高层建筑火灾被困人员疏散电梯中国创造

  世界上的高层建筑越来越高，在中国已经有超过700米的建筑，从上世纪七十年代至今一直困扰全世界建筑设计与火灾救援的研究者，一直没有破解高层建造火灾发生时候如何使用电梯的世界难题。

  2010年11月15日14时，上海余姚路胶州路一栋高层公寓起火。大火已导致58人遇难，另有70余人烧伤。

  目前高层火灾时候主要靠自救与消防救援，自救是在火灾现场使自身免于受害的疏散和保护行为。常用的自救方法主要有如下几种：

  (1)利用安全通道和疏散设施逃生。逃生路线的选择，应根据火势情况，优先选择最简便、最安全的通道和疏散设施，如安全疏散楼梯、普通楼梯、消防电梯等。如果以上通道被烟火封锁，可利用建筑物的其他设施逃生，如阳台、窗口、屋顶、落水管、避雷线等。

  (2)利用自制简易救命绳逃生。当各通道全部被烟火封锁时，可利用各种结实的绳索，如无绳索可用被褥、衣服、床单或窗帘布等拧成绳，拴在室内的牢固物体上，然后缓慢滑到地面或下一层楼的房间内。

  (3)利用缓降器自救。缓降器由挂钩(或吊环)、吊带、绳索及速度控制器等组成，是一种供人靠自重缓慢滑降的安全救生装置。它可以安装在窗口、阳台或平屋顶等处，营救高层建筑的单个被困人员。

  (4)利用救生袋自救。救生袋是两端开口，供逃生者从高处进入其内部缓慢滑降的长条形袋状物。被困人员进入袋内后，依靠自重和人体的不同姿势来控制降落速度，缓慢降落至地面脱险。

  但是这些自救方式只能在楼高不超过30层也许可以做到，再加上消防云梯的救援，能救出一部分被困人员，但是当楼高到50层或以上时候，这些方式很难起效。

  高层建筑火势蔓延快。高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井等竖向井道多，如果防火分隔处理不好，发生火灾时就好像一座座高耸的烟囱，成为火势迅速蔓延的途径，尤其是高级宾馆、综合楼和图书馆、办公楼等高层建筑，一般室内可燃物较多，一旦起火，燃烧猛烈，蔓延迅速。据测定，在火灾初期阶段，因空气对流，在水平方向烟气扩散速度为0.3米每秒，在火灾燃烧猛烈阶段，各管井烟气扩散速度则可达3-4米每秒。假如一座高度为100米的高层建筑发生火灾，在无阻挡的情况下，半分钟左右，烟气就能顺竖向管井扩散到顶层，其扩散速度是水平方向的十倍以上。

  高层建筑火灾疏散困难。高层建筑的特点：一是层数多，垂直距离长，疏散到地面或其它安全场所的时间长；二是人员集中；三是发生火灾时由于各竖井空气流动畅通，火势和烟雾向上蔓延快，增加了疏散的难度，我国有些经济较发达城市的消防部门购置了少量的登高消防车，但大多数有高层建筑的城市尚无登高消防车，而且其高度也不能满足安全疏散和扑救的需要。普通电梯在火灾时因不防烟火或停电等原因而无法使用，因此，多数高层建筑安全疏散主要是靠楼梯，而楼梯间内一旦窜入烟气，就会严重影响疏散。这些，都是高层建筑发生火灾时进行疏散的不利条件。

  高层建筑火灾扑救难度大。高层建筑高达数十米，甚至达数百米，发生火灾时从室外进行扑救相当困难。一般要立足于自救，即主要靠室内消防设施。但由于目前我国经济技术条件所限，高层建筑内部的消防设施还不可能很完善，尤其是二类高层建筑仍以消火栓系统扑救为主，因此，扑救高层建筑火灾往往遇到较大困难。例如：热辐射强、火势蔓延速度、高层建筑的消防用水量不足等。

  随着现代建筑物规模的不断扩大，建筑结构的多样化以及建筑物高度的不断提升，传统人们在通过楼梯进行疏散时所面对的问题也越来越多。

  第一是疏散时间长。据观察，以一部楼梯计算，当每层有120人时，则15层的人员疏散到地面需要19分钟，30层则需要39分钟，50层则需要一个半小时。而一般火灾从起火到猛烈燃烧只要20—30分钟，此时大部分人员会因来不及疏散而被困在楼上。

  第二是楼梯疏散特别不适合于残疾人和行动不便的老人。在有限的楼梯空间内，一旦这些人出现在疏散的人流中，将势必影响整个疏散队伍的速度，甚至造成完全堵塞。

  目前，可使用的其他垂直疏散方式还有云梯、避难袋、避难扶梯、缓降机等等，但它们都只能满足少数人的逃生需要，且其具体的应用还要受到很多方面的限制，而无法应用于大规模的人员疏散，特别是高层建筑内人员的逃生。

  随着高层建筑不断的升高，如何进行高层建筑火灾救援与被困人员疏散一直是个难题。而目前世界上最高的消防云梯也只有100米。而比如上海金茂大厦为420米；上海中心总高则达到632米，结构层高度也达到了580米，国内目前使用的前十位最高建筑：

  上海中心大厦，2014年，632米已建成，是目前中国最高的建筑

  广州塔 2009 混凝土塔 广州 600 米(1,969 英尺) 已建成

  上海环球金融中心 2007 摩天大楼 上海 492 米(1,614 英尺)

  环球贸易广场 2008 摩天大楼 香港 484 米(1,588 英尺)

  东方明珠塔 1994 混凝土塔 上海 468 米(1,535 英尺)

  紫峰大厦 2008 摩天大楼 南京 450 米(1,476 英尺)

  广州国际金融中心 2008 摩天大楼 广州 440 米(1,444 英尺)

  金茂大厦 1998 摩天大楼 上海 421 米(1,381 英尺)

  国际金融中心二期 2003 摩天大楼 香港 416 米(1,365 英尺)

  天津广播电视塔 1991 混凝土塔 天津 415 米(1,362 英尺)

  中央广播电视塔 1992 混凝土塔 北京 405 米(1,329 英尺)

  中信广场 1997 摩天大楼 广州 391 米(1,283 英尺)

  信兴广场 1996 摩天大楼 深圳 384 米(1,260 英尺)

  而远大集团拟建220层全球最高楼，楼高将达到838米。

  目前在世界十大最高建筑中，中国已经有7座位列其中。如此高的建筑谁能保证今后不发生火灾？一旦发生时候如何疏散被困人员？

  而目前电梯都有一个警示，火灾时候不能乘坐电梯。

  在美国911飞机撞击世贸中心时候，最后大楼倒塌，其中很多人就是乘坐电梯迅速逃生。

  然后乘坐电梯疏散被困人员无疑是最快捷的一种方法。

  在国外，有关学者从20世纪中叶就已开始了对高层建筑利用电梯疏散问题的关注。美国的Bazjanac在1974年就提出了“另一条出路？”的问题。1977年，B响anac和加拿大的Pauls分别描述了电梯在高层建筑发生危急情况下的作用，并初步研究了使用电梯对总体疏散时间的影响。80年代后期，美国和加拿大合作进行了使用增压方法用于火灾疏散中使用电梯时烟火保护的可行性研究。

  在20世纪90年代初，分别由美国机械工程师协会(ASME)、美国消防协会(NFPA)和美国国家标准化与技术研究院(NIST)举行了一系列的有关于火灾中使用电梯的学术会议，将这一问题的讨论第一次推向高潮。专家们提出了电梯可以在火灾情况下安全运行的必要条件，如增加设备本身的可靠性，以及保护好电梯门厅和井道免受热、烟和水的影响等措施。

  Klote等人(1994)在研究美国联邦航空局(FAA)的航空交通控制塔利用电梯进行人员疏散的可行性问题时，提出了电梯紧急疏散系统的概念，第一次将电梯疏散作为一个系统来考虑，并从理论和实践上初步确定了电梯在高层建筑中用于人员疏散的可行性。

  随后，英国、瑞典、挪威等欧洲国家以及日本的许多学者也都纷纷加入这一问题的讨论和研究，在电梯疏散模型、电梯逃生情况下人的心理行为研究和疏散风险评估方面提出了许多卓有成效的见解。尤其是在美国的“9·11”事件之后，出于对超高层摩天大楼的人员安全考虑，如何利用电梯进行疏散又一次成为人们关注的焦点。但是却一直在死胡同里，没正式解决。

  但是，理论上的发展并没有使电梯真正应用于高层建筑的人员紧急疏散，“火灾时禁止使用电梯”的警示标志仍然存在于世界上几乎每一部电梯的旁边。虽然消防专用电梯早已出现，与此同时，普通电梯的消防功能也有了长足的发展，这些电梯仅是输送消防设备和人员执行救灾任务，以减轻消防员进行灭火行动时的体力消耗，其硬件和软件设备的安全性和可靠性还不足以达到大规模人员疏散的能力，在火警情况下是不使用电梯让普通人群逃生的。同时，社会公众对于电梯在火灾等紧急情况下的运行安全性和实际使用价值的认可也需要一个观念转变的过程。虽然在“9·11"之后，国际上对于利用电梯进行高层建筑紧急疏散的呼声日益高涨，但由于种种技术问题和社会上的原因，却一直阻碍了电梯紧急疏散系统的实际应用。

  而截止2012年，世界上还没系统地对高层火灾疏散人员电梯有好的技术推出。

  在中国，随着城市中高层建筑数量的不断增加，以及人们对高层建筑所面临的自身安全问题担忧的与日俱增，越来越多的建筑、消防、机械等方面的专家已开始了对电梯疏散系统的思考。例如，有专家提出“安全核”疏散体系的设计思想，就是“确保火灾时日常交通路线与设施的安全性，使日常交通路线设计与安全疏散设计合二为一”的高层建筑火灾安全学的新理念，即把围绕电梯、电梯厅及其周围的通道作为安全区，使发生火灾时可能成为危险区而不能使用的电梯及电梯厅变成可利用的安全区。但从总体上来讲，我国对于高层建筑发生火灾等危险情况下利用电梯进行大规模人员疏散的研究，其重视和投入远完不够，目前国内还没有一个专门的机构和计划来对高层建筑电梯紧急疏散系统进行研究。

  时至今日，高层建筑电梯疏散系统已发展成为一个相当复杂的概念。狭义上讲，它等同于Klote早期提出的EEES，即包括基本电梯设备、电梯井道、机房以及其他的用于疏散过程中安全操作的设备和控制手段。广义上，电梯疏散系统除了包括这些因素之外，还应考虑整个建筑的综合环境影响、人在危急情况下的行为心理，以及完善的危险分析/评价体系等。因此，一个扩展意义上的EEES是一个以安全科学为基础，涉及机械、电气、建筑设计、材料学、心理学和管理学等的庞大而复杂的系统。其关键在于有效地引导人员的疏散、尽可能营造舒适、快速的疏散通道和切实保证电梯及其相关设备本身在整个疏散过程中的可靠性。

  在设计建筑一幢大楼时，对其中考虑运输能力的电梯配置常有如下要求：

  电梯在建筑设计中有一个普遍要求，就是无论楼层多高，从一楼到顶楼直接行驶时间不超过一分钟。所以现在的建筑使用的电梯都是在一分钟以内可以从一楼直驶到顶楼，普通住宅一般选择在45秒左右，而写字楼宾馆一般选择在30秒左右直驶时间。

  这样的设计对于住宅楼，在上行高峰时，所配电梯能在5分钟内运送全楼总人数的5%—7%，高峰输送总时间约67—100分钟；

  对于办公楼，要求在上行高峰时，所配电梯能在5分钟内运送全楼总人数的13%—18%，高峰输送总时间约29—40分钟。

  在建筑设计中，世界上有一个原则，就是一座建筑无论多高多大，对电梯设计的要求是：整个建筑如果全部乘坐电梯进行人员疏散撤离时间为2小时，因此建筑对电梯设计的数量和速度都根据这个原则进行配置。

  电梯运送人员时间短的特点，对于高层建筑，尤其是30层以上的高层建筑中人员的疏散具有重要的意义，因为在火灾等危急情况下，时间往往可以决定一切。

  电梯疏散人员，那么无非是高层建筑火灾时候疏散被困人员是最快捷的运输工具。

  同时，电梯疏散不受逃生人群的性别、年龄、健康状况和类型等的影响，具有广泛的适用性，也是其一项突出的优点。

  要使用电梯在高层建筑火灾时候进行人员疏散，必须具备几个条件。

  首先是，电梯机房与电梯井道不能有火灾。一旦机房火灾就电梯无论如何都不能使用。因此电梯机房与电梯井道必须有火灾监控，才能看是否能使用电梯。而目前技术可以做到对电梯机房的监控以及电梯是否能继续使用的监控。

  其二是电梯候梯间必须没着火，否则电梯不可能进行人员疏散，一旦电梯门打开烟雾或大火马上进入电梯井道，反而造成电梯内乘坐人员窒息死亡；而如果采用电梯着火楼层不开门，其他没烟雾与火情的楼层继续使用，将能达到人员的作用。

  要做到高层建筑着火楼层不开门首先是电梯门必须耐火，目前已经有耐火两小时的电梯耐火门；但是电梯楼层的召唤却从没有耐火的，而还有如何控制着火楼层不开门呢？因此只需要攻克这个关键难题就可以控制电梯的运行。

  其三，还需要解决的一个问题就是该电梯的电源，虽然目前消防电梯都规定有第二电源，但是却无法保证第二电源能在高层火灾时候不受影响，因此如果配备一个能让电梯继续使用1小时到2小时的不间断电源，那么对疏散被困人员就足够有时间了。

  在目前，无论是建筑设计还是消防要求以及电梯研究者，都应该考虑这些具体问题。而在中国的上海威森电梯有限公司、苏州路易威森电梯有限公司和苏州云能电气有限公司合作攻关解决了高层火灾人员被困使用电梯疏散的问题，并获得了国家颁发七项相关专利。

  相关专利包括如下：

  1.高层火灾人员疏散电梯；

  2.380V电梯不间断电源；

  3.电梯耐火召唤技术；

  4.高层火灾时电梯层门温度感应检测技术；

  5.高层火灾时电梯候梯厅烟雾感应及检测技术；

  6.电梯层门防火检测技术；

  7.电梯井道和机房实时监控系统。

  第八项专利是电梯层门放渗水地坎专利，也已经申报等待授权。

  上述七项专利的综合使用并与目前消防电梯标准配合，可以解决目前世界上无法解决的高层火灾人员疏散问题，结合目前消防电梯的标准，就能使电梯真正成为消防电梯。

  这些技术的综合应用后，当高层建筑火灾发生时候，电梯会根据电梯层门口的烟雾和温度以及红外感应等探测系统的数据，将这些数据传递到电梯控制系统，从而对电梯从正常运行状态转入火灾人员疏散状态。

  当一个40层建筑在20层发生火灾，并蔓延到电梯门口时候，电梯会通过温度和烟雾感应及传感装置检测到的数据发送到控制系统，控制系统即会对该层门进行控制不开门，这个时候电梯其他楼层照样正常开门和运送人员迅速疏散。当烟雾或火灾从20层蔓延到24层时候，则电梯也随之逐步地对所蔓延到的楼层进行不开门控制，从而依靠电梯的耐火层门阻挡火势进入电梯井道。

  当该火灾建筑的电源无法供电时，则由电梯不间断电源供电两小时，从而满足该建造人员疏散。

  当电梯楼层门口火灾蔓延时，电梯楼层的召唤将耐火两小时，不影响电梯井道内电梯运行信号的传递。

  当建筑火灾发生后，还可以通过电梯远程实时监控对电梯井道、机房、轿厢内的情况进行实时视频监控，从而判断电梯井道以及相关情况。

  当电梯楼层门口由于消防喷水时，放渗水电梯地坎将不会使消防水进入电梯井道，从而减少电梯井道内电气可能造成的短路。

  当着火楼层发生火灾后，电梯门口的警示灯亮起，表示该楼层电梯不可以开门，人员可以通过消防通道进入上一层乘坐电梯疏散。

  美国人发明了第一台电梯，中国人发明了第一台高层火灾人员疏散电梯系统。当美国奥的斯获得该消息后，美国奥的斯十分关注该技术，并联系发明人进行探讨相关技术。

  高层火灾实现了电梯疏散人员，电梯实现了中国创造！

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