近年来高层建筑成为我国主要发展的建筑群,但随之而来的高楼火灾亦成为国内乃至全世界极难攻克的问题.因为高楼结构复杂、人员密集,同时楼梯、竖井等会产生烟囱效应,致使烟雾弥漫,助长火势蔓延,造成严重伤亡.因此,降低我国高楼火灾发生率,更好地保护居民的生命财产安全,成为我国保障人民安居乐业,创建和谐社会需解决的最迫切的问题.为了缓解这一状况,一方面政府可采取相应措施提高人们的防火防患意识,另一方面可号召人们配置消防用品,保证发生火灾后能够及时扑灭火灾或逃生.根据中国统计年鉴^[1]可知,我国高楼火灾发生频率高居不下,2009—2011年高楼火灾发生情况如表 1所示.消防设备可救援高度远低于高层建筑的高度:消防水罐车喷水灭火高度为8层楼,最高云梯车举高能力仅仅15层楼.15层以上高层建筑失火,该类救援装置无用武之地,同时消防队即使第一时间接受报警,但因救援设备机动性差、体积庞大、道路交通阻塞等问题延误救援时机,而且该类装置救援能力有限,发生特大火灾时所起作用有限.居民能否进行有效自救成为社会关注的焦点,因此高楼火灾逃生装置的研究与设计逐渐成为业界研究的热点.

表 1(Table 1)

表 1 2009—2011年高楼火灾发生情况[1] Tab.1 The occurrence of high-rise building fire between 2009 and 2011 年份 火灾发生次数/万次 死亡人数/人 2011 4.80 844 2010 5.23 853 2009 5.23 877

表 1 2009—2011年高楼火灾发生情况[1] Tab.1 The occurrence of high-rise building fire between 2009 and 2011

近些年我国火灾发生率高,伤亡大.经过分析发现一个重要因素:建筑的疏散通道和安全出口被堵或被锁住,使得火灾中居民产生惊慌失措的心理,从而导致践踏、跳楼、窒息等状况发生.因此,为保证全面研究与分析高楼逃生装置,对火灾发生时居民心理状况的分析是必不可少的. 1.1 惊慌恐惧心理

大多数火灾的发生和自然灾害一样,有突发性的特征,所以居民面对火灾时一般比较恐惧,同时火灾发生时一般会伴随有浓烟、火焰、刺激性气味等现象,这就更促使居民产生惊慌不安的心理.根据心理学家对人类紧张程度的分析可知,在某一范围内紧张程度越高,处理事情的能力会越差,而且面对火灾时多数人会处于高度紧张的状态.突发状况时人们的心理情况如图 1所示^[2].居民心理上的恐慌会随着环境变化转变成更高一层的恐惧,从而降低理智思考的能力,导致悲剧的发生. 1.2 从众型心理

从众型行为是指面对火灾,多数居民为了寻找安全的避难场所或逃生通道从不同方向集聚而来.大多数人在这样的慌乱情况下,理智思考的能力已很低,所以会不约而同地认为聚到一个地方是安全的.但是这样的情况容易发生践踏、拥堵的情况.

图 1

Fig. 1

图 1 突发状况时人们的心理情况 Fig. 1 People’s psychological state in emergency

向光性是人的特性,尤其是生活水平日益提高的现在,人们基本生活在明亮的环境中.当火灾发生时,浓烟密布,电力系统关闭,人们处在黑暗中,变得恐惧、不安、烦躁.因此出现光亮时,人们会习惯性地向有光的方向奔去,如此才认为是安全的.但是有光的地方很可能就是火源,所以无意中就已进入危险地带. 1.4 色彩心理

产品的颜色给人一种最先导入的感觉.一件产品的色彩是否处理妥当,不仅可弥补造型中的不足还可博得消费者青睐,减轻居民的不安和恐惧感.虽然颜色本身没有爱憎、真假、吉凶等标识,不过由于人们具有某种心理效应,因此很多时候颜色便有了拟人化的感觉,用来表示某种特定的含义.

红色有热情、积极、乐观、吉祥等效应;黄色在东方有尊贵、优雅的意味;蓝色通常象征永恒、深远和幻想;白色普遍被认为是圣洁的颜色等.因此,高楼逃生装置的设计应合理运用色彩心理学,保证设计的装置安全适用的同时能够有效地减缓居民的心理压力. 2 国内外高楼火灾逃生装置现状

专家提示,若家中没有配置有效的高楼逃生装置,发生火灾后应冷静沉着,选择正确的逃生途径:尽快离开房间,尽量暴露,保证搜救人员容易发现,从楼梯逃跑,扑灭火苗,靠墙躲避,合理跳楼,管道逃生.综上所述,没有有效的高楼逃生装置,人们的逃生方法、途径异常被动.因此国内外应加紧对高楼逃生装置的研究步伐. 2.1 国内高楼火灾逃生装置现状

2010年11月15日14时,上海余姚路胶州路一栋高层公寓的大火引起社会对高楼逃生装置的关注.目前国内比较成熟的高楼火灾逃生装置主要有:

(1) 奥勃龙高楼火灾逃生装置^[2].该装置巧妙地运用了地球引力、杠杆原理、重量与杠杆翘动的偏心轮产生的摩擦系数成正比的原理,解决了一直以来困扰人们高楼救援和下降的问题,同时几乎可适用于包括妇孺老幼在内的所有人群.

(2) 基于弹簧的高楼逃生器.该装置是通过对螺旋弹簧施加扭矩,增大或减小螺旋弹簧和钢丝绳之间的摩擦力,最终可自由控制降落速度.

(3) 逃生电梯.该装置使用专用电源供给能量,电梯轿厢和缆绳通过特殊设计,能够保证火灾发生后电梯依然可正常工作,且极其牢固,可为用户提供一个安全通道.

另外还有离心摩擦式高楼安全逃生器、流动液体阻尼式高楼逃生器^[3]以及以巧力夹高楼自救逃生装置等. 2.2 国外高楼火灾逃生装置现状

(1) 德国发明的新型逃生电梯——折叠式可充气逃生舱.该装置提前以5个为单位被安置于高楼楼顶.火灾发生时,救援人员开启激活按钮,该装置将自动充气,之后沿着建筑边缘下降.用户可及时乘坐“电梯”逃生.

(2) 阿根廷设计外挂逃生电梯^[4].该装置由嵌齿轮和单轨道两部分组成,每个轨道上安装有载人电梯.火灾发生后,运用紧急专门供电装置,对用户进行救援和疏散,降低伤亡和经济损失.

(3) 电磁逃生系统^[4].该系统由美国研究人员开发,其核心是在建筑的每个转角处设置一个升降竖井,内部安装电磁片,每户居民家中配置与电磁片相关的金属救生衣.电磁片对金属救生衣有一定排斥力,一旦发生火灾,用户穿上金属救生衣跳入救生井中,排斥力与用户重力相反,可保证用户低速安全着陆.

(4) 摩天大楼逃生轮.Kevin Stone受渔线轮启发,设计出该套救生装置,如图 2所示.其设计创新点在于内部设置一套离心式制动系统,用户可自行控制下降速度,巧妙结合线轴、制动块、制动盒之间的连接,保证使用者平稳安全着陆.测试显示,百层高大楼逃生只需花费4 min.

图 2

Fig. 2

图 2 摩天大楼逃生轮 Fig. 2 Skyscraper escaping wheel

(5) 设计师Sin Sun Ho的高楼绳降逃生装 置如图 3所示.该装置如同钢铁侠的手套,其内部 配置有钢绳和缓降装置.使用时将手伸进“手套”,握住把手即可解锁,通过自身重力安全达到地面.

图 3

Fig. 3

图 3 高楼绳降逃生装置 Fig. 3 High-rise building abseiling escaping device

综上所述,国内外高楼火灾逃生装置存在的问题有:

(1) 大部分装置是缓降类的设计,且均需有一个固定点.若是火势已蔓延至全栋楼,使用这类缓降装置,将会有坠落、灼伤的危险.

(2) 这类装置造型冰冷,没有亲和力.用户一般将其放置于家中不起眼的地方.突发火灾时会无法及时找到,所以有其局限性.

(3) 有一部分是救援系统,与建筑融为一体,科技含量较高,成本也较大.这类系统在美国、英国、德国等发达国家可得到一定发展;在我国由于自身的经济实力不能保证这类系统的普及,因此在国内高科技救援系统可行性不大. 3 解决思路

目前国内外高楼火灾逃生装置均存在一定的局限性.这类装置基本需要依附高楼才可进行工作,没有独立性,如若火灾引起建筑倒塌、建筑附属物坠落,则这类装置将不能起到救援作用.针对以上问题,笔者认为可对高楼火灾逃生装置作以下设想:

(1) 若救援装置可载使用者飞离火灾现场并至安全地带,救援效果将会更好.其飞行功能可借鉴直升机飞行原理:直升机发动机驱动旋翼提供升力,把直升机举托在空中,单旋翼直升机的主发动机同时也输出动力至尾部的小螺旋桨,机载陀螺仪能侦测直升机回转角度并反馈至尾桨,通过调整小螺旋桨的螺距可抵消大螺旋桨产生的不同转速下的反作用力.

(2) 使用者乘坐救援装置时,可自行控制飞行速度和方向,保证乘坐时的舒适性和安全性,以及到达目的地的准确性.

(3) 装置造型应美观大方,与用户家居环境相适应,以便不使用时,可放在家中显而易见位置,犹如家具一样,以保证使用者自愿购买,增加普及程度以及发生火灾时可在第一时间发挥救援作用.

(4) 严格控制装置成本,以使更多的中国居民能购买使用.适当简化装置设计,使用轻量化材料,减轻发动机负重.

(5) 该类装置设计应符合用户的心理需求,以保证用户使用时没有恐惧感,反而有安全感.

4 可行性分析

(1) 技术方面.国内外飞行技术已非常成熟.目前墨西哥一家公司尝试设计一种新型背负式“直升机”Libelula^[5],如图 4所示.人们可将它穿在背上升至空中,整个装置在氢燃料筒的驱动下运作.该公司表示,Libelula将是世界上最轻的直升机,可通过碳素纤维胸衣绑在人身上.运用类似技术,使用防高温防火材料进行辅助设计,成功研制飞行式逃生装置将不是问题.

(2) 市场方面.根据最新的“高楼趋势报告”可知,2011年全世界建成的200 m以上高层建筑有81座,2013年建成73座.2000—2013年全世界高层建筑增长率达318%^[6].根据我国公安部消防局统计,截至2009年底,大陆高层建筑约有19万座,其中:居住高层12.5万座,办公楼、酒店、学校等公共建筑7万座,近1 699座的高度超过100 m^[7].因此该救援装置有较大的市场.

图 4

Fig. 4

图 4 新型背负式“直升机” Fig. 4 The new backpack “helicopter”

世界经济的发展,带给人们更多的物质享受和精神慰藉,应运而生的高层建筑在给予人们心理和生理上优越感、自豪感、舒适感的同时,也在悄无声息地威胁着人们的生命和财产安全.高楼火灾发生频率随着高层建筑的数量增加而增加,消防设备的发展速度远比不上高层建筑发展的速度,这一矛盾促进了高楼火灾救援装置的发展.经过不懈努力,救援装置的设计日趋成熟,但仍存在局限性.为进一步保证人民生命财产安全,社会和谐稳定,国家繁荣发展,设计先进的、高效的高楼火灾逃生装置是众望所归的.