 疏散的广泛使用性

发生火灾后，位于超高层建筑上部楼层的人员很难通过楼梯疏散至地面，使用楼梯进行疏散需要消耗大量体力，需要很长时间，导致大部分人来不及逃生被困在楼上。火灾发生时会产生许多不利于疏散的因素，导致楼梯拥堵。如果疏散路径受阻，还会加剧人们的恐慌和引发骚乱等不良后果。高层建筑中人群的组成较复杂，对于老年人、行动不便的残疾人和儿童等弱势群体来说，使用楼梯疏散会严重影响整体疏散速度，并增加他们自身受伤的风险。因此，对于这类人群，电梯无疑是高层建筑人员疏散广泛性的唯一选择。

3 疏散研究

3.1 虚拟仿真等新技术

国外学者基于地铁站3D模型创建了一个虚拟环境，用于分析地铁站中疏散电梯的使用情况和可接受的等待时间。虚拟仿真试验提供新的技术方向来增加疏散过程中电梯的使用：通过智能手机提供疏散路线，选择使用疏散电梯的人的百分比有所提高，而更多的人在获得电梯疏散指示和电梯到达时间的听觉和视觉标志时，会选择电梯。试验中电梯的倒计时计时器可以略微增加电梯的可接受等待时间。

眼动跟踪设备用来研究疏散时指示标志的作用，高层酒店中进行了真实的实验收集信息，实验人员并未提前告知且实验不重复测试，结果表明当人群在进入酒店时提前被告知电梯是可靠的，人们更愿意使用电梯疏散。在火灾期间，警报器和绿色闪光灯可以提高人们注意指示标志的意识。

很多学者通过模型模拟高层建筑的最优总疏散策略。通过Pathfinder模型和STEPS模型进行分析电梯疏散可以显著减少总疏散时间，同时使用楼梯和电梯的优化疏散策略，与传统方法相比效率提高了41%。电梯疏散作为一种疏散出口，可以减轻楼梯间的合并行为，防止行人流量的速度下降。

3.2 选择电梯作为疏散方式的影响因素

调查研究表明人们对使用电梯和楼梯的选择。楼层高度、电梯等待时间和人群密度是决定人们选择电梯作为疏散方式的三个主要因素。大多数人在疏散时不会考虑使用电梯，尽管他们被告知电梯是可靠的。当为建筑物设计疏散系统时，应该考虑引入更多的安全显示标识，显示电梯安全性的简单标志不足以说服人们使用电梯进行疏散。

与高层建筑的人相比，居住在住宅楼里的人等待电梯的时间往往更短，原因可能是因为他们熟悉大楼内的其他疏散路线，相比之下，办公楼里的人在日常生活中更多地使用电梯。计时器被认为是非常有用的，可以为人们提供更多关于电梯的信息，它还可以帮助管理团队指导人们等待更长的时间。

在疏散期间是否有人陪同是最重要的因素，特别是对英国人来说。当他们身体健康时，会更多地使用楼梯，而当他们需要轮椅陪伴时，大多会使用电梯。陪伴有轻度限制人群也表明使用电梯的可能性增加。在设计疏散策略时，应重点考虑功能受限的人，因为疏散时间不仅取决于此类人群的疏散，还取决于其他建筑物居住者的行为。居民建筑物中的人口特征对于适当的疏散计划是必要的，同时也要考虑电梯中容纳坐轮椅的人所需的空间。

3.3 疏散策略

人们在火灾情况下，可能发生正常情况难以出现的认知功能失调、情绪波动、应激反应等情况，随着着火范围的扩大和火势的恶化，争抢乘梯顺序也会增加骚乱发生的概率。电梯除安全到达首层外的每一次开关门，恐惧心理都极易产生骚乱。在疏散电梯向下运送人员时，非常重要的模式是直达模式。只要从楼层内接到人员轿厢就开始下行，不考虑以下其他楼层是否存在呼叫情况、不考虑是否满载，直接将人员运送到地面层。

疏散过程中，如将低层人员运载至高层，极易产生恐慌。一台电梯的容量是有限的，如在疏散中已经有一次开关门载人的进程，即使未满载在中途停靠也将耽误时间影响效率。因此，疏散中消防灭火的级别要高于普通用户的，在开始阶段发生火灾楼层及上下一层应高于低楼层，在后期时降低其优先级。尤其重要的是当电梯停靠低楼层时，即使高层外呼也不能响应呼叫。

在火灾楼层或邻近火灾楼层的人乘坐电梯的意愿较低，这意味着疏散策略可不优先考虑将电梯送到火灾楼层或相邻楼层。但是，最紧急的情况发生在着火楼层或相邻楼层，所以应该研究火灾层电梯与楼梯的协同疏散具体方案。当涉及撤离期间的指示时，不熟悉人群使用电梯疏散概率降低，与酒店或其他有流动人口人群相比，住宅建筑中的居住者相当稳定，这意味着让居住者与负责住宅建筑物消防安全的人紧密联系，可以帮助管理团队提高疏散指示的有效性。