針對(duì)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(lái)，辦公空間模式發(fā)展迅速，辦公區(qū)是員工盡職盡責(zé)，團(tuán)結(jié)協(xié)作積極開(kāi)展工作的最佳平臺(tái)。由此，為員工提供一個(gè)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(gè)因素，對(duì)人員整體逃生時(shí)間、人員能否安全有序撤離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)起重要作用。

據(jù)國(guó)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(duì)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(jìn)行人員疏散的模型。楊海明、趙道亮等人運(yùn)用Building EXODUS從不同建筑高度、不同人群密度、不同人員類型3個(gè)方面，運(yùn)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(jìn)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(shí)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(kāi)探討，而突發(fā)火災(zāi)時(shí)因電路方面引起的電梯能否正常運(yùn)行的不確定性較大。于是模擬進(jìn)行該高層辦公區(qū)疏散時(shí)不采取電梯逃生方式，以減少不確定性傷亡。

安全人機(jī)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(shí)人員的安全逃生方案，培養(yǎng)人員的安全意識(shí)，另外通過(guò)安全人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)模型上，從而對(duì)比使用三種不同樓梯設(shè)計(jì)所需逃生時(shí)間，樓梯間、樓梯口的人員密度，直觀的勘測(cè)人員逃生實(shí)時(shí)狀況。

利用安全人機(jī)工程設(shè)計(jì)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(jī)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(guó)標(biāo)GB10000-88公布的肩寬分布可求出符合安全人機(jī)工程的樓梯寬度：

利用安全人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)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?jì)算。據(jù)國(guó)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(jì)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(shí)時(shí)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(shí)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(huì)議室一間占地880平方米，每層有6間獨(dú)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(mén)寬6米，兩后門(mén)寬5米。

利用軟件Pathfinder分別對(duì)該辦公區(qū)不同樓梯設(shè)計(jì)方式進(jìn)行模擬火災(zāi)逃生

1.Pathfinder是基于人員疏散的計(jì)算機(jī)仿真模擬器，專門(mén)提供高性能可視化3D實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)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(guò)樓梯逃生的三種不同模型：A型樓梯，特點(diǎn)：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(diǎn)：?jiǎn)瘟魇?未啟用緊急逃生通道，如下圖2b圖所示。B2型樓梯，特點(diǎn)：?jiǎn)瘟魇剑瑔⒂镁o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B(niǎo)1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(lái)對(duì)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(guò)模擬發(fā)現(xiàn)使用A型樓梯逃生總共耗時(shí)195.5秒，使用B1型樓梯逃生總共耗時(shí)200.0秒，而使用B2型樓梯逃生總共耗時(shí)185.0秒。通過(guò)對(duì)比可知利用B2型樓梯逃生，逃生總耗時(shí)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。可見(jiàn)利用B2型樓梯逃生可更迅速的逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，減小了人員的傷亡，提高了人員安全逃生幾率。

3.通過(guò)疏散時(shí)樓梯人員流動(dòng)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(guò)程中途人員流動(dòng)實(shí)時(shí)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(shí)由于空間狹小出現(xiàn)人員擁堵排隊(duì)疏散現(xiàn)象，僅少量人員疏散時(shí)活動(dòng)空間充裕。

如圖3b圖所示為使用B1型樓梯逃生過(guò)程中與A型樓梯相同時(shí)間點(diǎn)樓梯人員實(shí)時(shí)流動(dòng)狀態(tài)，圖中明顯可以看出逃生人員基本呈走路狀態(tài)，過(guò)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(duì)比發(fā)現(xiàn)，相對(duì)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(shí)可活動(dòng)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(shí)速度可能因擁堵排隊(duì)而降低。下面分析三種類型下人員逃生的速度熱圖，通過(guò)速度熱圖分析人員流動(dòng)時(shí)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(shí)的實(shí)時(shí)狀況圖，對(duì)比右側(cè)N.speed值觀察出人員使用A型樓梯時(shí)在樓梯區(qū)域逃生時(shí)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(shí)在樓梯區(qū)域逃生時(shí)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(shí)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(duì)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(guò)程中相對(duì)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(duì)現(xiàn)象。

5.單位人員密度直接反映人員逃生過(guò)程的擁堵程度。經(jīng)模擬運(yùn)行發(fā)現(xiàn)在使用A型樓梯模型時(shí)：如圖5a圖在時(shí)間約為30.6秒左右樓梯人員逃生時(shí)，單位人員密度達(dá)到峰值，此時(shí)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(shí)：如圖5c圖所示在時(shí)間約為42.6秒左右樓梯人員逃生時(shí)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(shí)：如圖5e圖所示，整體來(lái)看人員在樓梯逃生過(guò)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(shí)，數(shù)據(jù)顯示使用A型樓梯模型時(shí)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(shí)，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(shí)逃生人員的單位人員密度基本保持在1.04occs/m2，以下。即相對(duì)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(dòng)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(duì)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(guò)程人員擁堵性較低，并且在逃生總耗時(shí)上也相對(duì)較少。針對(duì)于傳統(tǒng)辦公區(qū)建筑樓梯窄、出口少的問(wèn)題，模擬中將三種模型樓梯寬度以及門(mén)寬拓寬，以便增加逃生幾率，控制無(wú)關(guān)變量。模擬辦公區(qū)火災(zāi)可以幫助我們?cè)诨馂?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?cè)谑鹿拾l(fā)生時(shí)規(guī)劃逃生，減少突遇火災(zāi)時(shí)的人員傷亡。