超高層建筑快速疏散問題初探

●張 鑫

(上?，F代建筑設計集團華東建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

眾所周知，超高層建筑的安全疏散一直是大眾關注的問題，也是業內人士重點研究的問題?！?·11事件”釀成數千人重大傷亡事故的主要原因之一就是快速疏散問題。從有關報道資料來看，世界貿易中心被飛機撞擊到完全坍塌經過近1 h(南樓56 min)，在這段時間里大樓內只有一部分人員得以逃生。因為在緊急狀態下，幾千人都要從疏散樓梯向下疏散，再加上人多相互擁擠，其所需疏散時間是相當長的。世界貿易中心南北塔樓高均為110層，每個塔樓標準層建筑面積為4 032．25 m2，每個塔樓每層可容納辦公和參觀人員之和約500人，每個塔樓內有4部疏散樓梯。根據我國《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱《高規》)第6．1．13條的條文說明給出的使用一部寬度為1．10 m的疏散樓梯將高層建筑里的人員疏散到室外的時間表可知，如此規模的超高層建筑，要使樓內人員全部疏散到室外，至少需4 h以上。

試想，如果世界貿易中心里有一種快速疏散通道，使得大樓里的人員在30 min內就能完全疏散到室外安全地帶，就不會造成如此巨大的人員傷亡了。在超高層建筑里工作和生活的人們能否保證在大樓一旦發生意外時，在最短的時間內快速疏散到安全地帶是十分重要的。隨著人類社會的不斷發展，科學技術的不斷進步，超高層建筑的快速疏散問題將成為各國建筑師們研究的課題。從當前世界各地已經建成的或正在建造的超高層建筑來看，疏散方法仍舊是采用普通的疏散樓梯。在一些報道中雖然也有采用疏散滑袋和專用疏散電梯等方法，但因受各種條件所限，有些新的疏散方法也很難滿足成百上千人在較短的時間內從高樓大廈里疏散出來。另外，因有些新方法成本高構造復雜也很難普及應用。因此，關于超高層建筑快速疏散問題，到目前為止，仍然未能找到經濟、適用、方便、可行的方法。筆者針對這一問題進行分析研究，大膽地提出一種快速、新穎、經濟、實用的疏散方式——快速疏散滑道。它較傳統的疏散樓梯疏散速度要快得多，可解決超高層建筑快速疏散這一難題。

1 快速疏散滑道的設想

我們知道，人在平地上行走的速度大約是1 m·s-1，成年人若以較快的速度行走可在1 min內走完100 m的路程。對于100 m高的大樓，人從頂層由疏散樓梯向下行走至樓外，至少需要30 min。應該說采用傳統的樓梯疏散方式來解決超高層建筑的快速疏散問題，無論如何是不可能在較短的時間內疏散高樓內所有人員的。由于在緊急疏散時樓梯里人員眾多，其疏散速度會更慢，疏散時間會更長。那么，是否有更好的辦法使得人員在100 m高度以上的大樓內，僅需十幾分鐘或半個小時就可疏散到地面安全出口呢?回答這樣的問題不應該是完全否定的，是有可能解決的。如滑雪者借助于雪山的斜坡和地球引力產生的下滑力，只需幾分鐘就可從幾百米高的雪山頂滑到山腳，也就是說人在坡道上滑行要比步行快得多。人之所以能在坡道上向下滑移，其主要原因是地球的吸引力G使得在坡道上的人或物體產生向斜坡方向的拉力F。當F大于摩擦力f時，人或物體就會以加速度向下(斜坡方向)滑行，當F小于摩擦力f時，人或物體在斜坡方向處于靜止狀態，如圖1所示。為了控制人在斜坡上下滑的速度，可通過調整滑道的坡度和表面材料，以達到人們可以承受的下滑速度。

圖1 人在斜坡下滑時的受力圖

由此可見，設想在超高層建筑物中設計一種螺旋形下滑坡道(快速疏散滑道)，當有人坐在或半臥在這種坡道上時，由于地球引力，人就會自動向下滑移。超高層建筑內的每層疏散樓梯1 min只能通過幾十人，快速疏散滑道每層1 min可疏散上百人甚至更多。對位于上百層高樓內的人群來說，選擇快速疏散滑道不但疏散速度快，而且其疏散能力也較普通疏散樓梯要大得多，這也許是超高層建筑快速疏散的一種好方法。當然，快速疏散滑道的疏散能力與其坡度和寬度等因素有關，具體參數有待于試驗研究確定。

2 快速疏散滑道設計方案探討

經上述分析可知，采用滑道疏散比采用傳統樓梯疏散要快得多。但有一個難題必須解決，就是人在螺旋式滑道中向下滑行時，不到30 s大多數人就會頭暈目眩。當人從幾十層高樓滑到底層時，可以說所有的人都會感到天旋地轉，短時間內根本無法站立和行走。當上部仍有大量的人員從滑道向下滑到底層時，會出現人員堆壓而釀成踩踏事故。由此可見，螺旋形滑道無法用于高層建筑的快速疏散。如何設計一種滑道可以使人們在其中向下滑行時不會頭暈呢?借鑒兒童用娛樂滑梯的形式，同時結合人的生理特點，即當人圍繞一個圓沿一定方向快速行走時，走不了幾圈頭就會發暈。而當其繞“8”字形布置的兩個圓，分別以順時針、逆時針連續快速行走時(筆者自己也體驗過)，不論走多長時間，頭都不會發暈。為此，以兩個圓組成“8”字形作為疏散滑道的平面基本形式，如圖2所示。

圖2 快速疏散滑道的形式

疏散滑道平面形式為以兩個內徑2 m的圓組成的“8”字形，滑道與水平面夾角暫定為30°，滑道寬度暫定為0．5 m(只考慮每次單人滑行)。繞“8”字形每循環一次，以滑道中心線標高變化為準，其下降高度為8．16 m，如圖3所示。

圖3 滑行高度示意圖

對于層高在3 m左右的高層建筑，每層樓都可設置輔助滑道進入“8”字形主滑道。主滑道布置有兩種方式，輔助滑道可以從(不同標高的樓面)3個點與主滑道相連，如圖4所示。由圖4可見，不論“8”字形如何布置，在繞“8”字循環一次的8．16 m高度范圍內，大約有3處可以和主滑道相連接(如圖4中3個箭頭所示)，即這種形式的滑道可適用于各種層高的建筑?？赏ㄟ^調整“8”字形滑道的內徑、坡度等來滿足建筑的快速疏散。

3 快速疏散滑道應用的可行性分析

圖4 滑道布置方式及入口

超高層建筑采用快速疏散滑道是否可行，可從以下幾個方面進行討論:(1)人們的心理承受能力。當一幢超高層建筑一旦發生意外，樓內廣播系統會通知人們進行緊急疏散，人們首先想到的是如何盡快地離開危險之地?？焖偈枭⒒李愃朴趦和珗@內的螺旋形滑梯。只要人員坐(或半臥)在其上，人的身體在重力的作用下會自動下滑?？焖偈枭⒒纼蓚扔蟹雷o設施，人是不可能滑到滑道之外而產生危險的。如果在滑道上坐不穩可以半臥(或躺在)其上也能滑到大樓的底層，并在底層設置緩沖段以確保下滑人員的安全。由于采用“8”字形滑道，不論人員從多少層向下滑，在以順時針和逆時針不斷交替方式下滑時，一般不會發生頭暈現象，對于成年人來說是可以接受的。(2)人們的生理承受能力。當人們坐或半臥在這種快速疏散滑道上時，由于重力的作用人的身體就會自動向下滑移。人的臀部、背部等身體部位要接觸到滑道的表面，如遇夏天因衣服穿的較少，這些部位的局部皮膚在較長時間的摩擦下有可能受到損傷。為了解決這一問題，可在每層樓安全出口處(即在快速疏散滑道入口處)，按該層樓最多疏散人數存放足夠數量的(類似于救生衣的)輔助下滑防護墊。這種輔助下滑防護墊可用耐磨材料制成寬約0．6 m的矩形墊塊，每個防護墊設兩對快速扣緊的繩扣，它可保護人的臀部和背部在下滑時不會被擦傷。防護墊與滑道面接觸的材料要滿足兩點:一是要耐磨，可經過試驗確保在下滑全過程中不會被磨破;二是與滑道接觸的面要光滑，摩擦力要小。當滑道表面材料確定之后，防護墊與滑道之間的摩擦系數基本可以確定了。因此，可以計算出滑道采用多大坡度較合適，以滿足滑動速度的要求。由此可見，快速疏散滑道對于大部分人的身體是可以接受的。這種疏散不像人員在疏散樓梯中行走，如果前面的人行走緩慢則直接影響后面的人員疏散。一旦有人在樓梯中摔倒，那后果就不堪設想。在快速疏散滑道中則不存在這種現象。假設有人躺在其上，在重力的作用之下，凡是在滑道上的人員都會自動向下滑移，不可能像疏散樓梯中若有人摔倒，有可能相互踩踏而導致人身傷亡事故。人員在快速疏散滑道上滑行充其量不過受些皮肉之傷，而無性命之憂。(3)快速疏散滑道的應用范圍?？焖偈枭⒒滥壳霸谑澜缟线€沒有應用的先例。對于超高層建筑(或高層建筑)采用快速疏散滑道來解決緊急疏散，應該是比較先進、實用、方便的方法，它較專用疏散電梯的優點是不需要任何動力，即使在全樓停電的狀況下也不會影響疏散。惟一的缺點是在超高層(或高層)建筑中每層需增加約30 m2的建筑面積。但它疏散的效率較普通疏散樓梯要快6～7倍。如《高規》第6．1．13條的條文說明中列舉的50層高樓，每層240人，所需疏散時間為131 min。50層高樓(層高平均以3 m計)總高約150 m，如圖3其“8”字形快速疏散滑道總長約360 m。位于頂層的240人進入滑道的時間大約(以每人3～5 s計)需12～20 min。人在滑道上滑行100 m約需時間12 s，滑行360 m所需時間約為43．2 s。由此可估算出最后一位滑到底層所需時間約為(240×5+43．2≈1 243 s≈20．8 min)21 min。由此可見，采用快速疏散滑道疏散時間還不到30 min，其疏散時間僅為普通疏散樓梯的16%，大大縮短了疏散時間，充分體現出了快速疏散滑道的優勢。

4 快速疏散滑道的應用問題探討

快速疏散滑道的應用首先涉及到試驗研究問題?？焖偈枭⒒朗且环N新的疏散方法，要使其在超高層建筑(或高層建筑)中得到應用，還需要進一步去研究實踐。它的構造原理實際上是很簡單的，就是利用地球引力使得人員在坡道上下滑。下滑的速度和坡道的坡度及其表面的光滑度有關。除此之外，快速疏散滑道的設計主要涉及到以下幾個問題:一是快速疏散滑道的坡度;二是“8”字形快速疏散滑道的寬度;三是坡道表面采用何種材料等一些實際應用問題。本文只是初步探討快速疏散滑道，這些實際問題不再贅述。

［1］傅剛，費菁．“雙塔——隨風而逝”［J］．世界建筑，2001，(10)．

［2］F哈特，W海恩，H桑塔格．鋼結構建筑資料集［G］．北京:中國建筑工業出版社，1983:162．

［3］GB 50045-95，高層民用建筑設計防火規范(2005年版)［S］．