建筑安全系统设计的可靠性
1高层建筑安全逃生系统
1.1安全逃生系统的基本构成
高层建筑安全逃生系统承担着人员在紧急情况下的安全疏散和逃生功能,主要包括安全出口、逃生楼梯、消防电梯、防火门等供人员在紧急情况下安全疏散的通道[2]。现代高层建筑内人员的安全逃生主要依靠安全出口和逃生楼梯。为了避免人员在逃生通道中出现拥挤和踩踏等不利于安全逃生的现象,除了常规的安全逃生设施外,在人员密集的特殊高层建筑内,也设置了包括消防电梯、避难梯、救生袋和避难滑梯等在内的辅助安全逃生设施。
1.2安全逃生系统可靠性的影响因素
高层建筑安全逃生系统的可靠性高低决定着其能否有效承担紧急情况下的人员疏散和逃生功能。影响高层建筑安全逃生系统可靠性的因素很多,主要包括人、环境、管理的因素。在发生火灾等紧急情况时,不同性别和年龄人员的心理承受能力、反应时间、认知能力、决策能力和逃生行动能力存在差异,导致火灾发生时的安全逃生行为不同。一般来说,老人、孩子和女性的安全逃生能力相对较差。不过,火灾时人员逃生行为基本遵循“尝试—失误—再尝试”的循环认知模式[3]。管理因素包括在日常活动中,定期对楼内人员进行安全教育和安全逃生演练,让楼内人员熟悉安全逃生路线;定期进行安全检查,确保安全逃生设施及辅助安全逃生设施的完好。环境因素主要包括高层建筑内本身设计的安全逃生通道状况、配备的安全逃生设施状况和人员状况等。足够数量的安全逃生出口能有效保障人员的安全撤离。在进行建筑逃生设计时,尽量将安全逃生通道设为人员日常行走的通道。照明和指示可以指明逃生方向,使人员迅速安全地撤离。照明和逃生指示设备的可靠性将直接影响安全逃生的效率,是保证安全逃生的重要设施。由于人员在建筑物内分布具有随机性,造成安全逃生较为复杂[4]。
2高层建筑安全逃生系统的可靠性分析
安全逃生系统的重要任务就是在规定的时间内,通过安全逃生系统,能够使人员全部逃生到安全区域。因此,安全逃生系统设计其实就是以逃生时间为中心进行的人流组织设计,逃生时间是安全逃生系统可靠性的重要控制指标。本文以成都某18层宾馆作为分析对象,对其安全逃生时间进行计算,确定该宾馆的安全逃生系统设计是否符合要求。
2.1计算方法
目前,安全逃生时间的计算方法很多,每个方法都有其自身优点和缺点。由于在进行安全逃生系统设计时,并不需要安全逃生时间的准确数据,只需要确定其是否满足安全逃生要求。因此,文章采用最常用的四阶段法。四阶段法是指将逃生时段分为4个时段。第1时段:从室内向客房门口的逃生;第2时段:从客房门口向室内楼梯间入口处的逃生;第3时段:从室内楼梯间入口到室外楼梯的逃生;第4时段:从室外楼梯向地面的逃生。各时段所需时间的总和即为总的安全逃生时间。只要总的安全逃生时间小于高层建筑的允许逃生时间,则该高层建筑安全逃生系统可靠性符合要求。
2.2计算参数
(1)假定火灾发生在该宾馆第10层距楼梯口最远的房间,安全逃生采用楼梯,楼梯宽度1.75m,楼梯设置在楼层的最右侧。(2)酒店第3层为娱乐室,人数较多;4~18层为客房,每层10个客房,单侧依次排列;每个客房长5m,宽3m;发生火灾时第3~18层共有人数550人。(3)根据经验,楼梯上人流的逃生时间为楼梯高度h的4倍,即酒店第1层楼梯高6m,第2层楼梯高5m,第3~18层楼梯高4m。(4)允许逃生时间[5]:高层建筑的允许逃生时间按5~7min考虑,即300~420s。(5)逃生速度[5]:人群在平地上的逃生速度大约是1m/s(拥挤状态下)。(6)通行系数[6]:我国的防火规范中,门或走道的通行系数为:平地1.3人/(m·s),楼梯1.1人/(m·s),第1层到第3层设室外逃生楼梯。
2.3理论计算
该宾馆4~18层情况相同,可选其中一层进行分析,选第4层来进行计算。2.3.1 第1时段逃生时间T1T1为第4层每个客房人流从室内到房门口所需时间,可由室内最远点到门口的距离和人流疏散速度来确定,即T1=L1/V1。在紧急情况下的水平行走速度,男人为1.35m/s,女人0.98m/s,儿童和老人0.65m/s[5]。按最不利条件考虑,取0.65m/s。室内最远点到门口的距离为5m,因此有T1=7.7s。2.3.2 第2时段逃生时间T2T2为人流从各房门口通过走廊到达楼梯口所需时间,可由各房门口到达楼梯口的走廊长度L2和人员在走廊上的通行速度V2来确定,即T2=L2/V2。房门口到达楼梯口的走廊长度最远为30m,最近为3m,人流疏散速度按0.65m/s计算,所以有:T2max=46.2s,T2min=4.6s。由于单个客房居住人数少,每个房间的人从房门口通过走廊到达楼梯口时,能依次顺利地逃生下去,并不会发生滞留。因此,第1、第2时段总逃生时间只需考虑其最大值,所以有Tmax(T1+T2)=53.9s。2.3.3 第3时段逃生时间T3由于各客房情况相同,第4~18层人流从各自房门口通过走廊到达楼梯口都不会发生滞留。当火灾发生时,各层人员同时通过楼梯向下逃生,逃生情况相同,每一层的人流都不会与它相邻的上下层发生滞留。但是,由于第3层人数较多,当4~18层的人流陆续逃生到达第3层时,就可能发生滞留。要直接计算人流在第3层楼梯口的滞留时间并不容易,可以将这段滞留时间分为两个部分来进行计算:①第18层最后一股人流到达第3层室外逃生楼梯口所需的时间;②第4层最先一股人流到达第3层与第18层最后一股人流到达第3层楼梯口期间所需时间。第4层最先一股人流从室内到逃生楼梯口所需时间为12.3s,从逃生楼梯口到达第3层室外逃生楼梯口所需时间为16s。因此,第4层第一股人流在第28.3s时,到达第3层室外逃生楼梯口。第18层最后一股人流从室内到达逃生楼梯口所需时间为53.9s,从第18层逃生楼梯口到达第3层室外逃生楼梯口所需时间为240s。因此,18层最后一股人流在第293.9s时,到达了第3层室外逃生楼梯口。在这段时间内,通过第3层室外逃生楼梯口逃生出去的人数可由式(1)确定。Q=NBΔT(1)式中,N为第3层室外逃生楼梯口的通行系数,取1.1人/(m·s);B为第3层室外逃生楼梯口的宽度,1.75m;ΔT为第4层第一股人流到达第3层逃生楼梯口与第18层最后一股人流到达第3层逃生楼梯口期间的时间,ΔT=265.6s。代入得:Q出=512人第3~18层共有人数550人,还未逃生出去的人数为38人,这些人要从第3层室外逃生楼梯口逃生出去所用的时间为:T出=Q余/NB=19.7s3.3.4 第4时段逃生时间T4所有人从第3层室外逃生楼梯口到室外地面逃生所用的时间为44s。因此,第18层最后一股人流从房间逃生到该宾馆室外地面所用时间为:T总=53.9+240+19.7+44=357.6s经校核,T总小于420s,该宾馆安全逃生系统设计基本合理,具有一定的可靠性。
3结论
(1)在高层建筑安全逃生系统设计中,应严格按照《中华人民共和国消防法》、《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》的相关要求,综合考虑建筑物的用途、楼内疏散距离等因素,进行安全逃生时间的计算和可靠性分析,以此确保每一层楼的防火门、安全疏散通道等安全疏散设施符合紧急情况下人员进行安全逃生的需要。(2)高层建筑物内应配备适宜楼内人员的辅助安全逃生设施,使安全逃生系统真正有效地发挥其作用。本身存在设计缺陷的高层建筑,应结合具体实际情况,补充配备安全逃生设施设备,以弥补消防安全的缺陷。