高层建筑穿梭电梯辅助疏散方案布置及优化研究

朱 艳

(苏州市消防支队，江苏 苏州 215005)

高层建筑穿梭电梯辅助疏散方案布置及优化研究

朱 艳

(苏州市消防支队，江苏 苏州 215005)

穿梭电梯布置方案是否合理，对超高层建筑的人员疏散效率有着重要影响。以某超高层建筑为研究对象，在避难层设置等方面均满足现行规范的前提下，分别以穿梭电梯均匀独立布置、成组布置、结合避难人数按需布置为原则，设计三种穿梭电梯布置方案，计算不同工况的人员疏散时间、穿梭电梯实际运载能力，分析对比多种穿梭电梯布置方案，寻找最优方案。研究发现，将穿梭电梯优先布置在位置更高或人数较多的避难层，有利于提高整体疏散效率。

超高层建筑；人员疏散；穿梭电梯

随着经济的发展，超高层建筑在各地不断兴建，建筑高度也在不断攀升。超高层建筑的安全疏散一直是困扰设计人员、监管部门和建设单位的重要问题，也是影响人员安全的重要因素。相关学者对超高层建筑疏散相关问题开展了研究。施碧波[1]分析比较了多个国家对超高层建筑相关设计参数的要求；亓延军[2]等人基于模糊层次分析法，构建了评价超高层建筑疏散效率的指标体系；姜阳[3]及陶李华[4]等人研究了分阶段疏散、延时疏散及组合疏散等不同策略对疏散时间的影响。当建筑高度超过400 m，若人员全部采用楼梯进行疏散，其整体疏散时间往往需要两小时甚至更久。虽然当前相关规范暂未将电梯作为优先选用的疏散工具，但对超高层建筑而言，如果能够采用满足安全要求的穿梭电梯进行疏散，将可能有效缩短疏散时间。曹奇[5]、肖泽南[6]及朱慧军[7]等人分析研究了采用穿梭电梯辅助疏散的可行性，给出了采用穿梭电梯辅助疏散的相关要求；Andree[8]等利用模拟技术，研究了人员在火灾情况等待电梯的时间分布；Klote[9]等对人员使用电梯进行疏散的运动时间进行了模拟，并提出电梯紧急疏散系统EEES的概念。

超高层建筑设计过程中，若采用穿梭电梯辅助疏散，不同的穿梭电梯布置方案，对疏散效率有着重要影响。本文以某超高层建筑为研究对象，在避难层设置方案、建筑结构及功能布局、穿梭电梯速度及运力等因素均不变的情况下，分别以穿梭电梯均匀独立布置、成组布置、结合避难人数按需布置为设计原则，设计三种穿梭电梯布置方案，分析不同穿梭电梯布置方案对整体疏散效率的影响。

1 研究对象概述

某超高层建筑高度为728 m，地上总建筑面积约37.5×105m2，塔楼138层，共设12个避难层，各避难层之间的高度均小于50 m，建筑上人高度598 m，裙楼9层，高67 m。塔楼建筑主体包括高层观光、七星酒店、公寓、办公及SOHO等功能空间；副楼包括商业、宴会厅及餐饮等功能；地下室以餐饮商业、后勤配套、设备用房以及停车功能为主。建筑内总人员约为32 000人，建筑内各区间段功能见表1。

为了确保人员快速进入各功能区，该项目结合各区域使用功能，设置4组共13台穿梭电梯，分别服务于低区、中区、高区及观光区。发生火灾时，疏散电梯仅停靠于指定的某个避难层与首层。穿梭电梯根据其运行区间不同，电梯的运行高度、运行速度等存在较大差异，各穿梭电梯的运行区间及相关设计参数如表2所示。

表1 建筑功能区信息表

表2 穿梭电梯参数表

2 穿梭电梯设置方案

结合该建筑的功能布局、穿梭电梯参数及人员数量分布等情况，遵循相关消防规范，分别以穿梭电梯均匀独立布置、成组布置、结合避难人数按需布置为原则，设计三种穿梭电梯布置方案如表3所示。

在超高层建筑中，体弱人群难以支撑跨避难层远距离疏散，为确保建筑中体弱人群及时疏散至室外，应尽可能在每个避难层设置电梯停靠，以将整个建筑内的体弱人群在较短的时间内疏散至室外。

表3 穿梭电梯设计方案表

基于穿梭电梯尽可能停靠于各避难层的原则，结合该超高层建筑的人员分布及电梯布置方案，提出了穿梭电梯辅助疏散布置方案(方案一)，如图1所示。该方案中，受建筑结构及电梯管井限制，13台穿梭电梯仅能服务于10个避难层，部分避难层无法设置电梯停靠。

图1 方案一电梯设置方案示意图

方案一穿梭电梯覆盖范围广，发生火灾后对老弱病残及火灾中受伤人员的疏散和救助效率较高。但该方案穿梭电梯停靠楼层较多，运行复杂，在整体疏散时，多部电梯多层停靠，电梯的控制与人员组织较为复杂，每部电梯和每个避难层均需工作人员加以引导，需要较多的工作人员，如处理不当，可能造成电梯疏散混乱，影响疏散效率。同时，建筑中每个区间段的人员数量和所需疏散高度存在差异，导致各避难层对电梯疏散需求不同，而该方案中主要考虑电梯多避难层停靠，未能有效兼顾各区间对电梯辅助疏散需求的均衡性，这可能导致个别区间段疏散耗时较长，影响整体疏散效率。

对方案二而言，该方案尽可能将每组电梯均停靠在同一楼层以减少电梯停靠楼层，如图2所示。相对于方案一，方案二穿梭电梯成组布置，电梯运行可靠性相对较高，便于管理。但该方案未兼顾功能区人员数量及电梯运行高度对疏散时间的影响，使得部分区域的电梯所需承担的疏散人数较多，导致区间段的疏散时间增大，从而影响整体疏散效率。同时，该方案中，53F～100F之间的4个避难层内未设置电梯停靠，该区间的人员无法通过电梯疏散，体弱人群需利用楼梯跨越4个避难层后方能利用电梯疏散，疏散难度较大。

图2 方案二电梯设置方案示意图

前述两个方案中均未充分考虑功能区所需疏散人数和电梯运行高度对整体疏散效率的影响，可能导致在疏散过程中，部分电梯疏散压力较大而部分电梯闲置的现象存在。为了有效缩短超高层建筑人员疏散时间，应在综合考虑各区间的人员数量、人员组成以及所需疏散的高差等因素的基础上，合理布置穿梭电梯，确保建筑中电梯较高的使用效率。

方案三本着有效提升整体疏散效率的目的，在前述方案基础上，优化电梯布置方案，如图3所示。相对于方案一，其电梯运行方案可靠性更高，同时兼顾了顶部观光区等人员组成复杂的功能区的体弱人群救助的时效性。与方案二相似之处，方案三中电梯基本成组布置，有利于电梯的组织和管理，不同之处在于，该方案考虑了人员所需利用楼梯疏散高度的影响，减小了电梯停靠楼层之间的高差，有利于人员在楼梯段疏散效率的提高。

图3 方案三电梯设置方案示意图

同时，该方案还考虑了人员分布对建筑整体疏散的影响，电梯分布方案旨在解决建筑整体疏散过程中存在的瓶颈，提高穿梭电梯的使用效率，缩短整体疏散时间，提升建筑消防安全水平。

3 疏散时间计算及分析

超高层建筑中，穿梭电梯辅助疏散的效率受电梯运行速度、最大载客量、电梯加速时间及运行区间高差等因素影响。结合该建筑的实际情况，计算出每部电梯的运行周期和人均疏散耗时，见表4。

表4 电梯运行时间及运载能力计算表

从计算结果可看出，在同一个区间段内，其电梯速度相同，随着高度的增大，单人所需的疏散耗时增大，电梯疏散效率随着高度增加而降低。因此，针对同一疏散区间段，其电梯分布应结合人员数量和疏散最大耗时来综合分析，合理分布电梯台数，以使整个区间段内各个避难层的所需疏散时间差距最小，可有效提高电梯使用效率，缩短疏散时间。对于整个建筑而言，穿梭电梯停靠层位置越高，电梯运行周期越长，使得高区的人员疏散耗时较低区大幅增加。表5给出了三个方案的各区段疏散时间。

由表5可知，方案一中穿梭电梯在10个避难层停靠，部分区间段的人员数量较多，单独一台电梯难以及时将该区域人员高效疏散至室外安全区域，低区所需疏散时间较长，全部利用电梯疏散至室外，需要318 min，而在208 min以后，中区和观光区的疏散电梯已经处于闲置状态，因此，该方案电梯整体的利用率不高，从而导致整体疏散时间较长。方案二中，105 min以后，高区和观光区的人员已疏散完成，但低区和中区由于负担人员数量较多，导致整体疏散时间较长。方案三相对于其他两个方案其整体疏散时间较短，疏散效率最高。同时可发现，随着高度的增加，方案三中其各区域的所需疏散时长越来越短，这是由于发生火灾后，一旦控制不当，容易造成火灾竖向的快速蔓延，因此，该方案在保证整体疏散效率的前提下，尽可能提前疏散高区人员，确保建筑整体疏散的安全性。

表5 不同方案疏散时间统计表

4 结论

4.1 计算结果表明，随着高度增加，单位时间内电梯的实际疏散效率呈下降趋势，因此，为提高电梯的利用率，减少电梯在疏散过程中的闲置时间，电梯的停靠位置应与人员分布情况相结合，减少各区域电梯所需运行时间的差距。

4.2 为提高电梯的运载能力，对于位置较低的避难层，可不设置电梯疏散，该区域人员可通过楼梯疏散或等待外部救援。考虑到人员体能及疏散效率，高层建筑内采用电梯疏散的两个避难层高差不应大于100 m。

4.3 超高层电梯辅助疏散方案设计中，需综合考虑电梯的运行方案、功能布局、疏散效率及成本投入等多方面因素，确定高效可靠的辅助疏散电梯的设计方案，如条件具备，应结合项目实际情况进行多方案模拟对比，以确定最优方案。同时要注意，实际应用时穿梭电梯应满足相关安全要求。

[1] 施碧波.各国超高层建筑整体疏散安全度的比较分析[J].消防技术与产品信息,2011(2):36-42.

[2] 亓延军,梅鹏,陆松.基于模糊层次分析法的某超高层建筑疏散效率分析[J].火灾科学,2011,20(4):185-192.

[3] 姜阳.超高层建筑疏散策略研究[D].沈阳:沈阳航空航天大学,2015.

[4] 陶李华,伍卫军,徐亮.超高层建筑人员安全疏散探讨[J].消防科学与技术,2010,29(6):497-499.

[5] 曹奇,黄丽丽,肖修昆.超高层建筑人员电梯辅助疏散及其影响参数研究[J].火灾科学,2013,22(4):207-212.

[6] 肖泽南,禹洪.超高层建筑疏散楼梯的弊端及辅助疏散设施的研究[J].工程抗震与加固改造,2014,36(增刊):11-15.

[7] 朱惠军.超高层建筑高速穿梭电梯辅助疏散的可行性[J].消防科学与技术,2012,31(9):931-934.

[8] ANDREE K,NILSSON D,ERIKSSON J.Evacuation experiments in a virtual reality high-rise building:exit choice and waiting time for evacuation elevators[J].Fire & Materials,2016,40(4):554-567.

[9] KLOTE J H.Feasibility of fire evacuation by elevators at FAA control towers[R].NISTIR 5445,Gaithersburg,Maryland:Building and Fire Research Laboratory,1994.

(责任编辑 李 蕾)

Layout & Optimization of Evacuation Elevator System of Super High-rise Buildings

ZHU Yan

(Suzhou Municipal Fire Brigade, Jiangsu Province 215005, China)

The layout of the evacuation elevator has a great impact on the efficiency of high-rise building occupant evacuation. A typical high-rise building has been chosen to study the evacuation efficiency with 3 kinds of evacuation elevator layout, namely independent layout, group layout, demand-based layout. The best solution is found on the basis of the calculation of evacuation time of different elevator layouts, the capacity of the evacuation elevator and the analysis of its layouts. The results show that evacuation elevators shall be placed at the higher refuge floor where more people are gathered.

high-rise building; occupant evacuation; evacuation elevator

2017-05-27

朱艳(1982— )，女，重庆人，工程师。

TU998.1

A

1008-2077(2017)08-0055-04