高層建筑穿梭電梯輔助疏散方案布置及優化研究

朱 艷

(蘇州市消防支隊，江蘇 蘇州 215005)

高層建筑穿梭電梯輔助疏散方案布置及優化研究

朱 艷

(蘇州市消防支隊，江蘇 蘇州 215005)

穿梭電梯布置方案是否合理，對超高層建筑的人員疏散效率有著重要影響。以某超高層建筑為研究對象，在避難層設置等方面均滿足現行規范的前提下，分別以穿梭電梯均勻獨立布置、成組布置、結合避難人數按需布置為原則，設計三種穿梭電梯布置方案，計算不同工況的人員疏散時間、穿梭電梯實際運載能力，分析對比多種穿梭電梯布置方案，尋找最優方案。研究發現，將穿梭電梯優先布置在位置更高或人數較多的避難層，有利于提高整體疏散效率。

超高層建筑；人員疏散；穿梭電梯

隨著經濟的發展，超高層建筑在各地不斷興建，建筑高度也在不斷攀升。超高層建筑的安全疏散一直是困擾設計人員、監管部門和建設單位的重要問題，也是影響人員安全的重要因素。相關學者對超高層建筑疏散相關問題開展了研究。施碧波[1]分析比較了多個國家對超高層建筑相關設計參數的要求；亓延軍[2]等人基于模糊層次分析法，構建了評價超高層建筑疏散效率的指標體系；姜陽[3]及陶李華[4]等人研究了分階段疏散、延時疏散及組合疏散等不同策略對疏散時間的影響。當建筑高度超過400 m，若人員全部采用樓梯進行疏散，其整體疏散時間往往需要兩小時甚至更久。雖然當前相關規范暫未將電梯作為優先選用的疏散工具，但對超高層建筑而言，如果能夠采用滿足安全要求的穿梭電梯進行疏散，將可能有效縮短疏散時間。曹奇[5]、肖澤南[6]及朱慧軍[7]等人分析研究了采用穿梭電梯輔助疏散的可行性，給出了采用穿梭電梯輔助疏散的相關要求；Andree[8]等利用模擬技術，研究了人員在火災情況等待電梯的時間分布；Klote[9]等對人員使用電梯進行疏散的運動時間進行了模擬，并提出電梯緊急疏散系統EEES的概念。

超高層建筑設計過程中，若采用穿梭電梯輔助疏散，不同的穿梭電梯布置方案，對疏散效率有著重要影響。本文以某超高層建筑為研究對象，在避難層設置方案、建筑結構及功能布局、穿梭電梯速度及運力等因素均不變的情況下，分別以穿梭電梯均勻獨立布置、成組布置、結合避難人數按需布置為設計原則，設計三種穿梭電梯布置方案，分析不同穿梭電梯布置方案對整體疏散效率的影響。

1 研究對象概述

某超高層建筑高度為728 m，地上總建筑面積約37.5×105m2，塔樓138層，共設12個避難層，各避難層之間的高度均小于50 m，建筑上人高度598 m，裙樓9層，高67 m。塔樓建筑主體包括高層觀光、七星酒店、公寓、辦公及SOHO等功能空間；副樓包括商業、宴會廳及餐飲等功能；地下室以餐飲商業、后勤配套、設備用房以及停車功能為主。建筑內總人員約為32 000人，建筑內各區間段功能見表1。

為了確保人員快速進入各功能區，該項目結合各區域使用功能，設置4組共13臺穿梭電梯，分別服務于低區、中區、高區及觀光區。發生火災時，疏散電梯僅停靠于指定的某個避難層與首層。穿梭電梯根據其運行區間不同，電梯的運行高度、運行速度等存在較大差異，各穿梭電梯的運行區間及相關設計參數如表2所示。

表1 建筑功能區信息表

表2 穿梭電梯參數表

2 穿梭電梯設置方案

結合該建筑的功能布局、穿梭電梯參數及人員數量分布等情況，遵循相關消防規范，分別以穿梭電梯均勻獨立布置、成組布置、結合避難人數按需布置為原則，設計三種穿梭電梯布置方案如表3所示。

在超高層建筑中，體弱人群難以支撐跨避難層遠距離疏散，為確保建筑中體弱人群及時疏散至室外，應盡可能在每個避難層設置電梯停靠，以將整個建筑內的體弱人群在較短的時間內疏散至室外。

表3 穿梭電梯設計方案表

基于穿梭電梯盡可能停靠于各避難層的原則，結合該超高層建筑的人員分布及電梯布置方案，提出了穿梭電梯輔助疏散布置方案(方案一)，如圖1所示。該方案中，受建筑結構及電梯管井限制，13臺穿梭電梯僅能服務于10個避難層，部分避難層無法設置電梯停靠。

圖1 方案一電梯設置方案示意圖

方案一穿梭電梯覆蓋范圍廣，發生火災后對老弱病殘及火災中受傷人員的疏散和救助效率較高。但該方案穿梭電梯停靠樓層較多，運行復雜，在整體疏散時，多部電梯多層停靠，電梯的控制與人員組織較為復雜，每部電梯和每個避難層均需工作人員加以引導，需要較多的工作人員，如處理不當，可能造成電梯疏散混亂，影響疏散效率。同時，建筑中每個區間段的人員數量和所需疏散高度存在差異，導致各避難層對電梯疏散需求不同，而該方案中主要考慮電梯多避難層停靠，未能有效兼顧各區間對電梯輔助疏散需求的均衡性，這可能導致個別區間段疏散耗時較長，影響整體疏散效率。

對方案二而言，該方案盡可能將每組電梯均停靠在同一樓層以減少電梯停靠樓層，如圖2所示。相對于方案一，方案二穿梭電梯成組布置，電梯運行可靠性相對較高，便于管理。但該方案未兼顧功能區人員數量及電梯運行高度對疏散時間的影響，使得部分區域的電梯所需承擔的疏散人數較多，導致區間段的疏散時間增大，從而影響整體疏散效率。同時，該方案中，53F～100F之間的4個避難層內未設置電梯停靠，該區間的人員無法通過電梯疏散，體弱人群需利用樓梯跨越4個避難層后方能利用電梯疏散，疏散難度較大。

圖2 方案二電梯設置方案示意圖

前述兩個方案中均未充分考慮功能區所需疏散人數和電梯運行高度對整體疏散效率的影響，可能導致在疏散過程中，部分電梯疏散壓力較大而部分電梯閑置的現象存在。為了有效縮短超高層建筑人員疏散時間，應在綜合考慮各區間的人員數量、人員組成以及所需疏散的高差等因素的基礎上，合理布置穿梭電梯，確保建筑中電梯較高的使用效率。

方案三本著有效提升整體疏散效率的目的，在前述方案基礎上，優化電梯布置方案，如圖3所示。相對于方案一，其電梯運行方案可靠性更高，同時兼顧了頂部觀光區等人員組成復雜的功能區的體弱人群救助的時效性。與方案二相似之處，方案三中電梯基本成組布置，有利于電梯的組織和管理，不同之處在于，該方案考慮了人員所需利用樓梯疏散高度的影響，減小了電梯停靠樓層之間的高差，有利于人員在樓梯段疏散效率的提高。

圖3 方案三電梯設置方案示意圖

同時，該方案還考慮了人員分布對建筑整體疏散的影響，電梯分布方案旨在解決建筑整體疏散過程中存在的瓶頸，提高穿梭電梯的使用效率，縮短整體疏散時間，提升建筑消防安全水平。

3 疏散時間計算及分析

超高層建筑中，穿梭電梯輔助疏散的效率受電梯運行速度、最大載客量、電梯加速時間及運行區間高差等因素影響。結合該建筑的實際情況，計算出每部電梯的運行周期和人均疏散耗時，見表4。

表4 電梯運行時間及運載能力計算表

從計算結果可看出，在同一個區間段內，其電梯速度相同，隨著高度的增大，單人所需的疏散耗時增大，電梯疏散效率隨著高度增加而降低。因此，針對同一疏散區間段，其電梯分布應結合人員數量和疏散最大耗時來綜合分析，合理分布電梯臺數，以使整個區間段內各個避難層的所需疏散時間差距最小，可有效提高電梯使用效率，縮短疏散時間。對于整個建筑而言，穿梭電梯停靠層位置越高，電梯運行周期越長，使得高區的人員疏散耗時較低區大幅增加。表5給出了三個方案的各區段疏散時間。

由表5可知，方案一中穿梭電梯在10個避難層停靠，部分區間段的人員數量較多，單獨一臺電梯難以及時將該區域人員高效疏散至室外安全區域，低區所需疏散時間較長，全部利用電梯疏散至室外，需要318 min，而在208 min以后，中區和觀光區的疏散電梯已經處于閑置狀態，因此，該方案電梯整體的利用率不高，從而導致整體疏散時間較長。方案二中，105 min以后，高區和觀光區的人員已疏散完成，但低區和中區由于負擔人員數量較多，導致整體疏散時間較長。方案三相對于其他兩個方案其整體疏散時間較短，疏散效率最高。同時可發現，隨著高度的增加，方案三中其各區域的所需疏散時長越來越短，這是由于發生火災后，一旦控制不當，容易造成火災豎向的快速蔓延，因此，該方案在保證整體疏散效率的前提下，盡可能提前疏散高區人員，確保建筑整體疏散的安全性。

表5 不同方案疏散時間統計表

4 結論

4.1 計算結果表明，隨著高度增加，單位時間內電梯的實際疏散效率呈下降趨勢，因此，為提高電梯的利用率，減少電梯在疏散過程中的閑置時間，電梯的停靠位置應與人員分布情況相結合，減少各區域電梯所需運行時間的差距。

4.2 為提高電梯的運載能力，對于位置較低的避難層，可不設置電梯疏散，該區域人員可通過樓梯疏散或等待外部救援。考慮到人員體能及疏散效率，高層建筑內采用電梯疏散的兩個避難層高差不應大于100 m。

4.3 超高層電梯輔助疏散方案設計中，需綜合考慮電梯的運行方案、功能布局、疏散效率及成本投入等多方面因素，確定高效可靠的輔助疏散電梯的設計方案，如條件具備，應結合項目實際情況進行多方案模擬對比，以確定最優方案。同時要注意，實際應用時穿梭電梯應滿足相關安全要求。

[1] 施碧波.各國超高層建筑整體疏散安全度的比較分析[J].消防技術與產品信息,2011(2):36-42.

[2] 亓延軍,梅鵬,陸松.基于模糊層次分析法的某超高層建筑疏散效率分析[J].火災科學,2011,20(4):185-192.

[3] 姜陽.超高層建筑疏散策略研究[D].沈陽:沈陽航空航天大學,2015.

[4] 陶李華,伍衛軍,徐亮.超高層建筑人員安全疏散探討[J].消防科學與技術,2010,29(6):497-499.

[5] 曹奇,黃麗麗,肖修昆.超高層建筑人員電梯輔助疏散及其影響參數研究[J].火災科學,2013,22(4):207-212.

[6] 肖澤南,禹洪.超高層建筑疏散樓梯的弊端及輔助疏散設施的研究[J].工程抗震與加固改造,2014,36(增刊):11-15.

[7] 朱惠軍.超高層建筑高速穿梭電梯輔助疏散的可行性[J].消防科學與技術,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.

(責任編輯 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

朱艷(1982— )，女，重慶人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2017)08-0055-04