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广州大学高层与超高层建筑概论课程论文译文超高层建筑人员疏散的实验研究超高层建筑人员疏散的实验研究【摘要】：随着现代城市的发展，越来越多的超高层建筑已建成。这些建筑物的紧急疏散成为建筑设计师、住户和政府等面临的一些主要问题，特别是9/11事件以后。在这项研究中，我们设计了三个实验来研究超高层建筑疏散过程。实验是在高470米的上海世界金融中心进行的。在第一个试验，是一个人从顶楼到第一层的疏散。对运动特征，如平均速度和所需的疏散时间进行了分析。在第二个实验中，我们用摄像机记录了群众疏散的过程，并且手动记录了相关数据。疏散人员最初分布在12-17层，并且被要求通过楼梯撤离到避难层。在避难层，如第六层，疏散人员被要求通过另一个楼梯继续撤离到首层。我们获取并分析了每个疏散人员的速度—时间特征曲线，并且研究了诸如平均速度和疏散时间以及从一段楼梯道另一段楼梯过程的特征等参量。我们最后在第三个实验中模仿并讨论了在超高层建筑中电梯疏散的过程。在41层和65层的疏散人员被要求通过楼梯向下一直走到避难层，在那里他们会通过电梯撤离到首层。我们讨论了这种混合方式疏散的策略。从这些实验中获得的基本数据对超高层建筑的设计起到一定作用，并且可以用于验证和改进超高层建筑的人员疏散模型。1、引言随着许多发展中国家城市的快速城市化，大量人群涌入到大都市圈。结果是，这些城市中对于平面空间的巨大需求导致了超高层建筑的出现。在这些超高层中，人员数量非常大，在火灾、恐怖袭等情况下，人员需要撤离，这就导致了紧急疏散问题成为建筑设计师在进行超高层设计需面临的主要问题之一。现时已经有很多研究专注于疏散特点（pelechano和malkawi，2008)，总结这些研究，可以发现影响疏散的因素可以主要分为以下两类(Proulx,2002)：(i)流量及(ii)人的行为。流量被认为是受到建筑构件如门口，形成所谓“瓶颈”的楼梯，等因素局限的。在这些特定位置的疏散人流量会被建筑几何特征所影响，(Cepolina,2009;Kretzetal,2006),所以不同几何形状的建筑的疏散过程是不同的。最近指出，门口宽度和相应的可通过的人流量不是线性关系的，而是同时也受到它的设计影响。(Gwynneetal.,2009;DaamenandHoogendoorn,2011)。人类行为，如逃生的反应和运动特征，也对疏散过程有重要的影响。研究发现，在疏散过程中(Zhangetal.,2008;ProulxandReid,2006;McConnelletal.,2010)不同人反应是不同的。因此，疏散演习(Zhangetal.,2008;Chengetal.,2009;NilssonandJohansson,2009)，行人交通调查，(ChowandNg,2008;Jiangetal.,2009;Fangetal.,2008)实验(Helbingetal.,2003)和疏散模拟(LoandFang,2000;Songetal.,2006a,b;Zhengetal.,2009;KuligowskiandMilke,2005)被用作研究人类行为对疏散过程的影响。研究发现，在疏散过中，大部分疏散人员会忽视初始疏散信号(Proulx,2002;Zhangetal.,2008)。在疏散的时候，人们很少有惊恐情绪(Proulx,2002)。最近也被指出，不同“时间压力”下，人们也许会表现出不同的情绪，例如正常的和高涨的情绪，会引起不同的运动特征(Freyetal.,2010)。当情况仅仅在很短时间内威胁到他们的生命，人们会加速逃离，同时忽略应有的社会礼仪准则。然而，当情况并不是太严峻，人们疏散的行为特征跟正常情况是可比的。对行人疏散的过程建立模型，不同的模型基于不同疏散者的运动特征，总结规律而建立的(Zhengetal.,2009)。这些模型可以提供有关人类行为流动模式的非常有价值的信息，特别是当这些信息用真人实验难以调查获得的(OvenandCakici,2009)，如在9/11事件中世界贸易中心超高层建筑的最大紧急疏散量(Shieldsetal.,2009;McConnelletal.,2010)。当利用这种模型时，要注意的是模型的参量如人员的疏散速度和个人身体尺寸(Shietal.,2009)应当仔细。就如基本图表反映的世界不同地区人员疏散流量。由于不同文化背景的疏散人员所需的个人空间不同，因此流量密度关系也不同。(Chattarajetal.,2009;Maetal.,2010a)这意味着城市规划师，行人交通设施设计师和防火安全工程师需要根据人口和世界地区来调整他们的步行交通和疏散模型，从而确保模拟结果的可靠性。(Maetal.,2010b)当涉及到多层建筑，电梯和楼梯都可以用来运送人们去不同的楼层。然而，当进行疏散，建筑中每层楼的居住者只能依靠满足现行有关建筑火灾防护规范的安全楼梯进行疏散。例如，关于电梯和扶梯的建筑工程规范，香港，2002（建设局，2002）。因此楼梯的疏散人流特征是极其重要的，因为梯井平台处的（即连接梯段和楼板的地方）(Galeaetal.,2008)的人流汇聚肯定对影响疏散过程有影响。为了量化人流特征，楼梯处的行人服务等级在北美被进行了调查(Fruin,1971)。在中国，楼梯平台处的人群流动情况也有相关的调查(Jiangetal.,2009)。两项研究指出，人群在楼梯上的行走速度与梯段宽度都会对最大流量有很大的影响，这就跟流量跟有效宽度之间的关系相似(Pauls,1984)。为了更深入地探讨人类行为如防止撞击(FujiyamaandTyler,2009)，楼梯转折对(XuandSong,2009)流动特点的影响，相关的实地观察和疏散演习已经被进行(FujiyamaandTyler,2009;XuandSong,2009)。Averill和宋通过模拟结果与多层建筑消防疏散演习的比较，校准了他们的元胞自动机模型(AverillandSong,2007)。徐等人提出了一种多网络模型来模拟楼梯疏散(XuandSong,2009)。他们将模拟结果与疏散演习进行对比，发现结果很好地切合。为了提供对楼梯疏散过和更好的理解和足够的模型所需的参数。Peacocketal.等人深入地讨论了楼梯疏散并给出了关于多层楼梯疏散的速度分布(Peacocketal.,2009)。应该牢记速度分布有可能会被一些因素影响，如年龄，性别以及移动性。在疏散过程中残疾人的存在可能会影响疏散速率和人流量(Shieldsetal.,2009)。2.材料和方法2.1建筑布局2010年1月在上海世界金融中心(SWFC)进行了超高层建筑人员疏散的控制实验。这座470米高的环球金融中心位于中国上海。它地上有101层，首层到三层主要是购物商场，而在7层到77层全是商务办公。在3层到7层之间主要有会议室，而79层到93层是酒店。93层以上被用作观光，所以这些楼层的平均高度对比起正常楼层来说特别高。在6层以上，每12层就有一个避难层。每层的层高可以再表1中找到。疏散时，所有在避难层的疏散人员应选择三个楼梯之一来逃生，如图1a所示。从低层进入的疏散人员会在连接梯段与平台的楼梯口处遇到从楼上下来的人，如图1b所示，这些疏散人员在楼梯口汇聚，然后向下走直到楼梯结束到达避难层。然后他们离开身处的楼梯间并在避难层根据指引进入另一段楼梯。在图1a中，我们给出了环球金融中心的这种典型疏散过程。疏散人员在避难层离开西北边的楼梯然后跟着箭头指引的方向进入另一段楼梯，或者是继续向前去乘坐电梯接着向下移动。在这过程中，每个疏散人员必须经过4个紧急出口。两个楼梯间紧急出口之间的距离大概为36米。出口的宽度和梯段宽度分别为1m和1.2m。踏步宽度为0.28m，梯级高度为0.15m。图1，超高层建筑疏散策略的描述。注意：在子图（a）中，红色的箭头代表从一个楼梯间出来到另一个楼梯间的疏散路径。（b）代表疏散人员从一普通楼层到相应的楼梯间然后向下走到避难层转换逃生楼梯的路径。（为解释参考图中颜色的图例，读者可以参见这篇文章的网页版）表1不同楼层段的高度和功能楼层段高度功能酒店和观光商务办公购物商场和会议室楼梯间1楼梯间2楼梯间3电梯间普通层楼梯口平台普通层普通层图1a图1b