許文杰,張建琪,甄 濤
(1.中國(guó)人民警察大學(xué),河北 廊坊 065000; 2.太原市消防救援支隊(duì),山西 太原 030024)
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)人口老齡化的現(xiàn)象越來(lái)越明顯。有關(guān)數(shù)據(jù)表明,到2020年全國(guó)60歲以上老年人口預(yù)計(jì)將增加到2.55億人左右,占總?cè)丝诒戎靥嵘?7.8%左右,高齡老年人將增加到2 900萬(wàn)人左右,獨(dú)居和空巢老年人將增加到1.18億人左右,老年撫養(yǎng)比將提高到28%左右[1]。老年公寓作為老年人娛樂(lè)、生活、居住的主要場(chǎng)所在近年來(lái)發(fā)展迅速,但在老年公寓蓬勃發(fā)展的同時(shí)我們必須看到老年人所面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增加。自2015年至今,全國(guó)各類養(yǎng)老場(chǎng)所因火災(zāi)原因共造成77人死亡,其中2013年黑龍江海倫敬老院火災(zāi)和2015年河南魯山養(yǎng)老院火災(zāi)兩起特大火災(zāi)事故引發(fā)了社會(huì)對(duì)老年人疏散問(wèn)題的極大關(guān)注和思考。
目前老年公寓的消防疏散方式主要是通過(guò)室內(nèi)外樓梯、消防電梯等建筑內(nèi)部設(shè)施進(jìn)行疏散,在現(xiàn)實(shí)火災(zāi)情況下隨著火勢(shì)和煙氣的不斷蔓延發(fā)展,諸如老年人等疏散速度較慢的弱勢(shì)人群在建筑內(nèi)部很難在規(guī)定的疏散時(shí)間內(nèi)到達(dá)安全場(chǎng)地。而依托陽(yáng)臺(tái)設(shè)置室外逃生艙可以減少煙氣對(duì)人的傷害,增快疏散速度,提升疏散效率。因此,室外逃生艙的設(shè)置可以豐富老年人的疏散方式,縮短老年人的疏散時(shí)間。
以山西養(yǎng)老機(jī)構(gòu)發(fā)展情況為例,截至2016年底,山西省現(xiàn)有各類養(yǎng)老服務(wù)機(jī)構(gòu)927所,設(shè)有床位約16.8萬(wàn)張,全省投資上億元的民辦養(yǎng)老機(jī)構(gòu)有10多個(gè)。預(yù)計(jì)到2020年,山西省老年人中需要護(hù)理服務(wù)的占13.69%,老年人有入住養(yǎng)老機(jī)構(gòu)意愿的占27%,可以預(yù)見(jiàn)在今后幾年中越來(lái)越多的老年人有意愿到老年公寓等養(yǎng)老場(chǎng)所生活或者居住。但在這些養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中,特別是民辦養(yǎng)老機(jī)構(gòu)仍存在消防設(shè)施不完善、安全出口設(shè)置不合理等實(shí)際問(wèn)題。老年人由于身體機(jī)能的不斷退化,發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的能力和在火場(chǎng)中逃生的能力也在不斷下降,現(xiàn)有的傳統(tǒng)疏散方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足老年人疏散的實(shí)際需要。所以室外逃生艙的設(shè)置既是對(duì)傳統(tǒng)疏散方式的創(chuàng)新與發(fā)展,也是提升老年人疏散能力的有效措施。
老年人屬于社會(huì)弱勢(shì)群體,伴隨著老年人年齡的不斷增長(zhǎng)和身體機(jī)能的逐漸退化,其活動(dòng)能力也受到了很大限制,老年人的肌肉和骨組織系統(tǒng)機(jī)能出現(xiàn)老化,腿纖維變細(xì),肌力減退,彈性和收縮力下降,活動(dòng)敏捷度降低,發(fā)生火災(zāi)時(shí)無(wú)法快速逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)[2]。此外,大部分老年人基于生理等多方面原因?qū)е乱曈X(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等感知器官均有不同程度的退化,發(fā)現(xiàn)火災(zāi)能力較弱。尤其是在老年公寓中存在一部分介助老人和介護(hù)老人,他們?cè)跒?zāi)害事故發(fā)生后需要依靠輪椅、拐杖等輔助行走設(shè)施或在他人幫助的情況下才可完成疏散逃生。一旦發(fā)生火災(zāi)這部分人群將會(huì)完全暴露在火災(zāi)危險(xiǎn)中,無(wú)法獨(dú)立、快速、有效地完成疏散逃生。以山西某老年公寓為例,80歲以上的老年人占全體入住老人的62.7%,90歲以上老年人有24人,占總?cè)藬?shù)的8.95%。在入住老年人身體狀況方面,需要依靠護(hù)工或輔助行走器械才能完成疏散的老人有171人,占總?cè)藬?shù)的63.8%,其中完全無(wú)行動(dòng)能力需要特殊護(hù)理的老人有11人?;谶@種情況,只有減少老年人的行走時(shí)間,縮短疏散距離,才能確保所有人員在安全時(shí)間內(nèi)完成逃生。而在老年公寓內(nèi)設(shè)置室外逃生艙可以縮短房間至安全出口的疏散距離,使得疏散人群不需要通過(guò)著火及濃煙區(qū)域即可到達(dá)安全區(qū)域。
老年公寓中現(xiàn)有的疏散方式主要是通過(guò)疏散樓梯和消防電梯等室內(nèi)建筑設(shè)施進(jìn)行疏散,而且老年公寓在設(shè)計(jì)時(shí)主要依據(jù)的是《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014),規(guī)范中對(duì)安全疏散距離的要求為“一、二級(jí)耐火等級(jí)的老年人建筑位于兩個(gè)安全出口之間的疏散門(mén)距離為25 m,位于袋形走道兩側(cè)或盡端的疏散門(mén)距離為20 m”。但現(xiàn)實(shí)情況中老年人的疏散速度一般為0.3~0.6 m·s-1之間,一般人在濃煙環(huán)境中停留半分鐘就會(huì)受到煙氣的傷害,即使老年人的疏散速度按照0.6 m·s-1計(jì)算,在半分鐘內(nèi)老年人的行走距離只有18 m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以到達(dá)安全區(qū)域。老年公寓房間內(nèi)火災(zāi)荷載較大,大部分老年公寓的床單、衣服、被褥等針織物沒(méi)有經(jīng)過(guò)阻燃處理,一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)加速火勢(shì)的蔓延擴(kuò)大并產(chǎn)生大量的有毒有害氣體。大量的煙氣會(huì)彌漫在房間和過(guò)道中,如果老年人盲目地通過(guò)疏散樓梯進(jìn)行疏散會(huì)造成大量人員由于吸入過(guò)量有毒氣體而傷亡。由于部分老年人在疏散時(shí)需要借助輪椅、拐杖等輔助行走設(shè)施,當(dāng)疏散至安全出口或疏散樓梯時(shí)輔助行走設(shè)施會(huì)占用凈疏散寬度,加之老年人行動(dòng)較慢,可能造成部分人員在疏散時(shí)間內(nèi)無(wú)法到達(dá)安全區(qū)域,甚至出現(xiàn)踩踏事故。而通過(guò)室外逃生艙進(jìn)行疏散可以大大緩解傳統(tǒng)疏散方式的疏散壓力,豐富老年公寓內(nèi)部疏散設(shè)施,確保老年人可以在規(guī)定時(shí)間到達(dá)安全區(qū)域。
逃生艙一般設(shè)置在老年公寓窗外陽(yáng)臺(tái)位置,其核心組成結(jié)構(gòu)共有10個(gè)部件。手動(dòng)卷盤(pán)和電動(dòng)啟動(dòng)按鈕為逃生艙的兩種啟動(dòng)方式,可采用一主一備的方式進(jìn)行設(shè)置。設(shè)備箱內(nèi)用于存放電機(jī)等維持設(shè)備工作的相關(guān)設(shè)施裝置,升降軌道固定在建筑物的外墻上,逃生艙通過(guò)軌道上升或下降。當(dāng)設(shè)備著地時(shí),緩沖氣囊和泄壓口用于壓力的吸收釋放,起到緩沖減震的作用,人員拉開(kāi)插銷放下疏散門(mén),形成疏散坡道進(jìn)行疏散逃生。逃生艙結(jié)構(gòu)如圖所示,圖1為閑置狀態(tài),圖2為打開(kāi)狀態(tài)。
1.手動(dòng)卷盤(pán);2.電動(dòng)啟動(dòng)按鈕;3.設(shè)備箱;4.緩沖氣囊;5.泄壓口;6.頂棚;7.側(cè)方疏散門(mén);8.插銷;9.欄桿;10.升降軌道
圖2 打開(kāi)狀態(tài)下逃生艙結(jié)構(gòu)
2.2.1 性能參數(shù)
室外逃生艙除滿足火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)逃生的需求外還應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求和日常生活的需要。(1)目前我國(guó)老年公寓中每個(gè)房間居住的老年人一般為2人,床的尺寸一般為長(zhǎng)2 m、寬1 m。考慮到介護(hù)老人在疏散過(guò)程中需要護(hù)工的幫助共同進(jìn)行疏散,所以逃生艙的額定承載人數(shù)為4人,按照一個(gè)成年人的體重為80 kg計(jì)算,額定載重為320 kg。同時(shí)為方便介護(hù)老人的疏散,使得2名老人在護(hù)工的幫助下可以第一時(shí)間轉(zhuǎn)移至逃生艙,逃生艙的尺寸設(shè)計(jì)為3.5 m×2.6 m×2.5 m。(2)室外逃生艙的啟動(dòng)方式主要為電動(dòng)啟動(dòng)方式,所用電源可連接至室內(nèi)民用電源,工作人員通過(guò)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕控制逃生艙的升降。如果火災(zāi)發(fā)生時(shí)導(dǎo)致電源被切斷,工作人員可以旋轉(zhuǎn)手動(dòng)卷盤(pán)人工進(jìn)行升降。(3)室外逃生艙的材料選擇上使用強(qiáng)度和硬度較強(qiáng)的合金鋼材,其屈服強(qiáng)度應(yīng)在1 370 MPa以上,抗拉強(qiáng)度在1 620 MPa以上,同時(shí)在鋼材外部涂刷防火涂料,達(dá)到耐火等級(jí)的要求。(4)緩沖氣囊主要起到逃生艙觸地時(shí)的緩沖作用,緩沖氣囊著地時(shí)承受逃生艙的壓力,氣囊壓縮,當(dāng)達(dá)到1.2 atm時(shí),分布在氣囊周圍的六個(gè)排氣口打開(kāi),通過(guò)向外排氣吸收動(dòng)能[3]。
2.2.2 可行性分析
國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家在養(yǎng)老場(chǎng)所的人員疏散方面不僅滿足依靠單獨(dú)的疏散樓梯進(jìn)行疏散,而且諸如避難滑梯、救生滑袋等垂直疏散裝置已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到各類養(yǎng)老場(chǎng)所中。在美國(guó),早在20世紀(jì)70年代美國(guó)消防協(xié)會(huì)定期修訂的《生命安全規(guī)范》(NFPA 101)中就包含針對(duì)養(yǎng)老院消防疏散的要求。美國(guó)消防協(xié)會(huì)要求各類社會(huì)福利機(jī)構(gòu)和公共建筑在設(shè)計(jì)、使用過(guò)程中,必須充分考慮殘疾人、老年人的疏散逃生問(wèn)題,并聯(lián)合建筑部門(mén)建議通過(guò)設(shè)置無(wú)障礙通道和室內(nèi)外的消防疏散通道來(lái)解決此類問(wèn)題。在日本,由于日本屬于災(zāi)害事故頻發(fā)的國(guó)家,所以當(dāng)?shù)卣推髽I(yè)機(jī)構(gòu)格外重視災(zāi)害事故發(fā)生后人員的逃生問(wèn)題?!度毡踞t(yī)療建筑的防災(zāi)設(shè)計(jì)》中提到建筑中的病房區(qū)每層要靠外墻設(shè)置避難空間。因此一種疏散陽(yáng)臺(tái)的裝置在日本使用率較高,一個(gè)定額6人、額定載重480 kg的疏散陽(yáng)臺(tái)從二層到一層的時(shí)間只需要短短的30 s,而且造價(jià)便宜,便于安裝。
在老年公寓設(shè)置室外逃生艙,首先可以顯著縮短老年人的疏散距離,提升老年人的疏散效率,尤其是當(dāng)老年公寓房間內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時(shí),大量煙氣和有毒氣體彌漫在走廊和樓梯間中,老年人不出房間就可以完成到室外安全區(qū)域的疏散。對(duì)于部分有自理能力和獨(dú)立逃生能力的老年人,他們?cè)诶锰由b置完成自我疏散的同時(shí),還可以幫助其他行動(dòng)能力較差的老年人進(jìn)行疏散,節(jié)約了疏散時(shí)間。其次,對(duì)于消防救援部門(mén)來(lái)說(shuō),可以利用室外逃生艙開(kāi)辟救生通道、設(shè)置水槍陣地和器材運(yùn)輸通道。當(dāng)消防員進(jìn)行火情偵查或者內(nèi)攻時(shí)可以通過(guò)逃生艙垂直鋪設(shè)水帶,縮短水帶鋪設(shè)的距離,便于消防員第一時(shí)間到達(dá)火場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行滅火。最后,對(duì)于老年公寓來(lái)說(shuō),設(shè)置必要的逃生裝置可以提升老年人的安全系數(shù),便于老年人在最快的時(shí)間內(nèi)完成疏散,同時(shí)通過(guò)必要的宣傳方式可以使子女放心地把老年人送入老年公寓中進(jìn)行贍養(yǎng),大大增強(qiáng)老年公寓的品牌優(yōu)勢(shì)和核心競(jìng)爭(zhēng)力。
室外逃生艙升降速度的確定需要滿足兩個(gè)條件,一是保證老年公寓全體人員能在安全時(shí)間內(nèi)疏散至室外區(qū)域;二是保證老年人在逃生艙中乘坐舒適,不會(huì)造成二次傷害。為保證全體人員在安全時(shí)間內(nèi)成功疏散,必須使得必需疏散時(shí)間小于可用疏散時(shí)間。根據(jù)日本Togawa提出的疏散時(shí)間公式[4]:
(1)
式中,Te為疏散時(shí)間;Na為總疏散人員數(shù)量;Nb為出口處人員數(shù)量;Ks為人員按照出口寬度進(jìn)行排列后所能達(dá)到的長(zhǎng)度;v為人員的疏散速度,取0.4 m·s-1。
假定每層有28名老人和28名護(hù)工,考慮最不利情況所有老人都通過(guò)一個(gè)室外逃生艙進(jìn)行疏散,最后可得所用疏散時(shí)間為127 s。按照室外逃生艙的承載能力計(jì)算疏散該層全部人員共需14個(gè)來(lái)回,單次疏散時(shí)間為4.53 s。因此,室外逃生艙的升降速度至少為1.5 m·s-1。
當(dāng)老年公寓建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)后,工作人員打開(kāi)窗戶協(xié)助老年人進(jìn)入到逃生艙中,然后按下電動(dòng)啟動(dòng)按鈕,觀察逃生艙是否運(yùn)動(dòng),若無(wú)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)手動(dòng)卷盤(pán)的方式進(jìn)行升降。到達(dá)地面后緩沖氣囊通過(guò)泄壓口釋放內(nèi)存壓力氣體,起到緩沖作用。工作人員拉開(kāi)插銷,釋放疏散門(mén)進(jìn)行疏散。具體流程如圖3所示。
室外逃生艙在布置的過(guò)程中要考慮兩方面因素:一是確保當(dāng)老年公寓發(fā)生火災(zāi)時(shí)所有老年人能在疏散要求的時(shí)間到達(dá)安全地點(diǎn);二是根據(jù)老年公寓的房間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建筑面積盡可能地減少室外逃生艙的設(shè)置數(shù)量,減少企業(yè)的投入壓力,提升布置的現(xiàn)實(shí)性與可行性。筆者以山西某老年公寓的建筑平面圖(如圖4所示)為參考基礎(chǔ),通過(guò)數(shù)學(xué)模型和Lingo數(shù)學(xué)軟件估算標(biāo)準(zhǔn)層全部老年人通過(guò)室外逃生艙進(jìn)行疏散需要的時(shí)間,為之后室外逃生艙的實(shí)際設(shè)置提供參考數(shù)據(jù)。
假設(shè):(1)每個(gè)房間的結(jié)構(gòu)面積均相同,標(biāo)準(zhǔn)層共有14個(gè)房間,每個(gè)房間均為雙人間且都住有老年人,房間進(jìn)深為4.8 m。(2)設(shè)每個(gè)老年人的移動(dòng)速度為0.4 m·s-1,且在第一時(shí)間就能發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或獲得疏散信號(hào),計(jì)算得每個(gè)老人離開(kāi)至房門(mén)需要12 s。(3)離開(kāi)房間后,老人通過(guò)走廊橫向步行至最近的室外逃生艙布置的房間,疏散至房間陽(yáng)臺(tái)位置算為疏散成功。(4)同一房間的2位老人不會(huì)走向不同的室外逃生艙布置的房間。(5)該層的所有老年人均通過(guò)室外逃生艙進(jìn)行疏散。
Xij為0,1整數(shù)變量,1表示第i個(gè)房間的老人選擇第j個(gè)避難點(diǎn),0表示不選擇;Dj為第j個(gè)避難房間的坐標(biāo)軸位置;PXi表示第i個(gè)房間的房門(mén)坐標(biāo)軸位置;PTi表示第i個(gè)房間的老人到達(dá)避難點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間;N為避難點(diǎn)數(shù)目(待定);t為離開(kāi)房間的時(shí)間。
3.3.1 房間位置的假設(shè)
根據(jù)上文模型假設(shè)提出的相關(guān)要求,同時(shí)所有老年人都能通過(guò)自身或在護(hù)工的幫助下疏散至逃生艙內(nèi),可以確定每個(gè)房間的老年人選擇室外逃生艙布置的房間模型公式為:
(2)
同時(shí)考慮到室外逃生艙房間的布置位置不能超過(guò)該層的長(zhǎng)度和寬度,即坐標(biāo)軸的橫向坐標(biāo)值范圍,模型公式表達(dá)為:
0≤Dj≤54.6,j=1,2,…,N
(3)
3.3.2 疏散時(shí)間的假設(shè)
考慮到老年人進(jìn)行疏散時(shí)最不利點(diǎn)的位置為袋形走道盡端兩側(cè)的房間,《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.5.17條規(guī)定:一二級(jí)耐火等級(jí)的托兒所養(yǎng)老院等建筑位于袋形走道兩側(cè)或盡端的房間疏散門(mén)至最近安全出口的直線距離最大值為20 m。在現(xiàn)實(shí)情況下老年人的疏散速度一般為0.4 m·s-1。由此計(jì)算距逃生艙所布置房間最遠(yuǎn)的老年人只要在50 s內(nèi)到達(dá)目標(biāo)房間即為疏散成功。模型公式表達(dá)為:
(4)
綜上所述,以標(biāo)準(zhǔn)層所有28名老人達(dá)到逃生艙設(shè)置房間坐標(biāo)的總時(shí)間為目標(biāo),建立優(yōu)化模型可得非線性方程為:
(5)
(6)
使用Lingo軟件對(duì)式(6)求解,當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)層只設(shè)置一個(gè)房間為室外逃生艙設(shè)置房間時(shí)軟件模型無(wú)解,即一個(gè)室外逃生艙無(wú)法滿足所有老年人疏散的要求。當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)層選定兩個(gè)房間為室外逃生艙設(shè)置房間時(shí)模型有解,最優(yōu)避難點(diǎn)位置為14.3 m與35.5 m位置處,對(duì)應(yīng)房間位置為左側(cè)第4個(gè)房間和第11個(gè)房間,最優(yōu)間距為21.2 m。
因此,在該老年公寓設(shè)置室外逃生艙時(shí),在水平位置布置在4號(hào)房間和11號(hào)房間時(shí)全樓層人員通過(guò)逃生艙疏散時(shí)間最短。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí),左側(cè)7個(gè)房間的14名老年人進(jìn)入4號(hào)房間乘坐室外逃生艙進(jìn)行疏散,右側(cè)7個(gè)房間的14名老年人進(jìn)入11號(hào)房間乘坐室外逃生艙進(jìn)行疏散。最終模擬所有老年人完成避難逃生的總時(shí)間為420 s,最慢的老年人疏散所用時(shí)間為46.5 s,滿足前文所提及的老年人最慢疏散時(shí)間50 s的要求,因此,該模型成立。
通過(guò)模型的假設(shè)、建立和求解可知設(shè)置室外逃生艙的房間水平布置時(shí)距離為21.2 m為宜,在此距離內(nèi)可以滿足該層所有老年人的疏散需求。同時(shí),由于各老年公寓的建筑風(fēng)格都獨(dú)具地方特色,房間布局和大小也都各不相同,例如在老年公寓內(nèi)部交通組織方式上就有單通道空間交通組織方式、多通道空間交通組織方式、環(huán)形通道空間交通組織方式和混合通道空間交通組織方式等多種,因此在實(shí)際布置時(shí)很難形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求,計(jì)算數(shù)值也只能作為參考使用。為解決布置間距問(wèn)題,筆者建議在水平布置時(shí)可以老年公寓內(nèi)防火分區(qū)為基礎(chǔ)模塊,在模塊內(nèi)選定房間設(shè)置室外逃生艙,根據(jù)建筑的不同耐火等級(jí)確定布置間距,一二級(jí)耐火等級(jí)建筑布置間距為21 m,之后以5 m為標(biāo)準(zhǔn)差遞減。在豎向布置時(shí)由于逃生艙的下降速度為1.5 m·s-1,即使是最高的54 m老年照料場(chǎng)所,從頂層至底層的時(shí)間只需36 s,疏散時(shí)間充足。但考慮到火災(zāi)發(fā)生后會(huì)迅速在著火層的上層和下層蔓延,建議以三層為單位分段交錯(cuò)布置。以該老年公寓為例,1層和4層將逃生艙設(shè)置在2號(hào)房間,2層和5層設(shè)置在3號(hào)房間,3層和6層設(shè)置在4號(hào)房間,只要逃生艙下降到安全樓層可視為疏散逃生成功。此外,在房間選取時(shí)應(yīng)注意作為安全出口的兩個(gè)房間之間的直線距離不能超過(guò)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的相關(guān)要求。
老年公寓作為老年人晚年生活?yuàn)蕵?lè)的主要場(chǎng)所在解決老年人老有所養(yǎng)、老有所居、老有所醫(yī)的問(wèn)題上起到了巨大作用?;诶夏耆诵袆?dòng)和反應(yīng)能力的逐漸退化,老年公寓在設(shè)計(jì)上應(yīng)具有更高更先進(jìn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和配套設(shè)施,室外逃生艙的設(shè)置可以大幅度提升老年人的疏散效率,減少老年公寓的火災(zāi)傷亡,豐富老年人的疏散選擇,具有較高的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。