高层住宅消防逃生设备的设计与研究学位论文.docx
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高层住宅消防逃生设备的设计与研究学位论文
Abstract
Withthehigh-speedeconomydevelopment,andtherapidpopulationexpansion,ourcitiesareingreatdemandforland,sothelimitedlandcanonlybecontinuingincreasedthevolumeratiothatmaymeetpeople'sdemand,thatisthereasonwhyHigh-risebuildingsarebecominghigherandcloser.However,thecontinuedincreaseofHigh-risebuildingsmustbealongwithhighfrequenthousefire,andthencauseseriouscasualtiesandpropertylosses;therefore,thesafetyofevacuationproblemfromfireintheHigh-risebuildingsincreasinglybecomespeople’sfocus.Thisarticleisattemptingtostudyfromtheinternaltransportationsystemofthehigh-rrisebuildingstotheproblemofsafetyevacuationfromfire,andexplorethereasons,thenicanputforwardtheproductdesignwhichcanensurethesafetyofevacuationfromhigh-risebuildings’fire,andalsostudythesecurityandeffectivenessofthisproducttotheevacuationfromfireinthehigh-risebuildings.
KeyWords:
high-risebuilding,safeevacuation,Escapeequipment,warningsystem
目录
中文摘要2
Abstract3
1.产品开发背景1
1.1高楼建筑的大量建设1
1.2高层建筑的消防安全问题——惨痛的教训2
2.高层住宅安全疏散基础研究2
2.1高层建筑火灾特点2
2.2高层建筑的火灾自救疏散规范2
2.3现有安全出口的设计3
3.影响安全疏散的几个因素6
3.1影响安全疏散的人的因素6
3.2影响安全疏散的物的因素7
4.高层住宅消防逃生设备产品的设计7
4.1产品描述7
4.2产品语义及命名8
4.3产品功能分析及层次安排8
4.4主要设计过程10
4.5产品的交互分析14
5.总结全文所做的探索工作15
参考文献16
致谢17
引言
跟随着我国城市化的进程,高层建筑的蓬勃发展。
高层建筑的安全疏散问题越来越成为我们关注的焦点。
面对普通民众的消防安全意识薄弱,往往会忽视消防楼梯在发生火灾、煤气泄漏等事故的重要作用,此次项目设计为保障消防楼梯的畅通、让防火门有效的隔离火源及浓烟,及在消防逃生时辅助居民逃生让居民采取更合理的行动。
1.产品开发背景
1.1高楼建筑的大量建设
随着我国城市经济高速发展,人口急剧膨胀,高层建筑如雨后春笋般拔地而起。
城市对于土地的需求越来越大,而在有限的土地上只能不断地提高容积率才能满足人们的需求,因此高层建筑也越来越高,密度也越来越大。
随着高层建筑的蓬勃发展,高层建筑的安全疏散问题越来越成为我们关注的焦点。
据较早前公安部消防局提供数据,我国主要城市高层建筑发展情况(表1)
表1我国高层建筑发展情况
区域
2000高层建筑物数(栋)2005高层建筑数(栋)
北京路
上海市
天津市
重庆市
广东省
45156874
34366994
7761698
25214756
995517671
全国
4666281661
用了高层的标准:
大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑);建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。
据网上调查数据:
就我省而言,截止2010年11月,在广州目前高层建筑已经多达1万余栋,其中居民住宅占半数以上。
据不完全统计,广州目前包括在建的超过100米的超高层建筑约有300多座,18层以上的高层建筑已经有7000多座,位居世界前列。
目前广州市公安消防局拥有“射程”最高的消防车为56米,大约能到达一般楼层20层的位置。
而如果市民是在20层以上遭遇火灾被困,是很难通过消防车逃生的;在深圳拥有的高层建筑达到6300多栋,其中高度超过100米的超高层建筑为64栋。
但据深圳市公安消防支队提供的信息,目前深圳伸展最高的消防用云梯车,也仅能伸展到54米的高度,即不到20层楼高。
然而高层建筑安全不仅仅只是满足功能需要和高层规范的要求,事实上良好的安全疏散系统更加体现在危急关头对于人们生命的关怀。
针对频繁发生的高层住宅火灾,居民延走火通道逃生时存在问题,所造成的严重伤亡原因,进行分析思考并提出解决对策。
这将大大提高火灾发生时,居民逃生的效率和逃生环境,并有效的减少伤亡。
1.2高层建筑的消防安全问题——惨痛的教训
2009年8月10日,香港旺角嘉禾大廈火灾4人死亡,包括两名消防员殉职,另有57人受伤;出事的大厦楼高15层。
2010年11月5日,吉林市船营区珲春街商业大厦发生火灾,造成19人死亡,24人受伤,过火面积约15830平方米。
2010年11月15日,上海胶州路一栋高层教师公寓大楼起火。
火点位于10-12层之间,整栋楼都被大火包围着,楼内还有不少居民没有撤离。
大火已导致58人遇难,另有70余人受伤。
2011年3月8日,安徽芜湖市弋江区江城国际瑞景苑的一住户家突发火情。
屋内的一名年轻男子急于逃生、慌不择路纵身从11楼跳下。
遗憾的是,男子不但没能安全逃生,反而坠楼身亡。
之所以会出现这样多的高层住宅建筑的火灾事故,一方面是因为高层住宅建筑的火灾隐患比较多;另一方面,这些年高层住宅建筑发展的势头过于迅猛,物业管理部门的安全管理理念和管理水平参差不齐,普通民众的消防安全意识薄弱,消防部门的要求很难落到实处。
2.高层住宅安全疏散基础研究
2.1高层建筑火灾特点
透过这些火灾案例可以发现高层住宅建筑的火灾危险性主要包括以下几个方面:
其一层数多,垂直疏散距离长,人员需要较长时间才能疏散到安全场所。
其二是发生火灾时,在“烟囱效应”作用下,烟气和火势竖向蔓延快,增加了安全疏散的困难,而平时使用的电梯由于不防烟火和停电等原因停止使用。
其三是人员集中,容易出现混乱,拥挤的情况。
而且在疏散过程中人往往具有一种恐惧心理,往往是向熟悉的路线疏散,向明亮的路线疏散,也增加了疏散的困难。
其四多数高层建筑安全疏散主要靠楼梯,而楼梯间一旦窜入烟气,就会严重影响疏散。
2.2高层建筑的火灾自救疏散规范
一、走安全出口,千万不要乘坐电梯
要事先了解和熟悉住宅的疏散通道和安全出口情况,做到心中有数,以防万一。
千万不要乘坐电梯,因为火灾发生以后,电梯可能停电或者失控,人们可以寻找指示灯或者指示标示逃生。
二、房间内发生火灾,用灭火器或者消防栓第一时间扑灭
房间内发生火灾时,千万不要惊慌失措,可以用灭火器或者消防栓第一时间扑灭,此时还应呼喊周围的人出来参与灭火和报警,如果火势无法控制,应该立即疏散,并且走时要把房门关上,防止烟气进入走道。
逃出火场后,不要再顾忌遗留在室内的物品,再返回去拿。
三、其他房间或者楼层起火,开门逃生前应触摸一下把门的手
如果门锁的温度已经很高,或者烟雾从门缝中往里钻,则说明外面的火已经很大,千万不要贸然地打开房门。
如果门锁温度正常,或者门缝没有烟雾钻进来,说明火离自己还有一段距离,这时候可以打开一道门缝,观察一下外面的情况。
开门时应该用一只脚抵住门的下框,防止外面的热浪将门冲开,使火势蔓延。
在确信大火并没有对自己构成威胁的情况下,这时候尽快地逃离火场。
四、居住较高楼层,不能盲目地去跳楼
当大火和浓烟已经封闭通道,应关闭房门内所有门窗,防止空气对流,延迟火焰蔓延的速度,并且用一些布条堵住门窗的缝隙,有条件的情况下,可以用水浇在门窗上降低它的温度,等待救援。
如果深居楼层较高的情况下,也不能盲目地去跳,要向外发出呼救的信号,可以抛一些沙发垫、枕头这些软的物体,夜间可以打开手电,使下面的人能够知道这里有人,能够救助。
五、紧急逃生遇烟气时,用湿毛巾或者衣物堵住口鼻
当离开房间发现起火部位就在本楼层时,应尽快就近跑向已知的紧急疏散出口,遇有防火门应该及时关上,如果楼道被烟气封锁或者包围的时候应该尽量降低身体尤其是头部的高度,用湿毛巾或者衣物堵住口鼻。
在火灾中,最大的“杀手”并非大火本身,而是在焚烧是所产生的大量有毒烟雾,其主要成分为一氧化碳,另外还有氰化氢、氯化氢、二氧化硫等。
消防专家的研究表明,空气中的一氧化碳含量为1%时,一至两分钟便可引起死亡。
一份统计报告显示,对393次火灾中死亡的1464人进行原因分析,其中因缺氧窒息和中毒死亡的有1062人,占总数的72.5%;直接被火烧死的359人,占24.5%;被大火逼得走投无路,于是跳楼逃生摔死的30人,占2.1%;其他原因13人,不到1%。
在火灾中,因烟雾而窒息或中毒造成死亡的人数占遇难者的三分之二以上。
2.3现有安全出口的设计
一、消防产品
(一)烟雾探测器
火灾的起火过程一般情况下伴有烟、热、光三种燃烧产物。
在火灾初期,由于温度较低,物质多处于阴燃阶段,所以产生大量烟雾。
烟雾是早期火灾的重要特征之一,感烟式火灾探测器就是利用这种特征而开发的,能够对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。
它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。
(图1)
图1烟雾探测器
(二)手动火灾报警按钮
手动火灾报警按钮是火灾报警系统中的一个设备类型,当人员发生火灾时在火灾探测器没有探测到火灾的时候人员手动按下手动火灾报警按钮,报告火灾信号。
正常情况下当手动报火灾警按钮报警时,火灾发生的几率比火灾探测器要大的多,几乎没有误报的可能。
因为手动火灾报警按钮的报警出发条件是必须人工按下按钮启动。
按下手动报警按钮后火灾报警控制器能收到火警信号,并且确认了现场位置。
(图2)
图2手动火灾报警按钮
(三)消防警铃
警铃为消防报警和联动系统的配套专用产品,当系统确认火警后,由联动设备控制突入工作,在发生紧急情况的时候由报警控制器控制触发报警,正常情况下每个区域一个,也可用于防盗警报器,警示声音效果好。
(图3)
图3消防警铃
(四)消防应急灯
消防应急灯,适用于消防应急照明,是消防应急中最为普遍的一种照明工具,应急时间长,高亮度具有断电自动应急功能。
消防应急灯具有耗电小、亮度高、使用寿命长等特点。
(图4)
图4消防应急灯
(五)消防标志灯
消防标志灯是选用工业塑料和高亮度的灯泡制成,材料不老化、散热快、抗冲击等特点。
可在各种场所和环境作路标指示或停电应急时安全疏散导向指示照明。
(图5)
图5消防标志灯
(六)夜光标牌
夜光标牌采用蓄光型自发光材料,具有吸光、蓄光功能,亮处吸收日光、灯光等可见光20分钟,可持续发光12小时以上。
无毒,无害,无放射性。
具有无需电源,是一种节能产品。
其他材质相关产品有钢化玻璃、PVC、PET等夜光安全出口方向标志。
(图6)
图6夜光标牌
二、消防应急照明系统
主要包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯,是在发生火灾时正常照明电源切断后,引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的。
但在日常的检查中发现,单位在消防应急灯具的选型、安装和使用过程中存在着许多问题。
应此,合理选择应急照明系统供电控制方式、接线方式,做好日常维护工作,直接影响到消防应急照明系统作用的发挥。
建筑物发生火灾时,按照完备的疏散程序进行合理的安全疏散指挥,能有效提高安全疏散的效率。
反之,若消防管理部门没有事先制定好应急预案,一旦发生火灾面对复杂危险的场面,就很可能茫然不知所措,甚至误导人员疏散,导致人员伤亡。
三、安全楼梯的疏散
据访问发现,大多数高层居民不知道楼梯间防火门的具体作用。
各类防火门在发生火灾时,关闭状态下起到耐火、隔浓烟、有毒气体的作用,并有效的防止火势迅速蔓延;根据的不同的类别、等级防火门耐火隔热时间有、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h之分。
普通民众消防意识薄弱,往往会忽视消防楼梯在发生火灾、煤气泄漏等事故的重要作用。
常常出现防火门被杂物堵塞、为了方便出入丢垃圾,防火门被强制长期打开。
高层建筑火灾不同于普通楼房火灾,危险性很大,发生火灾时楼梯井、电梯井、管道井等竖直通道,会产生“烟囱效应”,一层楼失火,很快就会使烟火蔓延到上层。
在过去发生的高层火灾中近七成是盲目逃生吸入浓烟致死的。
可见发生火灾时冷静了解火场情况,采取合理的逃生行动是多重要。
3.影响安全疏散的几个因素
3.1影响安全疏散的人的因素
一、身体方面
主要体现在性别和年龄上,通过火灾实例调查,女性较男性更易产生强烈的紧张、焦虑和恐惧感,男性能够较好的控制自己的情绪和行为;随着年龄的增长,人的心理逐渐成熟,对应急事件的心理调整及行为的控制力都有明显的提高,这是影响安全疏散时的步行速度和对火灾反应灵敏度性的主要因素。
调查中发现:
发生火灾后能够及时报警、通知他人和进行扑救的人群中,有60%为成年和中年人。
另外,居民中不避免的会有一些老、弱、病、残的居民,这些弱势群体也会对疏散造成一定程度的影响。
根据公安部2008年上半年的火灾统计数据中火灾中死亡人员的基本情况看,862名死亡人员中未成年人、老年人和病残人员共499人,占总数的57.9%,住宅火灾的死亡人员中,弱势群体所占比重更大,达到64.7%。
二、心理方面
有无类似经历对火灾时的心理及行为产生的影响是不同的。
经历过类似事故的人对火灾刺激的心理容量增大,能更好的控制自己的行为,安全撤离火场。
比如有些人参与过消防安全培训,自我保护的意识比较强,感知火灾后会采取比较合理的行动;而有些人没有经历过消防演练,安全意识比较淡薄,一旦面临火灾可能方寸大乱,导致出现一些盲目、冲动的行为。
3.2影响安全疏散的物的因素
一、安全门经常被上锁
安全门是防范火灾扩散的屏蔽和住户逃生的通道,可一些高层住宅在日常管理中安全门及疏散通道不开通、堵塞的情况较普遍,一旦发生火灾易造成人员伤亡的后果。
二、闭门器常修常坏
按照国家有关技术规范要求,疏散通道、楼梯防火分区等应当设置常闭式防火门。
应当设置常式防火门的地方,往往防火门关不住、或者被强制打开,一个重要的原因是对闭门器的维修和管理不够重视,发生火灾事故的时候不能起到防火分隔和防范烟火窜入通道与楼梯间的作用。
三、应急照明疏散指示标志“不应急”
经常可以看到疏散指示标志损坏、照明度不够的现象。
高层住户习惯于乘坐电梯,而往往忽视了楼梯。
高层的楼梯间就消防而言,不仅是人行走的通道,最大的作用还是紧急情况时作为应急逃生的通道。
如果这些疏散指示标志损坏或照明度不够,一旦火灾蔓延开,烟气四处扩散,人员就很难辩清方向,从而延误在火灾初期宝贵的疏散时间。
四、控制中心“不控制”
火灾中往往由于初期火灾得不到及时控制而造成火灾蔓延,导致财产损失和人员伤亡。
消防控制中心作为消防系统的中枢,需要人24小时值班。
但有的值班人员连基本的维护保养及操作方法都不懂;有的没有配备专门人员值守。
还有的消防控制中心,由于开通时间长或多年未发生过火灾,加上日常未按规定定期对设备进行检测和保养,因此设施损坏或误报率较高,使这些现代化的消防设施控制系统不能发挥应有的作用,贻误逃生时机,小灾酿成大难。
4.高层住宅消防逃生设备产品的设计
4.1产品描述
在发生火灾紧急的情况下,居民们需要一个较强的自我保护意识,感知火灾后会采取比较合理的行动。
普通电梯在火灾时由于电源等原因往往停止运转,因此,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。
高层住宅建筑的楼梯间,如果防火分隔或防火处理不好,发生火灾时好像一座高耸的烟囱,成为火势迅速蔓延的途径。
然而,目前存在消防楼梯防火门被堵塞、强制长期敞开。
居民发生火灾时不能及时知道着火楼层及消防楼梯间的状况,在高层碰到状况时不能与地面取得联系等。
针对这些情况,产品应具有门磁功能,当门打开时用温馨的语言不断提示住户离开时确保防火门闭合,防止防火门没有完全闭合和用户贪图方便把恶意强制防火门长期敞开;含距离感应器,在防火门的一定范围内不能对方杂物,在指定范围内检测到有物体逗留,马上发出提示语言;楼梯口、走廊都设有烟雾传感器和温度传感器,每层都设有这个产品,产品间进行数据交互,当一端检测到事故时,各楼层产品都会反馈信息并发出警报,各楼层住户可通过产品得知那个楼层出事故与实时的楼层情况,迅速做出正确的逃生路径。
4.2产品语义及命名
新产品的命名一方面从用户心理模型出发,照顾到消费者的感知和接受,另一方面要体现富创意的设计特色。
产品的中文名称为“天使”,天使是侍奉神的灵,神差遣它们来帮助需要拯救的人。
天使是纯“善”的化身,所以绝对不会容忍“恶”的存在,天使会按照神的命令,对有罪的人进行苛刻严厉的惩罚。
高层住宅逃生设备其使命跟天使十分相近,当然她不会严厉的惩罚不守规矩的人。
产品的英文名称为“AngelWings”造型上如同天使翅膀给人纯洁且宁静的感觉,富有层次感,并具有其形态语意的;造型结构上符合使用环境、使用方式。
产品LOGO见(图7):
图7产品LOGO
4.3产品功能分析及层次安排
一、系统分析(图8)
图8产品系统分析
二、产品功能说明
当住户在“Angelwings”感应到指定范围内堆放杂物,威胁到防火门的正常开启;“Angelwings”将发出警告语言直至杂物被拿走。
当“Angelwings”感应到用户打开防火门一段时间还没关闭,存在恶意长期开启、或防火门没完全关闭;“Angelwings”将发出提示语言,直至防火门完全关闭。
平时状态下“Angelwings”实时显示该环境的温度、湿度,还有当前楼层号码;住户便能通过数据了解天气,并且在晚上黑暗的环境里能轻易的辨别楼层。
“Angelwings”正面、背面都设置了烟雾传感器、温度传感器,正面检测楼梯间状况,背面检测走廊状况;如检测到有毒气体、火灾等异常,整栋楼“Angelwings”启动应急状态并发出警报;所有灯亮起,检测到浓烟、有毒气体楼层区域灯显示橙色,如检测到着火、高温该楼层区域显示红灯。
住户可以通过指示灯显示,了解整栋楼的情况“如那层楼哪个区域着火,浓烟有没冒出逃生楼梯,适不适合往下逃生等”。
“Angelwings”具有语言功能,在紧急逃生的时候,实时播报楼层状态和你处楼层;让视力不好的人和盲人同样得到逃生信息。
“Angelwings”具有呼叫功能,当碰到扭伤等障碍可通过呼叫键广播式的向各楼层进行求救,消防员也可以通过该功能询问情况;按键采用凹印无障碍设计。
三、现有技术支持
LED贴片灯由FPC电路板、LED灯、优质硅胶套管制成。
防水性能,使用低压直流供电安全方便,发光颜色多样,色彩鲜艳。
(图9)
图9LED贴片灯
气敏、烟雾传感器,将空气中的烟雾、气体浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。
能检测一氧化碳、瓦斯、煤气、氟利昂等气体。
温度传感器,将感受温度并转换成可用输出信号。
门磁是由无线发射模块和磁块两部份组成,在无线发射模块有两个箭头处有一个“钢簧管”的元器件,当磁体与钢簧管的距离保持在1.5厘米内时,钢簧管处于断开状态,一旦磁体与钢簧管分离的距离超过1.5厘米时,钢簧管就会闭合,造成短路,向主机发射报警信号。
(图10)
图10烟雾传感器、温度传感器及门磁
4.4主要设计过程
一、草图和创意的筛选
结合使用环境、使用方式、内部元件做大量产品设想草图,并不断完善,使之更加人性化,初定设计方案。
(图11)
图11草图
二、三维模型制作阶段
这个阶段一直在大型上不断的推敲,力求造型与内部结构不会出现问题、且不会出现出模问题。
在造型与草图保持一致的同时修复、完善细节的处理;倒角的变化,分模线的处理等等。
(图12)(图13)(图14)
图12
主体产品门磁附件背部传感器附件
图13
主体产品内部结构门磁附件内部结构背部传感器附件内部结构
图14
在细节上反复的进行了修改,在草图阶段还不清楚和完善的地方也进行了一些补充和改进,并也兼顾了后期实物模型制作的一些问题(分模、材质、结构等等)
三、产品使用环境(图15)
三维模型制作完成后,就要进行真实场景的渲染了,这个阶段是对色彩、材质等方面的推敲。
图15效果图
四、产品内部结构及其他细节说明
(一)产品尺寸图(图16)
图16六视图
(二)产品爆炸图(图17)
a.液晶显示屏、b.LED贴片灯、c.LDE贴片灯带、d.散光罩、e.单片机、f.烟雾传感器、g.温度传感器、h.呼叫键、i.复位键、j.麦克风、k.喇叭、l.蜂鸣器、m.门磁、n.蓄电池、o.亚克力面板、p.电源线及通讯线
图17爆炸图
(三)产品背部细节图(图18)
图18产品背部细节图
(四)产品楼层符号设计说明(图19)
楼层符号设计,结合现有警示牌通用标志,着力于简单易懂。
图19楼层符号设计
4.5产品的交互分析
一、情境功能设定
(一)日常情况功能设定(图20)
图20日常情况功能设定
(二)紧急情况功能设定(图21)
图21紧急情况功能设定
二、安全疏散的诱导系统
(一)听觉诱导
听觉诱导即语言诱导,包括口头诱导和广播诱导。
前者是有失火建筑内的有关工作人员,根据熟悉的情况进行口头诱导和指挥,这种方式有时能起到很大作用;后者是通过广播诱导更显得重要。
广播语言诱导,可以采用有线广播、闭路电视、音乐系统或附设扬声器的电话系统。
(1)传送信息用语应注意以下几点:
使用“请您注意”而不用“注意听”起来比较安详,少引起惊慌,所有重要指示重复两遍,使用通俗的语言。
(2)发布紧急通知建议用女性声音,而发出指示,宜用受过训练的男性的声音。
(3)用音响信号报警,以引起人们对紧急情况的注意,报警信号的选择与设计,应考虑以下原则:
使用人耳最敏感的声音,频率为500—3000Hz。
为了传播较远,宜使用传播途中能量不易被空气吸收的声音,频率为1000Hz。
需要绕过屏障物或分隔物时,应使用低于500Hz的低频声。
在嘈杂环境中,使用的信号频率应用与噪声中最强的频率相互区别。
(二)视觉诱导
视觉诱导是利用视觉代号对危险作出警告或传达信息,包括火灾紧急事故照明和疏散诱导标志。
目的也是为疏散创造一个合适的光照环境。
色彩心理,色彩具有精神的价值。
人常常感受到色彩对自己心理的影响,这些影响总是在不知不觉中发生作用
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