多模態外向型垂直疏散技術基本理論與模式探究

陳桐，陳璐

（中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044）

1 多模態外向型垂直疏散理論基礎

1.1 高層、超高層建筑發展現狀

縱觀高層建筑的發展，經歷了從功能主義，到以人為本，再到高質量發展的新時代要求幾個階段。當今時代高層、超高層建筑設計更加富有創意、功能更加豐富、空間更加開放、外向型交通與空間組織在項目實踐中的應用日益增多。以上現狀都對外向型樓梯在高層、超高層建筑中的應用提出了系統性梳理的要求，具有廣泛的應用前景與重要意義。

1.2 疏散行為與心理

安全一直是高層、超高層建筑發展過程中的重要問題，一旦發生異常，其人員損傷、財產損失及對城市的影響都是極其慘重的。在對災害發生時人員疏散的研究與模擬中，得到疏散過程中人員主要有以下特點。

疏散人員的性別、年齡、運動能力等都會對疏散能力產生影響，除體力差異外，不同的心理狀態對疏散過程會產生不同程度的影響。在發生突發事件后，將會產生一些特殊的心理反應，如恐懼、驚慌、沖動和僥幸心理、個體孤獨和從眾心理等，這些特殊的心理反應將會導致一些不理智的行為，如從眾行為、錯誤判斷行為、往返行為、慣性行為等。[1]以上心理與行為會造成擁堵、踩踏等現象，不僅影響疏散效率，更會產生一定危險。

1.3 傳統疏散方式疏散機理與弊端

傳統高層、超高層建筑通過室內獨立封閉樓梯間疏散樓梯進行疏散，通過空氣加壓阻止煙氣進入，具有一定的疏散弊端：首先，疏散空間封閉，人員空間定位不清，容易產生心理恐慌，影響疏散效率，甚至產生踩踏風險；其次，疏散樓梯間封閉，外部救援機會為零，救援困難；最后，疏散樓梯間防排煙安全性主要通過空氣加壓實現，對設備依賴性極高。

1.4 多模態外向型垂直疏散的基本理論

針對以上問題，外向型疏散具有一定的優勢：首先，在疏散過程中空間開敞、定位清晰，可以有效減少心理恐慌、提升疏散效率；同時打破了傳統疏散樓梯對加壓設備的完全依賴，可以在一定程度上利用自然通風，但自然通風效果難以控制，還需結合具體情況進行深入分析；外向型疏散也可以為多種外部救援條件提供條件，增加救援機會。

對于高層建筑中室外樓梯的有效設置應用，其雖然優勢較為明顯，相對于室內樓梯的應用也能夠發揮出一定的美觀性和經濟性效果，但是因為其作為建筑物結構的外部構成單元存在，進而也存在著一些不良威脅和缺陷需要引起足夠重視。[2]本文整理了6種多模態外向型垂直疏散技術的基本模式，總結不同模式的特點、優勢及需重點關注的問題。對每種模式研究的關鍵要素進行分析，包括如何保證外向型樓梯作為疏散樓梯的安全性、如何更高效地發揮疏散作用、如何與建筑主體適配3 個主要方向。

2 技術落地性要素分析

多模態外向型疏散技術相較于傳統疏散方式具有一定的優勢，但同時也有諸多待解決的技術落地性問題，本節內容對不同模態需探討的共性技術問題進行分析整理，為后續深入研究做好準備。

2.1 安全性技術要素

安全性是疏散過程中極為重要的要素。外向型疏散技術雖然避免了傳統疏散模式中的許多弊端，但同時也會產生許多待解決的問題，其中安全性要素就是需要考慮的重中之重。

安全性要素主要分為3 大類內容：個體因素、樓梯本身因素、外部影響因素。

對個體因素來說，相較于封閉疏散樓梯間，外向型疏散解決了空間定位不清晰而造成的恐慌恐懼心理，但同時也會產生恐高心理等問題，如何通過建筑設計的方式解決此類問題是研究的重點。不同的外向型疏散模式對解決該問題都有不同的策略和方法，如多地表的模式由于自身空間形態便可有效緩解恐高心理，具有一定的優勢，而室外獨立疏散樓梯模式則需要重點考慮欄桿的高度、通透性等方向，在后續研究中應會分別重點研究。

樓梯自身的情況對于安全性也非常重要。保證樓梯安全是疏散的首要前提，樓梯本身的安全可以分為幾個方面重點考慮：樓梯的防火性能、樓梯的防滑性能、結構穩固性能、適宜的樓梯尺寸等。防火性能的設計不僅包括樓梯與所在防火材料的選擇，同時還需要考慮與建筑使用空間的聯系，避免因臨近建筑使用空間發生火災而影響到疏散樓梯的使用。對于防滑、結構穩定等要求，還需要重點考慮室外樓梯的特殊環境，對耐久性與特殊天氣等重點關注。

相較于封閉疏散樓梯間，外向型疏散樓梯受外部影響更大。外部影響因素主要可分為幾類：風環境的影響、雨雪等惡劣天氣的應對、室外溫度影響、室外煙環境的作用。外部天氣的影響需重點考慮結構穩固、樓梯防滑等要求，而煙環境的研究則要通過軟件模擬等方式，在不同模式下選擇適宜的策略降低煙氣蔓延，對不同模式得到不同的策略對應。

2.2 高效性技術要素

對高效性技術的分析主要分為疏散人員因素與建筑特征素。

疏散人員角度的分析，分為個體的人員要素與群體因素：個體要素的分析通過疏散環境的營造緩解人員的恐慌心理，進而減少個體的突發行為影響群體疏散效率；群體因素重點研究群體疏散的社會力作用行為、匯流轉向等行為及個體差異行為對疏散效率的影響。

建筑特征要素研究基于疏散人員因素，主要分為3 個大方向：樓梯本身通行能力、樓梯與外部銜接方式、其他救援方式的組合應用。樓梯本身的通行能力可以通過軟件模擬、結合現場踏勘、實踐調研等方式，探究不同的樓梯寬度、高度、坡度、每段數量、梯段間組合方式對疏散效率的影響；樓梯與外部銜接方式主要分析不同的出入口組織形式、垂直分段組織方式、平臺形式的影響等對疏散效率的影響；外部救援方式的組合應用則需分析不同模式為外部救援方式提供的條件，以及結合滑道、滑索等其他新型救援方式的可能。[3]

2.3 適配性技術要素

對適配性的研究主要從與建筑功能、平立面影響、疏散作用幾個角度進行適配性分析。如所研究的整體環繞式疏散相較于其他模式公共性較強，結合辦公、酒店功能時可以提供更多舒適的室外自然空間，而作為住宅則私密性較差，適配性不高；對平立面的影響主要考慮對平面使用率的影響、與立面造型的結合等內容；疏散作用角度則需要分析不同模式下樓梯的適用性，結合不同地區室外環境氣候特點進行分析。

3 6 大基本疏散模式及簡要分析

通過大量案例整理、實踐經驗、調研分析等，對外向型疏散樓梯進行分類總結，提出外向型疏散的6 大基本模式，不同模式有著不同的優勢與待解決的技術問題，這也是不同模式在后續深入研究中需要探討的重點。

3.1 外向型室內獨立疏散

外向型室內獨立疏散樓梯特點是疏散樓梯仍為室內樓梯，但位于主體建筑靠外的位置，能夠實現采光與自然通風（見圖1）。

圖1 外向型室內獨立疏散示意

與傳統疏散方式相比較，外向型室內獨立疏散樓梯能夠讓使用者有明確的空間定位，與外界環境有視線聯系，有效緩解恐慌心理。樓梯可以結合外部造型、玻璃幕墻進行系統設計，但需考慮人員使用過程中是否會產生恐高心理，結合具體情況進行維護結構設計。

香港匯豐銀行的建筑設計將疏散樓梯、衛生間、管井等均置于建筑外側，使用空間集中到建筑中部，空間開敞、分隔靈活，是外向型室內獨立疏散的典型案例（見圖2）。

3.2 外向型室外獨立疏散

外向型室外獨立疏散樓梯的典型特點是，疏散樓梯位于建筑外部，獨立于主體結構之外，為純外向疏散樓梯，與建筑主體相連（見圖3）。外側無維護墻體，具有天然通風采光效果，同時也會產生一定程度的恐高心理等相關問題。

圖3 外向型室外獨立疏散示意

室外獨立樓梯既可以節約建筑面積，又能夠有自然的采光通風，在多層建筑中更為常見，在高層建筑中應用較少，在后續的研究中，安全與恐高等問題是研究的重點。

杭州天目里藝術駐留中心，功能為藝術家工作室+展廳，作為藝術家工作、活動、展覽的空間，通過獨立的外部樓梯貫連各層空間，是外向型室外獨立疏散模式的一種形態（見圖4）。

圖4 杭州天目里藝術駐留中心

3.3 整體環繞式疏散

整體環繞式疏散的建筑空間特點主要為樓梯圍繞建筑螺旋式上升，樓梯結合各層室外平臺共享空間進行設計，滿足功能使用要求的同時結合建筑公共空間設置（見圖5）。

圖5 整體環繞式疏散示意

通常，整體環繞式疏散模式在各層空間均有室外平臺貫通，形成的“多地表空間” 能有效緩解恐高心理。同時結合建筑形式，室外樓梯上方多有頂部遮擋，一定程度上減少了雨雪天氣的影響，但仍要進行重點研究與設計。從高效性角度，室外平臺的擴大為樓梯形態的設計提供了更為自由的空間，可以有條件優化樓梯形態等，提高疏散效率。

典型案例如VIVO 新總部大樓，通過螺旋形式將公共空間引入建筑高處，形成多層露臺，通過樓梯貫通相連，實現不同平臺可達性的同時，也貫通了公共空間（見圖6）。

圖6 VIVO 新總部大樓

3.4 多功能共享疏散

多功能共享疏散是在室外獨立疏散樓梯基礎上，將樓梯與平臺、坡道、景觀、綠化等室外設施共同結合組成共享空間(見圖7)。

圖7 多功能共享疏散示意

多功能共享疏散模式一般位于建筑的同一側，與建筑室內空間聯系相對緊密。具有一定的室外活動空間，從恐高角度對樓梯的安全性設計更有利，可以相對自由地進行設計，因其位置與形態與室內空間的聯系更為緊密，因此，如何避免室內空間發生危險對疏散造成影響是后續需要研究的重要內容。

典型建筑案例為巴塞羅那菲拉萬麗酒店，利用建筑一側形成公共空間，公共空間通過樓梯、平臺等組合創造出舒適、互動的環境（見圖8）。

圖8 巴塞羅那菲拉萬麗酒店

3.5 多地表垂直疏散

多地表垂直疏散的空間模式為利用空中平臺、中庭、避難層等空間將建筑垂直方向分段，若干層為一個疏散單元，在單元內分別設置疏散樓梯或其他疏散設施（見圖9）。

圖9 多地表垂直疏散示意

多地表垂直疏散空間模式的典型特點是垂直分段，將高層建筑多層化處理，這對疏散時緩解人們的恐高心理有很大益處。安全性的設計還需重點考慮室外樓梯防滑、防煙、特殊天氣等要素。同時多地表垂直疏散提供了多處室外平臺，這也為與其他救援方式的結合提供了更多可能。

典型案例如新加坡OASIA 酒店，設計初衷是將生態多樣性引入建筑，通過空中多層平臺的方式設置不同高度的空中花園，實現休閑娛樂與社會交往。建筑形式垂直分段，在每段建筑中進行更為自由的設計（見圖10）。

圖10 新加坡OASIA 酒店

3.6 多棟建筑疏散備份

多棟建筑疏散備份的形式主要體現在多棟建筑之間，在單棟建筑垂直疏散基礎上增加了多棟建筑水平連接的形式，不同建筑之間的樓梯可相互使用，有助于提高建筑整體的安全性，提高疏散效率（見圖11）。

圖11 多棟建筑疏散備份示意

多棟建筑疏散備份模式后續設計的重點是連接體的安全與穩定。連接體與主體結構之間連接穩固，同時對水平連接體與主體建筑間防煙等問題應重點考慮。水平疏散通道的設計在該模式下尤為重要，水平疏散通道可以與避難層結合，與垂直疏散通道相連，增強穩定性[4]。從高效性角度，不同建筑高度、不同連廊高度、不同連接數量對疏散效率都會有不同程度的影響，這也是后續研究的重點。

在項目的實踐經驗中，對多棟建筑疏散備份模式也進行過探索。在工作室的某方案設計中，便提出了疏散備份的新理念。將兩棟高層建筑之間通過標高分別為150 m、200 m 高度連廊進行連接，其中一棟建筑發生火災或其他危險時，可以通過連廊利用另外一棟建筑進行疏散，提高安全性的同時也大大提升了疏散效率，更有利于保證災害發生時使用者的安全（見圖12）。

圖12 工作室項目實踐

4 結語

本文通過對多模態外向型垂直疏散理論研究、技術落地性要素簡析、6 大模式整理分析，形成多模態外向型垂直疏散的理論與研究框架，為后續各模式深入研究奠定基礎。

后續工作會對技術落地性要素進行重點研究，對6 大模式進行深入研究整理，通過實踐、調研、模擬等方式形成更為科學理論的成果。分析不同模式下外向型樓梯的安全性、高效性、適配性技術，進而希望在后續的設計中可以提供導引作用。