電梯疏散在高層建筑中的應用

張 倓

（貴州裝備制造職業學院，貴州 貴陽 551400）

隨著城市化進程的加快，越來越多的高層建筑被用于住宅和商業用途。迪拜塔為摩天大樓中最高的，高度達到828 m，世界上最高的住宅樓（總樓層的85%是住宅用途）共有98層，高度為470 m。這些高層建筑物中容納了很多人員，如果突然事故出現，傳統的疏散方法和策略并不適用于電梯疏散，人員的快速逃離和安全保障是極其的困難。因此，研究高層建筑電梯疏散問題，探索有效的策略與應對措施具有重要意義。文章通過調研和分析高層建筑電梯疏散相關的理論與實踐，結合模擬分析，為高層建筑電梯疏散的規劃和管理提供有價值的參考。

1 高層建筑電梯疏散中存在的困難和挑戰

1.1 人口老齡化和功能受限者

人口老齡化是一個全球現象，每個國家的老年人比例都在增加，特別是在亞太地區，在這30年內會迅速增加。到2030年，世界上每六個人中就有一個超過60歲，預計這一群體將在2030年底增加到14億，并在2050年翻一番，達到21億，在高層住宅建筑中，由于老年人口的比例不斷增加，會進一步增加高層建筑疏散的挑戰?；馂乃劳鋈藬档脑黾?，突出表明老年人的脆弱性?；加新约膊。ㄈ缧难芗膊?、中風、糖尿病、癌癥、關節炎、骨質疏松癥和肥胖癥）的人群在生理功能上有限制，從而會影響安全疏散。有效的疏散應考慮老年人和功能受限者的具體需求，如何提高設備設施的無障礙性，適應好老齡化和尊重功能受限者，人群分布的變化給政策規范制定和設施管理帶來了挑戰。

在這個老齡化和高度城市化的社會中，樓梯不可能為所有人提供逃離建筑物平等的機會，功能受限的人群在通過樓梯疏散時更難到達安全的地方。在高層建筑中使用電梯進行疏散，可以幫助有功能限制的人，使得此類人群在事故發生時減少恐慌。

1.2 電梯本身安全隱患

一般的電梯在設計和材料選擇時就未考慮到火災高溫等極惡劣服役條件的安全保障需求。電梯可分為八大系統：曳引系統、轎廂、導向系統、電氣控制系統、門系統、安全保護系統、電力拖動系統、重量平衡系統，當這八大系統遭受高溫沖擊時，可靠性都會受到破壞。電梯轎廂在遭受火災高溫襲擊時可能變形，甚至失去控制，層門和廳門可能無法正常開啟。導向系統在高溫后移位、彎曲甚至扭轉，導致轎廂或對重不能正常垂直移動?；馂目赡軐е码姎庠O備、線路損壞和安全保護系統毀壞，使電梯癱瘓威脅到電梯內的人員生命，并給消防人員進行救援帶來極大困難。此外，電梯使用的電纜絕緣層在高溫下容易分解釋放有毒有害氣體，對轎廂內的疏散人員可能造成致命危險。這些安全隱患使得在火災中使用電梯疏散存在困難。

1.3 煙囪效應

電梯的煙囪效應是因為電梯井道外溫度低于井道內溫度時，空氣會沿著井道向上流動，室外的冷空氣由門窗和廳門進行井道內，與井道內的熱空氣形成對流，形成明顯的氣壓差。高層建筑中，熱量和煙霧會加速井道內的煙囪效應，氣壓差增大，容易引起開關門故障、亂流導致轎廂搖晃和部件機構震動異響，外部新鮮空氣大量涌入火源中，導致煙霧和熱氣快速傳播到其他樓層中，因此高層建筑中火勢蔓延的速度相比低樓層更急速。

轎廂上下部都設置有通風孔和安全窗，防止乘客窒息，確保轎廂內部有效通風，大多數電梯還配備了風扇確保正常通風。然而，這些通風設施也為煙氣蔓延提供了途徑，對轎廂內的人員構成極大威脅。電梯運行會使電梯井防煙功能失效，電梯上下運載和轎廂門的開關會導致火勢迅速蔓延。電梯疏散時層門的打開會為火災提供氧氣，同時也為火勢和煙氣蔓延提供通道。

1.4 電梯供電保障

在高層建筑火災情況下，電梯的供電電纜很容易遭到燒毀破壞，導致電力拖動系統無法正常運行。人為切斷電梯的供電電源和消防滅火水進入電梯系統中也會導致供電的中斷。這些情況的出現會讓電梯無法用于人員疏散，而且突然停電很可能導致人員被困，由于高層建筑人員密集，火災情況下，人們的恐懼情緒會相互影響和傳染，本能的求生欲望常常會導致行為失控。當使用電梯進行疏散時，人們會擁擠進入轎廂，由于運載能力有限，電梯極易因超載而無法運行造成混亂，大大影響了電梯的運行效率和整體疏散速度。

2 電梯疏散的必要性

2.1 疏散的本能反應

人類在面臨火災時本能地尋找安全區域，迫切地渴望生存并盡力逃脫任何危險。通常情況下，緊急逃生的心理驅使人們選擇他們最熟悉的逃生路徑。對于長期生活或工作在高層建筑的人群，最熟悉的上下交通方式就是電梯，在火災視野受限的情況下，大部分人群只記得電梯位置，對于樓梯通道的方向并不熟悉，因此在火災發生后，有相當一部分人會迅速前往電梯廳，試圖利用電梯逃離危險區域。

2.2 單一疏散手段的缺陷

單一的疏散手段容易引發混亂和不必要的傷亡。目前，樓梯是常用的消防疏散方式，但對于高層建筑來說，這是一個巨大的挑戰。在火災發生時，人們的心理行為往往難以預料，如出現混亂和擁擠踩踏事件，將導致更多意外傷亡?？吞菥哂锌焖俸透咝У奶攸c，有學者通過模擬試驗發現一名旅客位于1 020 m的大樓頂部觀光層，在不考慮該旅客實際體力及疏散時擁堵的情況下，如采用最快速的電梯疏散至室外僅需要9 min。將電梯與樓梯按照區域進行有計劃的疏散可以減少不必要的傷亡。

2.3 疏散的廣泛使用性

發生火災后，位于超高層建筑上部樓層的人員很難通過樓梯疏散至地面，使用樓梯進行疏散需要消耗大量體力，需要很長時間，導致大部分人來不及逃生被困在樓上?；馂陌l生時會產生許多不利于疏散的因素，導致樓梯擁堵。如果疏散路徑受阻，還會加劇人們的恐慌和引發騷亂等不良后果。高層建筑中人群的組成較復雜，對于老年人、行動不便的殘疾人和兒童等弱勢群體來說，使用樓梯疏散會嚴重影響整體疏散速度，并增加他們自身受傷的風險。因此，對于這類人群，電梯無疑是高層建筑人員疏散廣泛性的唯一選擇。

3 疏散研究

3.1 虛擬仿真等新技術

國外學者基于地鐵站3D模型創建了一個虛擬環境，用于分析地鐵站中疏散電梯的使用情況和可接受的等待時間。虛擬仿真試驗提供新的技術方向來增加疏散過程中電梯的使用：通過智能手機提供疏散路線，選擇使用疏散電梯的人的百分比有所提高，而更多的人在獲得電梯疏散指示和電梯到達時間的聽覺和視覺標志時，會選擇電梯。試驗中電梯的倒計時計時器可以略微增加電梯的可接受等待時間。

眼動跟蹤設備用來研究疏散時指示標志的作用，高層酒店中進行了真實的實驗收集信息，實驗人員并未提前告知且實驗不重復測試，結果表明當人群在進入酒店時提前被告知電梯是可靠的，人們更愿意使用電梯疏散。在火災期間，警報器和綠色閃光燈可以提高人們注意指示標志的意識。

很多學者通過模型模擬高層建筑的最優總疏散策略。通過Pathfinder模型和STEPS模型進行分析電梯疏散可以顯著減少總疏散時間，同時使用樓梯和電梯的優化疏散策略，與傳統方法相比效率提高了41%。電梯疏散作為一種疏散出口，可以減輕樓梯間的合并行為，防止行人流量的速度下降。

3.2 選擇電梯作為疏散方式的影響因素

調查研究表明人們對使用電梯和樓梯的選擇。樓層高度、電梯等待時間和人群密度是決定人們選擇電梯作為疏散方式的三個主要因素。大多數人在疏散時不會考慮使用電梯，盡管他們被告知電梯是可靠的。當為建筑物設計疏散系統時，應該考慮引入更多的安全顯示標識，顯示電梯安全性的簡單標志不足以說服人們使用電梯進行疏散。

與高層建筑的人相比，居住在住宅樓里的人等待電梯的時間往往更短，原因可能是因為他們熟悉大樓內的其他疏散路線，相比之下，辦公樓里的人在日常生活中更多地使用電梯。計時器被認為是非常有用的，可以為人們提供更多關于電梯的信息，它還可以幫助管理團隊指導人們等待更長的時間。

在疏散期間是否有人陪同是最重要的因素，特別是對英國人來說。當他們身體健康時，會更多地使用樓梯，而當他們需要輪椅陪伴時，大多會使用電梯。陪伴有輕度限制人群也表明使用電梯的可能性增加。在設計疏散策略時，應重點考慮功能受限的人，因為疏散時間不僅取決于此類人群的疏散，還取決于其他建筑物居住者的行為。居民建筑物中的人口特征對于適當的疏散計劃是必要的，同時也要考慮電梯中容納坐輪椅的人所需的空間。

3.3 疏散策略

人們在火災情況下，可能發生正常情況難以出現的認知功能失調、情緒波動、應激反應等情況，隨著著火范圍的擴大和火勢的惡化，爭搶乘梯順序也會增加騷亂發生的概率。電梯除安全到達首層外的每一次開關門，恐懼心理都極易產生騷亂。在疏散電梯向下運送人員時，非常重要的模式是直達模式。只要從樓層內接到人員轎廂就開始下行，不考慮以下其他樓層是否存在呼叫情況、不考慮是否滿載，直接將人員運送到地面層。

疏散過程中，如將低層人員運載至高層，極易產生恐慌。一臺電梯的容量是有限的，如在疏散中已經有一次開關門載人的進程，即使未滿載在中途?？恳矊⒌⒄`時間影響效率。因此，疏散中消防滅火的級別要高于普通用戶的，在開始階段發生火災樓層及上下一層應高于低樓層，在后期時降低其優先級。尤其重要的是當電梯?？康蜆菍訒r，即使高層外呼也不能響應呼叫。

在火災樓層或鄰近火災樓層的人乘坐電梯的意愿較低，這意味著疏散策略可不優先考慮將電梯送到火災樓層或相鄰樓層。但是，最緊急的情況發生在著火樓層或相鄰樓層，所以應該研究火災層電梯與樓梯的協同疏散具體方案。當涉及撤離期間的指示時，不熟悉人群使用電梯疏散概率降低，與酒店或其他有流動人口人群相比，住宅建筑中的居住者相當穩定，這意味著讓居住者與負責住宅建筑物消防安全的人緊密聯系，可以幫助管理團隊提高疏散指示的有效性。

4 結語

隨著高層建筑的增多和老齡化問題的突顯，文章結合理論與模擬結果分析電梯疏散的困難挑戰與必要性，得到的主要結論如下：

（1）電梯疏散對于火災事故下高層建筑中老齡人群和功能受限制群體逃離危險區域具有很好的實際應用價值和意義。

（2）虛擬仿真、視覺跟蹤等新技術在電梯疏散中的研究可以提高人群在疏散中優先選擇電梯進行疏散。

（3）等待時間縮短、安全逃離標志指示、語音播報和樓梯-電梯協同疏散等方式能有效地讓人群減少恐慌，增加電梯疏散的效率和可靠性。