自愿出口电梯：2004 CTBUH 指南的改进

更新是几个垂直运输组织努力解决新建筑物甚至现有建筑物中公共安全障碍的证据。

约翰内斯·德容

2004 年，CTBUH 发布了其 紧急疏散：电梯系统指南。[1] 在 9/11 的悲惨事件之后，很明显是时候加强高层建筑的出口方法了。 这本简洁而全面的小册子总结了疏散电梯系统的好处，概述了三个保护级别和相关的关键设计标准。 该指南还探讨了设计出口电梯时要考虑的因素，并制定了使用电梯进行全面疏散、分阶段疏散和部分疏散的协议。 该指南广受欢迎，因为市场正在寻找新的想法来提高高层建筑的安全性。 这种需求没有改变。

在美国，该指南由多个监管机构实施。 国际规范委员会 (ICC) 允许通过国际建筑规范 (IBC) 中的乘员疏散操作 (OEO) 自愿使用自动自我疏散，[2] 并且美国机械工程师协会更新了美国电梯规范 ASME A17.1。 3,[XNUMX] 包括自愿性 OEO。 虽然这是一项了不起的成就，但紧急出口电梯作为一种设计理念的采用非常有限，而且没有人们所希望的那么普遍。

本文将回顾实施自愿出口电梯 (VEE) 作为高层建筑设计解决方案的一部分的持续障碍，并提出打破这些障碍的解决方案。

探讨了将激励措施与最新的电梯控制方法、烟雾防护解决方案和烟雾扩散知识相结合，提高 VEE 经济性的主要挑战和机遇。 欧洲和北美市场的授权机构 Liftinstituut 等全球专家； 提升工作室私人。 有限公司； 和 Olsson Fire & Risk Ltd. 联手与欧洲电梯行业进行了一项研究，探索如何解决新建建筑甚至现有建筑的这些障碍。

介绍

建筑物中的紧急疏散通常首先与火灾有关，因为火灾会对建筑物产生灾难性的影响，并且在新闻中向我们展示的案例中尤为突出。 例如，14 年 2017 月 71 日伦敦格伦费尔塔火灾，造成 70 人死亡，XNUMX 多人受伤。 通常，灾难性事件是改善建筑安全系统的催化剂。

的发现 紧急疏散：电梯系统指南 在北美作为 OEO 实施，这是全球实施的第一个自愿疏散法规。 OEO 仅在有限数量的情况下使用并且从未真正起飞这一事实使我们研究什么限制了自愿疏散系统的使用以及可以采取哪些措施使它们变得更加普遍。 本文介绍了我们的发现结果，我们希望将其用作修订版的输入 紧急疏散：电梯 系统指南.

紧急疏散需求

不仅在发生火灾时需要紧急疏散； 它也适用于以下情况：

• 停电：像 1977 年纽约市停电这样的大停电需要在建筑物的应急电源系统失效之前疏散建筑物。
• 炸弹威胁、生物战、毒气袭击和辐射袭击等恐怖行为都是需要清空建筑物以尽量减少或防止伤亡的情况。
• 台风、飓风、地震、海啸和洪水等自然灾害会使建筑物变得不安全，因此需要紧急疏散这些建筑物。
• 核事故和化学事故等人为灾难可能需要整个地区撤离。 作为区域疏散的一部分，建筑物将需要疏散。 使用电梯疏散建筑物是

在几乎所有这些情况下，使用电梯疏散建筑物是常见的做法。 但是，在发生火灾时，我们明确指示不要使用电梯或升降机。 我们都看到过如图 1 所示的标志，但是那些没有能力或不适合使用楼梯的居住者呢？

让我解释一个个人故事，这是一个很好的例子：几年前，我在纽约的华尔街酒店火灾中发现自己处于这样的境地。 随着第一个警报，我们被要求使用消防楼梯。 当我们被告知情况已得到控制时，我才设法将其放下。 然后我们被允许回到我们的房间。

不到 15 分钟后，我们又被另一个火警警报打断了。 第一次警报后我仍然感到疲倦，我尝试了电梯，令我惊讶的是，电梯仍然可用，我沿着“非法”的方式乘车。

因为我的膝盖严重磨损，所以我肯定无法再次走楼梯。 这一次，大厅的门都敞开着，到处都是消防员，潮湿的地板上有几条消防水带，一楼厨房冒出浓烟。 这一次，真的火了！ 因此，确实存在疏散需求。

紧急疏散和电梯保护类型

CTBUH 指南描述了三种不同类型的疏散和电梯的三种保护级别。 三种疏散类型可以在图 2 中找到，而三种电梯保护级别如图 3 所示。然而，CTBUH 指南没有描述的是如何将电梯保护级别与不同的疏散类型联系起来。 然而，任何人都应该清楚，用户面临的风险越大，电梯的防护等级就应该越高，以防止用户在疏散过程中的安全风险。

在欧洲，一些规范描述了电梯在发生火灾时应该如何工作：

• EN 81-72 电梯构造和安装安全规则 — 客梯和货梯的特殊应用：“消防员电梯”：[4] 本规范描述了仅供消防员在火灾中使用的受保护电梯的使用。
• EN 81-73 电梯建造和安装安全规则 — 客梯和货梯的特殊应用：“发生火灾时电梯的行为”：[5] 本规范描述了除所述消防员电梯之外的电梯的行为EN 81-72：例如，详细描述了所有货物和乘客电梯的召回。
• CEN/TS 81-76“疏散电梯”：[6] 该规范仍为草案，即将发布。 它描述了如何使用符合 EN 81-72 的电梯对无法自救的人（无法使用楼梯的人）进行部分疏散。

尽管存在这些规范，但许多欧洲国家的消防员，尤其是消防部门对其中的规则并不满意。 EN 81-72 允许小至 680 公斤的汽车。 这对于全副武装的消防员来说是有问题的，如果他们需要从车上救出自己，就需要将其移除。

消防队长还抱怨 EN 81-76 干扰了他们的主要任务，即拯救建筑物。 拯救建筑物是消防员拯救生命的最有效方式。 拯救在消防员大厅等候的人的生命将阻止并可能阻止他们进入他们也需要拯救建筑物的同一部电梯。 它还可用于在更高楼层拯救更多人。

一些国家的消防队长解释说，他们希望能够将乘客电梯用于某些涉及大量人群的救援行动，前提是他们认为电梯足够安全以供使用。 例如，荷兰消防员在奈梅亨的一场大火中使用乘客电梯挽救了许多生命。 即使在西伦敦的 Grenfell Tower 火灾中，许多居民也使用电梯自救； 另外，在这里，一些电梯的归位功能“幸运地”失败了。

在美国，ICC 允许在 IBC 中通过 OEO 自愿使用自动自我疏散。 ASME 更新了美国电梯规范 ASME A17.1,[3] 以包括自愿性 OEO。 与 EN 81-73 一样，该标准已经描述了电梯的召回。 引入 OEO 时考虑了最常见的严重威胁，即火灾，因为烟雾和热量是已知的杀手。 OEO 疏散开始于火灾楼层以上两层和以下两层。

OEO 要求对电梯进行最大程度的保护（CTBUH 指南中描述的“受保护电梯”）。

不幸的是，由于保持电梯安全所需的许多技术规定，受保护的电梯显着增加了电梯的成本。 此外，在需要两个楼梯的情况下，OEO 允许将其中一个防火楼梯降低到一定高度以上。 但是，在 OEO 电梯不工作的情况下，会缺少防火楼梯。 我们认为，通过提供 OEO 电梯来减少消防楼梯的数量（这始终是最安全、最可靠的疏散方式）是不可取的。

此 右 适当情况的保护类型

一般注意事项

在火灾中，大多数伤亡通常是由烟雾造成的。 特别是，烟雾扩散到人们需要等待电梯的区域将限制紧急出口电梯系统的可用性和可用性。 在标准电梯系统中，除了建筑物中使用的普通门外，火灾区域和大厅之间没有其他烟雾屏障。 门越多，烟雾蔓延就越有限。 在住宅建筑中，火灾通常发生在住宅单元中，通常可以找到多个通往电梯大厅的门。

即使在空旷的地方，烟雾也需要几分钟才能扩散到标准电梯的大堂。 烟雾到达非火灾楼层的电梯大厅通常需要 15 分钟以上，而烟雾到达火灾楼层的电梯大厅可能只需要 3 分钟。 在增强型电梯系统中，大堂由额外的防烟门保护。 这延长了烟雾到达电梯大堂所需的时间。 在防火地板上，这实际上会使烟雾到达大厅所需的时间加倍，达到 5 分钟。 在非火灾楼层，烟雾可以被阻挡在大厅外长达 30 分钟。 带有加压大堂的受保护电梯系统可以提供更长的时间，这对于使用电梯进行的整个建筑物疏散来说应该足够了。

请注意，大型建筑物中的火灾探测系统可能会变得相当复杂。 多年来，它们可能很少使用并受到不当维护的困扰。 因此，大多数火灾警报都是误报。 为了防止人们在楼梯上不必要的移动，首先调查警报是否真实，甚至就地灭火已经成为一种普遍的习惯。 任何一个动作都可能需要长达 10 分钟——宝贵的时间，在这段时间里，烟雾可以扩散到开阔的空间很远的地方。

为了保持保护水平，从而使紧急出口电梯系统的成本尽可能低，必须尽早发出疏散命令，不要浪费时间。 自然，这需要对火灾探测和火灾报警系统进行定期维护和测试，以防止误报。

合计 疏散

完全疏散的目标是从结构中完全疏散（移除）住户。 不考虑在避难层聚集居住者。 使用它的原因是：

• 灾难性火灾
• 生物或化学攻击
• 天气
• 地震
• 炸弹威胁
• 相邻结构中潜在的灾难性事件

速度很重要，但可能需要长达 3 小时，具体取决于建筑物的高度和类型。 电梯通常被认为是为了及时性。

图 5 是来自 CTBUH 指南的模拟图，显示了使用电梯或楼梯完全疏散建筑物所需的时间。 模拟假设在整个建筑物中使用两个有效宽度为 1,100 毫米的防火楼梯。 这 N 楼梯的值表示每层楼的平均人数。 写字楼通常有 N 每层 100-200 人的价值，其中住宅建筑通常有 N 价值低于每层 50 人。

电梯的容量基于在 5 分钟内移动一定百分比的人口。 办公室通常设计为在高峰时段的处理能力为 12-13%，而高端住宅建筑则基于大约 7.5% 的早高峰处理能力。 以这种方式设计的电梯将能够在大约 25 分钟内疏散办公楼，在大约 45 分钟内疏散住宅楼。 仅使用楼梯的疏散时间会随着高度的增加而增加，并取决于平均楼层人口。

每层平均楼层人口为 150 人的建筑物（N = 150) 如果楼层数超过 20，则电梯疏散速度比楼梯快。每层楼的人口越多，发生临界点的高度就越低，从而使电梯比楼梯快。 对于每层人口密度较低的住宅楼来说，这一点显然比办公楼高得多。 带着 N 每层 50 人的价值，层数必须超过 70 层，电梯才会比楼梯更快地疏散。 当然，楼梯通常总是更快，除非那些没有能力或适合走楼梯的人。

当然，电梯和楼梯的组合将是清空建筑物的最快方法。 在人口密集的建筑物中，使用电梯进行全面疏散更为实用。

完全疏散的疏散时间相当长（办公室约 25 分钟，住宅楼约 45 分钟）。 如此长的疏散时间需要更昂贵的保护电梯，以应对烟雾是一个重要因素的火灾。

上演 疏散

在分阶段疏散中，疏散是基于将居住者重新安置到保护区（避难区）。 这可以是专用的避难层（通常在亚洲和中东使用，当地法规经常对其进行规范）或建筑物出口（通常用于欧洲和北美，那里几乎从未使用过避难层）。 使用这种方法的原因是：

• “常见”非灾难性火灾威胁和/或相邻租户的担忧
• 根据供暖、通风和空调设计，生物或化学攻击可能不需要完全疏散。
• 不太健康的人（残疾、肥胖、年老、受伤等）可能会在走楼梯超过建筑物的高度时遇到问题，尤其是在非常高的建筑物中。 这部分人群可能需要电梯。

高层建筑通常有两种类型的分阶段疏散（图 9）。 在欧洲和北美，人们大多会找到第一种类型，“退出”。 该系统提供了更高的建筑效率，因为没有使用空置的避难层。 到出口的距离可能很长，这取决于需要疏散的楼层高度。 电梯疏散通常比楼梯疏散更快。 此处应考虑分阶段疏散。

如果我们疏散火灾楼层，上一层楼下一层，我们就会得到一个三层楼的疏散区域。 如果所有电梯都用于一个 N = 125 办公室疏散这些楼层，模拟显示平均需要 2 分 20 秒才能清空一个完整的楼层。

在烟雾和火势蔓延变得严重之前，普通电梯可以处理“退出”阶段的疏散。 但是，重要的是不要延迟疏散命令。 所有电梯应首先专用于消防楼层。 防火楼层的优先级最高，之后电梯可以选择舞台区的任何楼层。 如果部分人群使用楼梯，则可以进一步减少外出时间。 电梯不服务楼层的人员应始终通过楼梯疏散。

在亚洲和中东的一些地区，使用了避难层（​​图 6 中标记为绿色）。 建筑效率较低，因为建筑物将定期使用未占用的专用避难层。 到避难层的距离更短，在疏散场景中使用楼梯通常更快。 由于可以在这里休息或等待，属于不健康类别的人将减少，并且能够走楼梯。 此处使用电梯疏散的需要较少。 当避难楼层的情况变得难以忍受时，可能需要电梯出口，避难楼层应向建筑物出口疏散。

分数 疏散

对于无法自行疏散的人员，应使用分次疏散。 目前，这些人需要等待消防员的救援。 它们可以占建筑人口的 5-10%，而且建筑越高，这个百分比就越高。

在一座拥有 4,500 人（72,000 平方米总建筑面积 [GFA]）的办公楼中，总共有 2-225 人，或每层约 450 至 12 人，在一个 N = 125 建筑。 如果消防员仅出于此目的使用两部消防员电梯，则需要 20-40 分钟才能疏散所有人，具体取决于电梯大小和轮椅使用者人数。

我们认为 CEN/TS 81-76 制定的策略是有缺陷的，我们完全同意消防员的意见：他们应该专注于拯救建筑物而不是一小部分阻碍他们做他们的工作。

换句话说，我们必须为残障人士或身体不适者寻找其他自救方法。

替代电梯出口方法

在考虑如何实现残疾人和体弱者的自救时，我们希望避免增加建筑投资成本，并认为应该将现有的大型电梯设备投资用于建筑建设（因为电梯占总数的2-5%）以实现这一目标。 我们已经看到 OEO 的自愿投资失败，即使减少一个防火梯也不能充分补偿成本。

那些适合使用防火楼梯的人应该继续这样做，就像今天的做法一样。 使用尽可能多的标准乘客电梯供残疾人士和体弱者使用将大大减少疏散他们所需的时间。

前面提到的拥有 4,500 人（72,000 平方米建筑面积）的建筑物将有 2-15 部乘客电梯，这意味着使用这些电梯可以比仅使用两部消防员电梯快八倍（16 分钟内）疏散残疾人或身体不健康的人. 这足以让他们能够使用标准电梯进行自我疏散。 但是，重要的是不要不必要地延迟任何火警警报，以防止烟雾不必要地扩散到电梯大厅。

人们在火灾中表现得非常克制，尤其是在控制局势的人的指导下。 穿着高能见度背心的楼层管理员通常应该不会有什么大问题，可以将人们引导到正确的出口方式。 当然，总会偶尔出现这样的情况，人群中的某个人认为他或她有权使用电梯而不是楼梯。 幸运的是，电梯将能够处理两倍以上的最大预期人数。

结语

我们将用于疏散残疾人和身体不适的标准电梯的使用更名为“VEE”，以区别于 OEO。 OEO 通常非常昂贵且是可选的，结合起来限制了它们的使用，使其没有达到我们预期的水平。 对于那些愿意投资于额外安全性的人来说，OEO 是一个非常好的选择，因为它提供了超过 VEE 的扩展使用。

虽然 VEE 也是自愿的，但它没有或几乎没有额外费用，因此很容易接受。 它还使用普通的标准乘客电梯，只需要一些能见度为 20 米的烟雾探测器。 VEE还可以在5分钟内疏散所有残疾和不健康的人，为他们提供一条安全的救援路线。 合身将使用防火楼梯，就像今天的练习一样。

但是，VEE 确实需要更改电梯召回规则以将过程延迟 5-10 分钟。 这也会自动关闭 VEE，从而防止可能的烟雾传感器故障给用户带来风险。 VEE 腾出消防员电梯供消防员单独使用，以便他们可以专注于他们的主要任务，拯救建筑物。

我们打算更新 CTBUH 紧急疏散：电梯系统指南 继续 VEE 方面的工作。 对于那些认为自己可以为使我们的建筑更安全做出贡献的人，我们诚挚地接受您的帮助。

案例
[1] CTBUH。 紧急疏散：电梯系统指南（2004 年）。
[2] 国际刑事法院。 IBC，2015 年版，第 3008 节。
[3] ASME A17.1/CSA B44 电梯和自动扶梯安全规范 - 2013 年版，第 2.27.11 节。
[4] CEN/CENELEC 内部规定。 EN 81-72:2003 电梯建造和安装安全规则——乘客和货物乘客电梯的特殊应用：“消防员电梯”。
[5] CEN/CENELEC 内部规定。 EN 81-73:2005 电梯建造和安装安全规则——乘客和货物乘客电梯的特殊应用：“火灾时电梯的行为”。
[6] CEN/CENELEC 内部规定。 CEN/TS 81-76：“疏散电梯”。