多模態(tài)外向型垂直疏散技術(shù)基本理論與模式探究

陳桐，陳璐

（中國建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100044）

1 多模態(tài)外向型垂直疏散理論基礎(chǔ)

1.1 高層、超高層建筑發(fā)展現(xiàn)狀

縱觀高層建筑的發(fā)展，經(jīng)歷了從功能主義，到以人為本，再到高質(zhì)量發(fā)展的新時代要求幾個階段。當(dāng)今時代高層、超高層建筑設(shè)計更加富有創(chuàng)意、功能更加豐富、空間更加開放、外向型交通與空間組織在項目實踐中的應(yīng)用日益增多。以上現(xiàn)狀都對外向型樓梯在高層、超高層建筑中的應(yīng)用提出了系統(tǒng)性梳理的要求，具有廣泛的應(yīng)用前景與重要意義。

1.2 疏散行為與心理

安全一直是高層、超高層建筑發(fā)展過程中的重要問題，一旦發(fā)生異常，其人員損傷、財產(chǎn)損失及對城市的影響都是極其慘重的。在對災(zāi)害發(fā)生時人員疏散的研究與模擬中，得到疏散過程中人員主要有以下特點。

疏散人員的性別、年齡、運動能力等都會對疏散能力產(chǎn)生影響，除體力差異外，不同的心理狀態(tài)對疏散過程會產(chǎn)生不同程度的影響。在發(fā)生突發(fā)事件后，將會產(chǎn)生一些特殊的心理反應(yīng)，如恐懼、驚慌、沖動和僥幸心理、個體孤獨和從眾心理等，這些特殊的心理反應(yīng)將會導(dǎo)致一些不理智的行為，如從眾行為、錯誤判斷行為、往返行為、慣性行為等。[1]以上心理與行為會造成擁堵、踩踏等現(xiàn)象，不僅影響疏散效率，更會產(chǎn)生一定危險。

1.3 傳統(tǒng)疏散方式疏散機理與弊端

傳統(tǒng)高層、超高層建筑通過室內(nèi)獨立封閉樓梯間疏散樓梯進行疏散，通過空氣加壓阻止煙氣進入，具有一定的疏散弊端：首先，疏散空間封閉，人員空間定位不清，容易產(chǎn)生心理恐慌，影響疏散效率，甚至產(chǎn)生踩踏風(fēng)險；其次，疏散樓梯間封閉，外部救援機會為零，救援困難；最后，疏散樓梯間防排煙安全性主要通過空氣加壓實現(xiàn)，對設(shè)備依賴性極高。

1.4 多模態(tài)外向型垂直疏散的基本理論

針對以上問題，外向型疏散具有一定的優(yōu)勢：首先，在疏散過程中空間開敞、定位清晰，可以有效減少心理恐慌、提升疏散效率；同時打破了傳統(tǒng)疏散樓梯對加壓設(shè)備的完全依賴，可以在一定程度上利用自然通風(fēng)，但自然通風(fēng)效果難以控制，還需結(jié)合具體情況進行深入分析；外向型疏散也可以為多種外部救援條件提供條件，增加救援機會。

對于高層建筑中室外樓梯的有效設(shè)置應(yīng)用，其雖然優(yōu)勢較為明顯，相對于室內(nèi)樓梯的應(yīng)用也能夠發(fā)揮出一定的美觀性和經(jīng)濟性效果，但是因為其作為建筑物結(jié)構(gòu)的外部構(gòu)成單元存在，進而也存在著一些不良威脅和缺陷需要引起足夠重視。[2]本文整理了6種多模態(tài)外向型垂直疏散技術(shù)的基本模式，總結(jié)不同模式的特點、優(yōu)勢及需重點關(guān)注的問題。對每種模式研究的關(guān)鍵要素進行分析，包括如何保證外向型樓梯作為疏散樓梯的安全性、如何更高效地發(fā)揮疏散作用、如何與建筑主體適配3 個主要方向。

2 技術(shù)落地性要素分析

多模態(tài)外向型疏散技術(shù)相較于傳統(tǒng)疏散方式具有一定的優(yōu)勢，但同時也有諸多待解決的技術(shù)落地性問題，本節(jié)內(nèi)容對不同模態(tài)需探討的共性技術(shù)問題進行分析整理，為后續(xù)深入研究做好準(zhǔn)備。

2.1 安全性技術(shù)要素

安全性是疏散過程中極為重要的要素。外向型疏散技術(shù)雖然避免了傳統(tǒng)疏散模式中的許多弊端，但同時也會產(chǎn)生許多待解決的問題，其中安全性要素就是需要考慮的重中之重。

安全性要素主要分為3 大類內(nèi)容：個體因素、樓梯本身因素、外部影響因素。

對個體因素來說，相較于封閉疏散樓梯間，外向型疏散解決了空間定位不清晰而造成的恐慌恐懼心理，但同時也會產(chǎn)生恐高心理等問題，如何通過建筑設(shè)計的方式解決此類問題是研究的重點。不同的外向型疏散模式對解決該問題都有不同的策略和方法，如多地表的模式由于自身空間形態(tài)便可有效緩解恐高心理，具有一定的優(yōu)勢，而室外獨立疏散樓梯模式則需要重點考慮欄桿的高度、通透性等方向，在后續(xù)研究中應(yīng)會分別重點研究。

樓梯自身的情況對于安全性也非常重要。保證樓梯安全是疏散的首要前提，樓梯本身的安全可以分為幾個方面重點考慮：樓梯的防火性能、樓梯的防滑性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性能、適宜的樓梯尺寸等。防火性能的設(shè)計不僅包括樓梯與所在防火材料的選擇，同時還需要考慮與建筑使用空間的聯(lián)系，避免因臨近建筑使用空間發(fā)生火災(zāi)而影響到疏散樓梯的使用。對于防滑、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等要求，還需要重點考慮室外樓梯的特殊環(huán)境，對耐久性與特殊天氣等重點關(guān)注。

相較于封閉疏散樓梯間，外向型疏散樓梯受外部影響更大。外部影響因素主要可分為幾類：風(fēng)環(huán)境的影響、雨雪等惡劣天氣的應(yīng)對、室外溫度影響、室外煙環(huán)境的作用。外部天氣的影響需重點考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、樓梯防滑等要求，而煙環(huán)境的研究則要通過軟件模擬等方式，在不同模式下選擇適宜的策略降低煙氣蔓延，對不同模式得到不同的策略對應(yīng)。

2.2 高效性技術(shù)要素

對高效性技術(shù)的分析主要分為疏散人員因素與建筑特征素。

疏散人員角度的分析，分為個體的人員要素與群體因素：個體要素的分析通過疏散環(huán)境的營造緩解人員的恐慌心理，進而減少個體的突發(fā)行為影響群體疏散效率；群體因素重點研究群體疏散的社會力作用行為、匯流轉(zhuǎn)向等行為及個體差異行為對疏散效率的影響。

建筑特征要素研究基于疏散人員因素，主要分為3 個大方向：樓梯本身通行能力、樓梯與外部銜接方式、其他救援方式的組合應(yīng)用。樓梯本身的通行能力可以通過軟件模擬、結(jié)合現(xiàn)場踏勘、實踐調(diào)研等方式，探究不同的樓梯寬度、高度、坡度、每段數(shù)量、梯段間組合方式對疏散效率的影響；樓梯與外部銜接方式主要分析不同的出入口組織形式、垂直分段組織方式、平臺形式的影響等對疏散效率的影響；外部救援方式的組合應(yīng)用則需分析不同模式為外部救援方式提供的條件，以及結(jié)合滑道、滑索等其他新型救援方式的可能。[3]

2.3 適配性技術(shù)要素

對適配性的研究主要從與建筑功能、平立面影響、疏散作用幾個角度進行適配性分析。如所研究的整體環(huán)繞式疏散相較于其他模式公共性較強，結(jié)合辦公、酒店功能時可以提供更多舒適的室外自然空間，而作為住宅則私密性較差，適配性不高；對平立面的影響主要考慮對平面使用率的影響、與立面造型的結(jié)合等內(nèi)容；疏散作用角度則需要分析不同模式下樓梯的適用性，結(jié)合不同地區(qū)室外環(huán)境氣候特點進行分析。

3 6 大基本疏散模式及簡要分析

通過大量案例整理、實踐經(jīng)驗、調(diào)研分析等，對外向型疏散樓梯進行分類總結(jié)，提出外向型疏散的6 大基本模式，不同模式有著不同的優(yōu)勢與待解決的技術(shù)問題，這也是不同模式在后續(xù)深入研究中需要探討的重點。

3.1 外向型室內(nèi)獨立疏散

外向型室內(nèi)獨立疏散樓梯特點是疏散樓梯仍為室內(nèi)樓梯，但位于主體建筑靠外的位置，能夠?qū)崿F(xiàn)采光與自然通風(fēng)（見圖1）。

圖1 外向型室內(nèi)獨立疏散示意

與傳統(tǒng)疏散方式相比較，外向型室內(nèi)獨立疏散樓梯能夠讓使用者有明確的空間定位，與外界環(huán)境有視線聯(lián)系，有效緩解恐慌心理。樓梯可以結(jié)合外部造型、玻璃幕墻進行系統(tǒng)設(shè)計，但需考慮人員使用過程中是否會產(chǎn)生恐高心理，結(jié)合具體情況進行維護結(jié)構(gòu)設(shè)計。

香港匯豐銀行的建筑設(shè)計將疏散樓梯、衛(wèi)生間、管井等均置于建筑外側(cè)，使用空間集中到建筑中部，空間開敞、分隔靈活，是外向型室內(nèi)獨立疏散的典型案例（見圖2）。

3.2 外向型室外獨立疏散

外向型室外獨立疏散樓梯的典型特點是，疏散樓梯位于建筑外部，獨立于主體結(jié)構(gòu)之外，為純外向疏散樓梯，與建筑主體相連（見圖3）。外側(cè)無維護墻體，具有天然通風(fēng)采光效果，同時也會產(chǎn)生一定程度的恐高心理等相關(guān)問題。

圖3 外向型室外獨立疏散示意

室外獨立樓梯既可以節(jié)約建筑面積，又能夠有自然的采光通風(fēng)，在多層建筑中更為常見，在高層建筑中應(yīng)用較少，在后續(xù)的研究中，安全與恐高等問題是研究的重點。

杭州天目里藝術(shù)駐留中心，功能為藝術(shù)家工作室+展廳，作為藝術(shù)家工作、活動、展覽的空間，通過獨立的外部樓梯貫連各層空間，是外向型室外獨立疏散模式的一種形態(tài)（見圖4）。

圖4 杭州天目里藝術(shù)駐留中心

3.3 整體環(huán)繞式疏散

整體環(huán)繞式疏散的建筑空間特點主要為樓梯圍繞建筑螺旋式上升，樓梯結(jié)合各層室外平臺共享空間進行設(shè)計，滿足功能使用要求的同時結(jié)合建筑公共空間設(shè)置（見圖5）。

圖5 整體環(huán)繞式疏散示意

通常，整體環(huán)繞式疏散模式在各層空間均有室外平臺貫通，形成的“多地表空間” 能有效緩解恐高心理。同時結(jié)合建筑形式，室外樓梯上方多有頂部遮擋，一定程度上減少了雨雪天氣的影響，但仍要進行重點研究與設(shè)計。從高效性角度，室外平臺的擴大為樓梯形態(tài)的設(shè)計提供了更為自由的空間，可以有條件優(yōu)化樓梯形態(tài)等，提高疏散效率。

典型案例如VIVO 新總部大樓，通過螺旋形式將公共空間引入建筑高處，形成多層露臺，通過樓梯貫通相連，實現(xiàn)不同平臺可達性的同時，也貫通了公共空間（見圖6）。

圖6 VIVO 新總部大樓

3.4 多功能共享疏散

多功能共享疏散是在室外獨立疏散樓梯基礎(chǔ)上，將樓梯與平臺、坡道、景觀、綠化等室外設(shè)施共同結(jié)合組成共享空間(見圖7)。

圖7 多功能共享疏散示意

多功能共享疏散模式一般位于建筑的同一側(cè)，與建筑室內(nèi)空間聯(lián)系相對緊密。具有一定的室外活動空間，從恐高角度對樓梯的安全性設(shè)計更有利，可以相對自由地進行設(shè)計，因其位置與形態(tài)與室內(nèi)空間的聯(lián)系更為緊密，因此，如何避免室內(nèi)空間發(fā)生危險對疏散造成影響是后續(xù)需要研究的重要內(nèi)容。

典型建筑案例為巴塞羅那菲拉萬麗酒店，利用建筑一側(cè)形成公共空間，公共空間通過樓梯、平臺等組合創(chuàng)造出舒適、互動的環(huán)境（見圖8）。

圖8 巴塞羅那菲拉萬麗酒店

3.5 多地表垂直疏散

多地表垂直疏散的空間模式為利用空中平臺、中庭、避難層等空間將建筑垂直方向分段，若干層為一個疏散單元，在單元內(nèi)分別設(shè)置疏散樓梯或其他疏散設(shè)施（見圖9）。

圖9 多地表垂直疏散示意

多地表垂直疏散空間模式的典型特點是垂直分段，將高層建筑多層化處理，這對疏散時緩解人們的恐高心理有很大益處。安全性的設(shè)計還需重點考慮室外樓梯防滑、防煙、特殊天氣等要素。同時多地表垂直疏散提供了多處室外平臺，這也為與其他救援方式的結(jié)合提供了更多可能。

典型案例如新加坡OASIA 酒店，設(shè)計初衷是將生態(tài)多樣性引入建筑，通過空中多層平臺的方式設(shè)置不同高度的空中花園，實現(xiàn)休閑娛樂與社會交往。建筑形式垂直分段，在每段建筑中進行更為自由的設(shè)計（見圖10）。

圖10 新加坡OASIA 酒店

3.6 多棟建筑疏散備份

多棟建筑疏散備份的形式主要體現(xiàn)在多棟建筑之間，在單棟建筑垂直疏散基礎(chǔ)上增加了多棟建筑水平連接的形式，不同建筑之間的樓梯可相互使用，有助于提高建筑整體的安全性，提高疏散效率（見圖11）。

圖11 多棟建筑疏散備份示意

多棟建筑疏散備份模式后續(xù)設(shè)計的重點是連接體的安全與穩(wěn)定。連接體與主體結(jié)構(gòu)之間連接穩(wěn)固，同時對水平連接體與主體建筑間防煙等問題應(yīng)重點考慮。水平疏散通道的設(shè)計在該模式下尤為重要，水平疏散通道可以與避難層結(jié)合，與垂直疏散通道相連，增強穩(wěn)定性[4]。從高效性角度，不同建筑高度、不同連廊高度、不同連接數(shù)量對疏散效率都會有不同程度的影響，這也是后續(xù)研究的重點。

在項目的實踐經(jīng)驗中，對多棟建筑疏散備份模式也進行過探索。在工作室的某方案設(shè)計中，便提出了疏散備份的新理念。將兩棟高層建筑之間通過標(biāo)高分別為150 m、200 m 高度連廊進行連接，其中一棟建筑發(fā)生火災(zāi)或其他危險時，可以通過連廊利用另外一棟建筑進行疏散，提高安全性的同時也大大提升了疏散效率，更有利于保證災(zāi)害發(fā)生時使用者的安全（見圖12）。

圖12 工作室項目實踐

4 結(jié)語

本文通過對多模態(tài)外向型垂直疏散理論研究、技術(shù)落地性要素簡析、6 大模式整理分析，形成多模態(tài)外向型垂直疏散的理論與研究框架，為后續(xù)各模式深入研究奠定基礎(chǔ)。

后續(xù)工作會對技術(shù)落地性要素進行重點研究，對6 大模式進行深入研究整理，通過實踐、調(diào)研、模擬等方式形成更為科學(xué)理論的成果。分析不同模式下外向型樓梯的安全性、高效性、適配性技術(shù)，進而希望在后續(xù)的設(shè)計中可以提供導(dǎo)引作用。