多模态外向型垂直疏散技术基本理论与模式探究

陈桐，陈璐

（中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044）

1 多模态外向型垂直疏散理论基础

1.1 高层、超高层建筑发展现状

纵观高层建筑的发展，经历了从功能主义，到以人为本，再到高质量发展的新时代要求几个阶段。当今时代高层、超高层建筑设计更加富有创意、功能更加丰富、空间更加开放、外向型交通与空间组织在项目实践中的应用日益增多。以上现状都对外向型楼梯在高层、超高层建筑中的应用提出了系统性梳理的要求，具有广泛的应用前景与重要意义。

1.2 疏散行为与心理

安全一直是高层、超高层建筑发展过程中的重要问题，一旦发生异常，其人员损伤、财产损失及对城市的影响都是极其惨重的。在对灾害发生时人员疏散的研究与模拟中，得到疏散过程中人员主要有以下特点。

疏散人员的性别、年龄、运动能力等都会对疏散能力产生影响，除体力差异外，不同的心理状态对疏散过程会产生不同程度的影响。在发生突发事件后，将会产生一些特殊的心理反应，如恐惧、惊慌、冲动和侥幸心理、个体孤独和从众心理等，这些特殊的心理反应将会导致一些不理智的行为，如从众行为、错误判断行为、往返行为、惯性行为等。[1]以上心理与行为会造成拥堵、踩踏等现象，不仅影响疏散效率，更会产生一定危险。

1.3 传统疏散方式疏散机理与弊端

传统高层、超高层建筑通过室内独立封闭楼梯间疏散楼梯进行疏散，通过空气加压阻止烟气进入，具有一定的疏散弊端：首先，疏散空间封闭，人员空间定位不清，容易产生心理恐慌，影响疏散效率，甚至产生踩踏风险；其次，疏散楼梯间封闭，外部救援机会为零，救援困难；最后，疏散楼梯间防排烟安全性主要通过空气加压实现，对设备依赖性极高。

1.4 多模态外向型垂直疏散的基本理论

针对以上问题，外向型疏散具有一定的优势：首先，在疏散过程中空间开敞、定位清晰，可以有效减少心理恐慌、提升疏散效率；同时打破了传统疏散楼梯对加压设备的完全依赖，可以在一定程度上利用自然通风，但自然通风效果难以控制，还需结合具体情况进行深入分析；外向型疏散也可以为多种外部救援条件提供条件，增加救援机会。

对于高层建筑中室外楼梯的有效设置应用，其虽然优势较为明显，相对于室内楼梯的应用也能够发挥出一定的美观性和经济性效果，但是因为其作为建筑物结构的外部构成单元存在，进而也存在着一些不良威胁和缺陷需要引起足够重视。[2]本文整理了6种多模态外向型垂直疏散技术的基本模式，总结不同模式的特点、优势及需重点关注的问题。对每种模式研究的关键要素进行分析，包括如何保证外向型楼梯作为疏散楼梯的安全性、如何更高效地发挥疏散作用、如何与建筑主体适配3 个主要方向。

2 技术落地性要素分析

多模态外向型疏散技术相较于传统疏散方式具有一定的优势，但同时也有诸多待解决的技术落地性问题，本节内容对不同模态需探讨的共性技术问题进行分析整理，为后续深入研究做好准备。

2.1 安全性技术要素

安全性是疏散过程中极为重要的要素。外向型疏散技术虽然避免了传统疏散模式中的许多弊端，但同时也会产生许多待解决的问题，其中安全性要素就是需要考虑的重中之重。

安全性要素主要分为3 大类内容：个体因素、楼梯本身因素、外部影响因素。

对个体因素来说，相较于封闭疏散楼梯间，外向型疏散解决了空间定位不清晰而造成的恐慌恐惧心理，但同时也会产生恐高心理等问题，如何通过建筑设计的方式解决此类问题是研究的重点。不同的外向型疏散模式对解决该问题都有不同的策略和方法，如多地表的模式由于自身空间形态便可有效缓解恐高心理，具有一定的优势，而室外独立疏散楼梯模式则需要重点考虑栏杆的高度、通透性等方向，在后续研究中应会分别重点研究。

楼梯自身的情况对于安全性也非常重要。保证楼梯安全是疏散的首要前提，楼梯本身的安全可以分为几个方面重点考虑：楼梯的防火性能、楼梯的防滑性能、结构稳固性能、适宜的楼梯尺寸等。防火性能的设计不仅包括楼梯与所在防火材料的选择，同时还需要考虑与建筑使用空间的联系，避免因临近建筑使用空间发生火灾而影响到疏散楼梯的使用。对于防滑、结构稳定等要求，还需要重点考虑室外楼梯的特殊环境，对耐久性与特殊天气等重点关注。

相较于封闭疏散楼梯间，外向型疏散楼梯受外部影响更大。外部影响因素主要可分为几类：风环境的影响、雨雪等恶劣天气的应对、室外温度影响、室外烟环境的作用。外部天气的影响需重点考虑结构稳固、楼梯防滑等要求，而烟环境的研究则要通过软件模拟等方式，在不同模式下选择适宜的策略降低烟气蔓延，对不同模式得到不同的策略对应。

2.2 高效性技术要素

对高效性技术的分析主要分为疏散人员因素与建筑特征素。

疏散人员角度的分析，分为个体的人员要素与群体因素：个体要素的分析通过疏散环境的营造缓解人员的恐慌心理，进而减少个体的突发行为影响群体疏散效率；群体因素重点研究群体疏散的社会力作用行为、汇流转向等行为及个体差异行为对疏散效率的影响。

建筑特征要素研究基于疏散人员因素，主要分为3 个大方向：楼梯本身通行能力、楼梯与外部衔接方式、其他救援方式的组合应用。楼梯本身的通行能力可以通过软件模拟、结合现场踏勘、实践调研等方式，探究不同的楼梯宽度、高度、坡度、每段数量、梯段间组合方式对疏散效率的影响；楼梯与外部衔接方式主要分析不同的出入口组织形式、垂直分段组织方式、平台形式的影响等对疏散效率的影响；外部救援方式的组合应用则需分析不同模式为外部救援方式提供的条件，以及结合滑道、滑索等其他新型救援方式的可能。[3]

2.3 适配性技术要素

对适配性的研究主要从与建筑功能、平立面影响、疏散作用几个角度进行适配性分析。如所研究的整体环绕式疏散相较于其他模式公共性较强，结合办公、酒店功能时可以提供更多舒适的室外自然空间，而作为住宅则私密性较差，适配性不高；对平立面的影响主要考虑对平面使用率的影响、与立面造型的结合等内容；疏散作用角度则需要分析不同模式下楼梯的适用性，结合不同地区室外环境气候特点进行分析。

3 6 大基本疏散模式及简要分析

通过大量案例整理、实践经验、调研分析等，对外向型疏散楼梯进行分类总结，提出外向型疏散的6 大基本模式，不同模式有着不同的优势与待解决的技术问题，这也是不同模式在后续深入研究中需要探讨的重点。

3.1 外向型室内独立疏散

外向型室内独立疏散楼梯特点是疏散楼梯仍为室内楼梯，但位于主体建筑靠外的位置，能够实现采光与自然通风（见图1）。

图1 外向型室内独立疏散示意

与传统疏散方式相比较，外向型室内独立疏散楼梯能够让使用者有明确的空间定位，与外界环境有视线联系，有效缓解恐慌心理。楼梯可以结合外部造型、玻璃幕墙进行系统设计，但需考虑人员使用过程中是否会产生恐高心理，结合具体情况进行维护结构设计。

香港汇丰银行的建筑设计将疏散楼梯、卫生间、管井等均置于建筑外侧，使用空间集中到建筑中部，空间开敞、分隔灵活，是外向型室内独立疏散的典型案例（见图2）。

3.2 外向型室外独立疏散

外向型室外独立疏散楼梯的典型特点是，疏散楼梯位于建筑外部，独立于主体结构之外，为纯外向疏散楼梯，与建筑主体相连（见图3）。外侧无维护墙体，具有天然通风采光效果，同时也会产生一定程度的恐高心理等相关问题。

图3 外向型室外独立疏散示意

室外独立楼梯既可以节约建筑面积，又能够有自然的采光通风，在多层建筑中更为常见，在高层建筑中应用较少，在后续的研究中，安全与恐高等问题是研究的重点。

杭州天目里艺术驻留中心，功能为艺术家工作室+展厅，作为艺术家工作、活动、展览的空间，通过独立的外部楼梯贯连各层空间，是外向型室外独立疏散模式的一种形态（见图4）。

图4 杭州天目里艺术驻留中心

3.3 整体环绕式疏散

整体环绕式疏散的建筑空间特点主要为楼梯围绕建筑螺旋式上升，楼梯结合各层室外平台共享空间进行设计，满足功能使用要求的同时结合建筑公共空间设置（见图5）。

图5 整体环绕式疏散示意

通常，整体环绕式疏散模式在各层空间均有室外平台贯通，形成的“多地表空间” 能有效缓解恐高心理。同时结合建筑形式，室外楼梯上方多有顶部遮挡，一定程度上减少了雨雪天气的影响，但仍要进行重点研究与设计。从高效性角度，室外平台的扩大为楼梯形态的设计提供了更为自由的空间，可以有条件优化楼梯形态等，提高疏散效率。

典型案例如VIVO 新总部大楼，通过螺旋形式将公共空间引入建筑高处，形成多层露台，通过楼梯贯通相连，实现不同平台可达性的同时，也贯通了公共空间（见图6）。

图6 VIVO 新总部大楼

3.4 多功能共享疏散

多功能共享疏散是在室外独立疏散楼梯基础上，将楼梯与平台、坡道、景观、绿化等室外设施共同结合组成共享空间(见图7)。

图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侧，与建筑室内空间联系相对紧密。具有一定的室外活动空间，从恐高角度对楼梯的安全性设计更有利，可以相对自由地进行设计，因其位置与形态与室内空间的联系更为紧密，因此，如何避免室内空间发生危险对疏散造成影响是后续需要研究的重要内容。

典型建筑案例为巴塞罗那菲拉万丽酒店，利用建筑一侧形成公共空间，公共空间通过楼梯、平台等组合创造出舒适、互动的环境（见图8）。

图8 巴塞罗那菲拉万丽酒店

3.5 多地表垂直疏散

多地表垂直疏散的空间模式为利用空中平台、中庭、避难层等空间将建筑垂直方向分段，若干层为一个疏散单元，在单元内分别设置疏散楼梯或其他疏散设施（见图9）。

图9 多地表垂直疏散示意

多地表垂直疏散空间模式的典型特点是垂直分段，将高层建筑多层化处理，这对疏散时缓解人们的恐高心理有很大益处。安全性的设计还需重点考虑室外楼梯防滑、防烟、特殊天气等要素。同时多地表垂直疏散提供了多处室外平台，这也为与其他救援方式的结合提供了更多可能。

典型案例如新加坡OASIA 酒店，设计初衷是将生态多样性引入建筑，通过空中多层平台的方式设置不同高度的空中花园，实现休闲娱乐与社会交往。建筑形式垂直分段，在每段建筑中进行更为自由的设计（见图10）。

图10 新加坡OASIA 酒店

3.6 多栋建筑疏散备份

多栋建筑疏散备份的形式主要体现在多栋建筑之间，在单栋建筑垂直疏散基础上增加了多栋建筑水平连接的形式，不同建筑之间的楼梯可相互使用，有助于提高建筑整体的安全性，提高疏散效率（见图11）。

图11 多栋建筑疏散备份示意

多栋建筑疏散备份模式后续设计的重点是连接体的安全与稳定。连接体与主体结构之间连接稳固，同时对水平连接体与主体建筑间防烟等问题应重点考虑。水平疏散通道的设计在该模式下尤为重要，水平疏散通道可以与避难层结合，与垂直疏散通道相连，增强稳定性[4]。从高效性角度，不同建筑高度、不同连廊高度、不同连接数量对疏散效率都会有不同程度的影响，这也是后续研究的重点。

在项目的实践经验中，对多栋建筑疏散备份模式也进行过探索。在工作室的某方案设计中，便提出了疏散备份的新理念。将两栋高层建筑之间通过标高分别为150 m、200 m 高度连廊进行连接，其中一栋建筑发生火灾或其他危险时，可以通过连廊利用另外一栋建筑进行疏散，提高安全性的同时也大大提升了疏散效率，更有利于保证灾害发生时使用者的安全（见图12）。

图12 工作室项目实践

4 结语

本文通过对多模态外向型垂直疏散理论研究、技术落地性要素简析、6 大模式整理分析，形成多模态外向型垂直疏散的理论与研究框架，为后续各模式深入研究奠定基础。

后续工作会对技术落地性要素进行重点研究，对6 大模式进行深入研究整理，通过实践、调研、模拟等方式形成更为科学理论的成果。分析不同模式下外向型楼梯的安全性、高效性、适配性技术，进而希望在后续的设计中可以提供导引作用。