馬 輝，張函冰，朱紅杰

(1.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，河北 廊坊 065201； 2.中國(guó)神華國(guó)際工程有限公司，北京 100007)

0 引言

商業(yè)綜合體等人員密集場(chǎng)所安全疏散難度大、疏散效率低，通常采用自動(dòng)扶梯與疏散電梯作為輔助疏散設(shè)施。其中，自動(dòng)扶梯一般位于場(chǎng)所中心位置，易于尋找，在應(yīng)急疏散過程中發(fā)揮至關(guān)重要作用。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)自動(dòng)扶梯在應(yīng)急疏散中作用展開研究：文獻(xiàn)[1-2]研究自動(dòng)扶梯在人員疏散中輔助作用及可行性；姚斌等[3]研究自動(dòng)扶梯上行、下行及停運(yùn)工況條件下對(duì)地鐵站臺(tái)人員疏散影響;侯正波等[4]研究扶梯上行、下行及反向運(yùn)行等運(yùn)行方式對(duì)地鐵人員疏散影響；徐建方等[5]利用AnyLgoic仿真軟件，分析高峰疏散時(shí)地鐵站自動(dòng)扶梯最佳運(yùn)行方式組合；梁驍?shù)萚6]通過實(shí)驗(yàn)方法分析大客流緊急疏散，自動(dòng)扶梯與固定樓梯共同運(yùn)行時(shí)安全疏散效果；Naoko等[7]對(duì)不同高度與長(zhǎng)度自動(dòng)扶梯，分別進(jìn)行靜止和向上移動(dòng)2種模式下疏散實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用自動(dòng)扶梯可將疏散時(shí)間縮短46%；Hiroyuki等[8]對(duì)已停用自動(dòng)扶梯進(jìn)行安全疏散實(shí)驗(yàn)，并通過模擬方法進(jìn)行驗(yàn)證；許曉元等[9]認(rèn)為利用電梯進(jìn)行安全疏散可行，且技術(shù)上可以滿足相關(guān)防排煙、排水、供電要求；楊海明等[10]研究高層建筑電梯與樓梯協(xié)同疏散策略；同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院通過將電梯、樓梯協(xié)同疏散技術(shù)應(yīng)用于上海中心大廈，驗(yàn)證電梯作為輔助疏散工具可行性及有效性[11]。

目前研究雖取得一定成果，但仍存在以下問題：1)有關(guān)地鐵等軌道交通出入口處自動(dòng)扶梯應(yīng)急疏散研究以及高層或超高層建筑電梯應(yīng)急疏散研究較多，針對(duì)自動(dòng)扶梯數(shù)量較多、人員密度較大商業(yè)綜合體研究較少。2)針對(duì)自動(dòng)扶梯作為輔助疏散工具時(shí)的安全疏散判定準(zhǔn)則相關(guān)研究較少。3)樓梯、自動(dòng)扶梯和電梯進(jìn)行多通道耦合疏散策略方面研究較少。

因此，本文應(yīng)用Pathfinder2018模擬仿真軟件，研究停運(yùn)、上行、下行及應(yīng)急反轉(zhuǎn)4種運(yùn)行狀態(tài)下，自動(dòng)扶梯與樓梯雙通道耦合疏散模式疏散效果，確定自動(dòng)扶梯與樓梯最佳疏散模式，并進(jìn)一步探討樓梯、自動(dòng)扶梯和電梯多通道耦合疏散模式實(shí)效性，為人員密集場(chǎng)所應(yīng)急疏散預(yù)案制定提供理論依據(jù)。

1 自動(dòng)扶梯疏散判定準(zhǔn)則

使用自動(dòng)扶梯輔助安全疏散，當(dāng)需要應(yīng)急反轉(zhuǎn)時(shí)，所需安全時(shí)間等于突發(fā)事件(包括火災(zāi)，但不局限于火災(zāi))探測(cè)時(shí)間、報(bào)警時(shí)間、預(yù)動(dòng)作時(shí)間、自動(dòng)扶梯反轉(zhuǎn)時(shí)間和疏散過程運(yùn)動(dòng)時(shí)間之和，如式(1)～(3)所示：

TRSET-ES=T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T扶梯反轉(zhuǎn)+T運(yùn)動(dòng)-ES

(1)

TRSET-EL=T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng)-EL

(2)

TRSET-ST=T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng)-ST

(3)

運(yùn)用自動(dòng)扶梯、疏散電梯和疏散樓梯3種輔助疏散工具同時(shí)進(jìn)行疏散，3個(gè)時(shí)間存在交叉，取決于疏散人員對(duì)疏散路徑選取。

當(dāng)TRSET-ES>TRSET-EL或TRSET-ES>TRSET-ST時(shí)，TRSET-ES等于總疏散時(shí)間TRSET，如式(4)所示：

T扶梯反轉(zhuǎn)=TRSET-(T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng))

(4)

式中：TRSET-ES為自動(dòng)扶梯作為疏散工具時(shí)安全疏散時(shí)間，s；TRSET-EL為疏散電梯作為疏散工具時(shí)安全疏散時(shí)間，s；TRSET-ST為疏散樓梯作為疏散工具時(shí)安全疏散時(shí)間，s；T探測(cè)表示由事件發(fā)生至探測(cè)到危險(xiǎn)所需時(shí)間，s；T報(bào)警表示從探測(cè)到危險(xiǎn)到向建筑特定區(qū)域發(fā)出警報(bào)信號(hào)時(shí)間，s；T扶梯反轉(zhuǎn)表示警報(bào)信號(hào)發(fā)出后，操作人員操作自動(dòng)扶梯反轉(zhuǎn)時(shí)間(包括操作人員到達(dá)扶梯反轉(zhuǎn)操作按鈕處時(shí)間、反轉(zhuǎn)操作時(shí)間2部分)，s；T預(yù)動(dòng)作表示從警報(bào)發(fā)出至人員開始向出口移動(dòng)時(shí)間，包括確認(rèn)時(shí)間(確認(rèn)突發(fā)公共事件發(fā)生)和反應(yīng)時(shí)間(人員對(duì)發(fā)生事件做出第一反應(yīng)到開始向安全區(qū)域移動(dòng)時(shí)間)，s；T運(yùn)動(dòng)-ES，T運(yùn)動(dòng)-EL，T運(yùn)動(dòng)-ST分別表示建筑內(nèi)某一區(qū)域人員，分別采用自動(dòng)扶梯、疏散電梯和疏散樓梯作為輔助疏散工具時(shí)，由向出口移動(dòng)至抵達(dá)安全地點(diǎn)所需要時(shí)間，s。

因此，當(dāng)T扶梯反轉(zhuǎn)≤TRSET-(T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng))，疏散成功；T扶梯反轉(zhuǎn)>TRSET-(T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng))，疏散失敗。

自動(dòng)扶梯判定準(zhǔn)則可為人員密集場(chǎng)所使用自動(dòng)扶梯作為輔助疏散工具，編制應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急演練中操作人員應(yīng)急處置程序及關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)確定提供參考。

2 Pathfinder模型建立

Pathfinder2018是1種基于人員運(yùn)動(dòng)及進(jìn)出的緊急出口模擬器，能較好模擬人員密集場(chǎng)所安全疏散。

2.1 疏散人員分布及屬性

1)人員分布

某商業(yè)綜合體建筑總面積46 995 m2，各層平面圖如圖1所示。地下建筑面積8 309 m2，包括B1、B2 2層，B2為超市，通過室外樓梯可直接進(jìn)入，B1為停車場(chǎng)，共有262個(gè)停車位，在建筑物南面和北面分別設(shè)1個(gè)出口；地上建筑面積38 712 m2，包括F1、F2、F3、F4 4層。該商業(yè)綜合體共有24部自動(dòng)扶梯，3組電梯，共5部，其中，電梯3、4由B2直通F4，電梯0、1、2由F1通向F4。

圖1 商業(yè)綜合體平面圖Fig.1 Plan of commercial complex

考慮極限條件，人員密度和面積折算系數(shù)均取最大值[12]。該商業(yè)綜合體不同功能區(qū)面積與疏散人數(shù)見表1。

表1 某商業(yè)綜合體內(nèi)不同功能區(qū)面積及疏散人數(shù)Table 1 Areas and evacuation numbers of different functional zones in a commercial complex

2)人員屬性

不同人群所占比例及生理參數(shù)見表2。

表2 疏散人群生理參數(shù)Table 2 Physiological parameters of evacuees

3)自動(dòng)扶梯及電梯參數(shù)

自動(dòng)扶梯傾角26.3°，長(zhǎng)12.15 m，寬0.80 m，速度1 m/s,最大容量50人。電梯參數(shù)詳見表3。

表3 電梯參數(shù)Table 3 Parameters of elevators

2.2 模型構(gòu)造及尺寸

商業(yè)綜合體建筑立體圖及側(cè)視圖如圖2～3所示。

圖2 商業(yè)綜合體建筑立體圖Fig.2 Stereogram of commercial complex

2.3 疏散模式

突發(fā)緊急事件影響因素較多，如疏散人員心理、行為、不同功能區(qū)人員構(gòu)成比例等。其中，自動(dòng)扶梯運(yùn)行方式對(duì)商業(yè)綜合體人員疏散效果影響較大，本文綜合考慮正常運(yùn)行條件與事故條件下，自動(dòng)扶梯4種運(yùn)行方式，并分析不同運(yùn)行方式對(duì)疏散效率影響。其中模式1為單一樓梯疏散，模式2為自動(dòng)扶梯停運(yùn)與樓梯耦合疏散，模式3為自動(dòng)扶梯單下行與樓梯耦合疏散，模式4為自動(dòng)扶梯雙下行與樓梯耦合疏散，各疏散模式具體見表4。

圖3 商業(yè)綜合體側(cè)視圖Fig.3 Side view of commercial complex

表4 人員疏散仿真疏散模式Table 4 Simulation mode of evacuation

3 仿真結(jié)果及分析

3.1 雙通道耦合疏散模式下自動(dòng)扶梯運(yùn)行方式對(duì)疏散效果影響

運(yùn)用Pathfinder2018軟件，在Steering模式下進(jìn)行仿真模擬。各疏散模式疏散時(shí)間、平均疏散距離、平均擁堵時(shí)間及平均1次最長(zhǎng)擁堵時(shí)間見表5。

表5 不同疏散模式人員疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間匯總Table 5 Summary on evacuation movement time of people in different evacuation modes

由表5可知，對(duì)比模式1，使用自動(dòng)扶梯進(jìn)行安全疏散，平均疏散距離增加約4.9%；平均擁堵時(shí)間和平均1次性最長(zhǎng)擁堵時(shí)間分別降低3.14%，23.74%；其中模式4較模式1疏散時(shí)間減少90.33 s，縮短16.24%，平均擁堵時(shí)間減少5.2 s，縮短8.35%，平均1次性最長(zhǎng)擁堵時(shí)間減少8.01 s，縮短23.71%。說明采用自動(dòng)扶梯進(jìn)行安全疏散可有效提高商業(yè)綜合體疏散效率。綜上可知，模式4疏散時(shí)間最短，平均擁堵時(shí)間和平均1次性最長(zhǎng)擁堵時(shí)間最短，有效避免擁堵導(dǎo)致的二次踩踏事故。

4種模式下，最后完成疏散10人均為F4層人員，最先疏散完畢的10人全部為F1層人員，原因是F4疏散人數(shù)2 658人，占總疏散人數(shù)40.05%，人員密度過大，突發(fā)事件初期，人員不能在短時(shí)間疏散至F3；當(dāng)F4人數(shù)較少時(shí)，因人員疊加作用，短時(shí)間可通過初期疏散設(shè)施疏散至F3；當(dāng)F3人員密度較大時(shí)，導(dǎo)致疏散路線“房間各位置——房間疏散門——疏散走道——疏散樓梯”擁堵降低疏散速度，此時(shí)F4人員會(huì)較快通過疏散樓梯疏散至F2，疏散最慢的反而是F3人員。因此，原始疏散位置并不是疏散成功與否唯一影響因素，也受疏散層人員密度影響。

3.2 樓梯、自動(dòng)扶梯和電梯多通道耦合疏散模式

電梯疏散效果受電梯荷載、運(yùn)行速度、運(yùn)行加速度、啟閉時(shí)間、分離層等多因素制約。上行自動(dòng)扶梯反轉(zhuǎn)、下行自動(dòng)扶梯正常運(yùn)行與樓梯、疏散電梯多通道耦合模式(以下簡(jiǎn)稱“模式5”)，總疏散時(shí)間455.5 s,比模式1縮短18.1%，比模式4疏散時(shí)間減少10.45 s，減少2.24%，5部疏散電梯位置如圖1(c)所示，疏散電梯搭載人員數(shù)量如圖4所示。

圖4 疏散電梯搭載人員數(shù)量Fig.4 Number of people carried by evacuation elevators

由圖4可知，電梯4搭載人數(shù)最多，電梯3和0次之；其中，電梯1和2位于東南側(cè)樓梯附近，人員密度較大，疏散過程中，電梯1和2搭載人數(shù)之和仍小于其他電梯搭載人數(shù)，原因是此處距離疏散扶梯較近，疏散中人群更樂于選擇扶梯疏散，因此仍未完全緩解東南側(cè)樓梯人員密度過大問題，可考慮通過更換荷載較大電梯、增加聲光或人工疏散指引標(biāo)志等方法進(jìn)行優(yōu)化。

5種疏散模式下通過樓梯、自動(dòng)扶梯和電梯疏散人數(shù)見表6。

表6 樓梯、自動(dòng)扶梯和電梯疏散人數(shù)Table 6 Evacuation numbers of stairs,escalators and elevators

由表6可知，5種疏散模式中疏散人數(shù)依次為樓梯>自動(dòng)扶梯>電梯，當(dāng)疏散人群通過樓梯、自動(dòng)扶梯和疏散電梯同時(shí)疏散時(shí)，總疏散人數(shù)6 637人，利用樓梯5 438人，占總疏散人數(shù)82.61%；利用自動(dòng)扶梯1 153人，占17.37%，利用電梯疏散86人，占1.30%，由此可見，樓梯仍是商業(yè)綜合體主要疏散設(shè)施。電梯疏散人數(shù)僅為自動(dòng)扶梯7.46%，因此，在人員密集場(chǎng)所應(yīng)急疏散過程中，自動(dòng)扶梯疏散效率高于電梯，且由于電梯荷載有限性、等待時(shí)間不確定性、經(jīng)濟(jì)合理性等因素，在超高層建筑中更能體現(xiàn)其利用價(jià)值。

4 結(jié)論

1)采用自動(dòng)扶梯作為輔助疏散工具的安全疏散判定準(zhǔn)則，可為確定自動(dòng)扶梯應(yīng)急反轉(zhuǎn)時(shí)間提供依據(jù)。

2)自動(dòng)扶梯與樓梯雙通道耦合疏散模式中，自動(dòng)扶梯雙下行與樓梯耦合疏散模式疏散效果較好，疏散時(shí)間較短，總疏散時(shí)間465.95 s，比僅樓梯疏散模式疏散時(shí)間縮短16.24%。

3)自動(dòng)扶梯、樓梯與電梯3重耦合疏散模式,比模式4疏散時(shí)間減少10.45 s，縮短2.24%，利用電梯疏散86人，占1.30%，使用疏散電梯輔助疏散效果提升不明顯。

4)5種疏散模式疏散人數(shù)均呈現(xiàn)“樓梯>自動(dòng)扶梯>疏散電梯”，證明人員密集場(chǎng)所疏散過程中，自動(dòng)扶梯疏散效果優(yōu)于電梯。