针对某高层办公区 不同形式逃生楼梯疏散研究

王俊　何璇　李振东

近年来，办公空间模式发展迅速，办公区是员工尽职尽责，团结协作积极开展工作的最佳平台。由此，为员工提供一个安全的环境尤为重要，火灾是高层建筑类一种主要灾害，一旦突发紧急火灾，极易造成人员重大伤亡，而高层办公区中楼梯作为疏散单元中极其重要的一个因素，对人员整体逃生时间、人员能否安全有序撤离火灾现场起重要作用。

据国内外研究，胡传平等人选取某高层住宅火灾为研究案例，采用电梯疏散ELVAC模型和楼梯疏散SIMULEX模型，分析了电梯数量、人员分布等对电梯疏散的影响。宋文华等人结合火灾发展的规律、火灾初期电梯疏散的原理，建立了高层建筑在火灾初期利用电梯进行人员疏散的模型。杨海明、赵道亮等人运用Building EXODUS从不同建筑高度、不同人群密度、不同人员类型3个方面，运用楼梯模式、A型Shuttle Floor模式、B型Shuttle Floor模式、Sky lobby模式4中模式进行模拟，提出每种情况的最优疏散策略。李建霖等人借助软件FDS及软件Pathfinder研究高层住宅突发火灾时人员多类逃生方案。大多数研究应用传统楼梯逃生方式的学者未在楼梯多样化方面展开探讨，而突发火灾时因电路方面引起的电梯能否正常运行的不确定性较大。于是模拟进行该高层办公区疏散时不采取电梯逃生方式，以减少不确定性伤亡。

安全人机工程学指出，从根源上解决安全隐患是最保障的。须制定突发事故时人员的安全逃生方案，培养人员的安全意识，另外通过安全人机工程学设计出最适合人员紧急疏散的楼梯宽度，并应用到办公区计算机模型上，从而对比使用三种不同楼梯设计所需逃生时间，楼梯间、楼梯口的人员密度，直观的勘测人员逃生实时状况。

利用安全人机工程设计最佳逃生楼梯宽度，制定Pathfinder模拟中人员逃生相应数据

安全人机工程指出，设置安全功能距离H2，设定人流股数n，根据国标GB10000-88公布的肩宽分布可求出符合安全人机工程的楼梯宽度：

利用安全人机工程学设计楼梯宽度：

H=nH1+H2

由于男性肩宽普遍比女性肩宽更宽，所以我们取男性肩宽计算。据国标GB10000-88公布的肩宽分布里18-55岁男性肩宽第99百分位数为415毫米，设置安全功能距离H2为2米，设定人流股数n为4，带入公式求得H为3660毫米，故楼梯宽度设为3660毫米。

模拟办公区共计12层，每层配有工作人员约60名，共720人。如图1a、图1b所示。图1c为办公区平面结构图，图1d-f为部分楼梯区域人员疏散实时视图。

设定年龄结构在25-35之间，突发火灾人员逃离时初始逃生速率均为2.8米每秒。办公区每层占地总面积9800平方米，其中员工工作区占地面积为3500平方米，每层均设有展示厅且占地1320平方米，会议室一间占地880平方米，每层有6间独立办公室，每间占地约209平方米，设有健身房占地880平方米，以及厕所、设备准备间、检修房等如图1b图所示。一楼设有三扇逃生出口，正门宽6米，两后门宽5米。

利用软件Pathfinder分别对该办公区不同楼梯设计方式进行模拟火灾逃生

1.Pathfinder是基于人员疏散的计算机仿真模拟器，专门提供高性能可视化3D实时动画模拟，可透明化地清楚显示人员在房间、楼道、楼梯间的疏散情况。建立该高层办公区通过楼梯逃生的三种不同模型：A型楼梯，特点：二汇一双流式，未配备紧急逃生通道，如下图2a图所示。B1型楼梯，特点：单流式.未启用紧急逃生通道，如下图2b图所示。B2型楼梯，特点：单流式，启用紧急逃生通道，如下图2c图所示。其中B1型楼梯与B2型楼梯均采用单流式逃生楼梯，而B1型楼梯未启用紧急逃生通道，B2型楼梯的楼梯面积与A型楼梯的楼梯面积相等。

2.接下来对比两种类型的相应数据，分析两种类型的逃生数据。通过模拟发现使用A型楼梯逃生总共耗时195.5秒，使用B1型楼梯逃生总共耗时200.0秒，而使用B2型楼梯逃生总共耗时185.0秒。通过对比可知利用B2型楼梯逃生，逃生总耗时比使用A型楼梯逃生快9.5秒，比使用B1型楼梯逃生快15秒。可见利用B2型楼梯逃生可更迅速的逃离火灾现场，减小了人员的伤亡，提高了人员安全逃生几率。

3.通过疏散时楼梯人员流动的通畅情况可以更直面的分析人员逃生状况。如图3a图所示为使用A型楼梯逃生过程中途人员流动实时状态，可以直观的发现在楼梯的转角处，人员逃生时由于空间狭小出现人员拥堵排队疏散现象，仅少量人员疏散时活动空间充裕。

如图3b图所示为使用B1型楼梯逃生过程中与A型楼梯相同时间点楼梯人员实时流动状态，图中明显可以看出逃生人员基本呈走路状态，过于拥堵的楼梯已经严重妨碍人员逃生。

如图3c所示为使用B2型楼梯逃生，图中人员逃生空间充裕，未出现明显拥堵现象。

模拟对比发现，相对于A型楼梯和B1型楼梯，使用B2型楼梯逃生模型逃生，楼梯空间人员逃生时可活动区域更大，便于人员逃生。

4.不同的楼梯逃生类型速度热图也有着明显的差异。由于初始速度设置值相同，但是人员逃生时速度可能因擁堵排队而降低。下面分析三种类型下人员逃生的速度热图，通过速度热图分析人员流动时拥堵程度。

如下图4a-c图所示分别为使用A型楼梯、B1型楼梯、B2型楼梯人员的归一化速度达峰值时的实时状况图，对比右侧N.speed值观察出人员使用A型楼梯时在楼梯区域逃生时Normalized.speed值仅达0.5-0.6之间，速度大小在1.4-1.6米每秒之间。使用B1型楼梯时在楼梯区域逃生时Normalized.speed值达0.6左右，速度大小在1.6米每秒左右。使用B2型楼梯在楼梯区域逃生时Normalized.speed值达0.6-0.7，速度大小在1.6-1.96米每秒之间。图4d-f图表示出口处人员的归一化速度热图，图中显示三种类型楼梯在该区域的Normalized.speed值类似，均为0.8左右，速度大小约为2.24米每秒。

模拟结果表明：使用B2型楼梯逃生的人员，在楼梯区域逃生相对于使用A型楼梯和B1型楼梯的人员归一化速度明显较大，更接近于人员初始设定的逃生速度2.8米每秒，且人员逃生过程中相对使用A型楼梯和B1型楼梯的拥堵性更低。而在逃生出口附近的三种类型的逃生人员归一化速度接近，皆在0.8左右，未出现人员拥堵排队现象。

5.单位人员密度直接反映人员逃生过程的拥堵程度。经模拟运行发现在使用A型楼梯模型时：如图5a图在时间约为30.6秒左右楼梯人员逃生时，单位人员密度达到峰值，此时明显发现在楼梯拐角处单位人员密度达1.53occs/m2，，如图5b图为使用A型楼梯模型楼梯侧面图，图中显示楼梯逃生人员的单位人员密度基本保持在1.285occs/m2，。

使用B1型楼梯模型时：如图5c图所示在时间约为42.6秒左右楼梯人员逃生时单位人员密度达到峰值，图5d图为B1型楼梯模型侧视图，图中明显可以看出单位人员密度大部分居于1.53occs/m2，，—1.775occs/m2，，之间，单位人员密度较高。

而使用B2型楼梯模型时：如图5e图所示，整体来看人员在楼梯逃生過程中仅在部分拐角处单位人员密度达1.285occs/m2，，协同图5f图发现，逃生人员的单位人员密度基本保持在1.04occs/m2，以下。

模拟结果表明：在三种楼梯模型均达到单位人员密度峰值时，数据显示使用A型楼梯模型时逃生人员的单位人员密度基本保持在1.285occs/m2，，使用B1型楼梯模型时，逃生人员的单位人员密度大部分居于1.53occs/m2，，—1.775occs/m2，，之间，使用B2型楼梯模型时逃生人员的单位人员密度基本保持在1.04occs/m2，以下。即相对于使用B1型、B2型楼梯模型，使用A型楼梯模型单位面积下逃生人员有更大的活动区域，人员拥堵性较低，便于更有序的撤离至安全区域。

模拟研究成果表明，相对于使用A型楼梯和B1型楼梯，使用B2型楼梯模型逃生的人员逃生过程人员拥堵性较低，并且在逃生总耗时上也相对较少。针对于传统办公区建筑楼梯窄、出口少的问题，模拟中将三种模型楼梯宽度以及门宽拓宽，以便增加逃生几率，控制无关变量。模拟办公区火灾可以帮助我们在火灾未发生之前做好预防措施，三种办公区模型也可有效帮助我们在事故发生时规划逃生，减少突遇火灾时的人员伤亡。