托儿所、幼儿园疏散楼梯间选型探讨

托儿所、幼儿园疏散楼梯间选型探讨

李昱莹

云南曲靖经济技术开发区公安消防大队

摘要：随着全国二孩政策的放开和国民对子女教育需求的提高，学前教育事业呈现出生机勃勃的发展趋势，托儿所、幼儿园如雨后春笋般出现。这就对建筑工程消防设计审核和日常消防监督提出更高要求，关于托儿所、幼儿园疏散楼梯间是否应设置为封闭楼梯间，《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（以下简称为《建规》）没有给出明确答案。本文通过分析影响安全疏散中幼儿行为的主体因素、安全疏散中幼儿的认知与环境熟悉度的关系、采用封闭楼梯间对幼儿安全疏散的影响、采用敞开楼梯间情况下的幼儿安全疏散时间等因素，对托儿所、幼儿园疏散楼梯间选型提出建议。

关键词：幼儿、疏散楼梯间、防火门、安全疏散时间

第一章探讨背景

1.写作初衷

随着全国二孩政策的放开和国民对子女教育需求的提高，学前教育事业呈现出生机勃勃的发展趋势，托儿所、幼儿园、幼儿培训机构如雨后春笋般出现。

孩子是祖国的希望和未来，做好托儿所、幼儿园的消防安全至关重要，托儿所、幼儿园的大量涌现对建筑工程消防设计审核和日常消防监督提出更高要求，关于托儿所、幼儿园疏散楼梯间是否应设置为封闭楼梯间，《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（以下简称为《建规》）没有给出明确答案。《建规》5.5.13条规定：下列多层公共建筑的疏散楼梯，除与敞开式外廊直接相连的楼梯间外，均应采用封闭楼梯间：医疗建筑、旅馆、公寓、老年人建筑及类似使用功能的建筑；设置歌舞娱乐放映游艺场所的建筑；商店、图书馆、展览建筑、会议中心及类似使用功能的建筑；6层及以上的其他建筑。条文解释：与敞开式外廊相连通的楼梯间，由于具有较好的防止烟气进入的条件，可以不设置封闭楼梯间。本条第1、3款中的“类似使用功能的建筑”是指设置有本款前述用途场所的建筑或建筑的使用功能与前述建筑或场所类似。托儿所、幼儿园属人员密集场所且幼儿属于特殊群体，可归属为“类似使用功能的建筑”，且部分设计人员和消防建审工作人员提出托儿所、幼儿园疏散楼梯间是否应设置为封闭楼梯间，例如广东省公安厅《关于印发加强部分场所消防设计和安全规范的若干意见的通知》中第6.2条规定：3层及以上的幼儿园必须设置封闭楼梯间。但是否所有托儿所、幼儿园疏散楼梯间都应当设置为封闭楼梯间，防火门是否越多越好呢？本文将针对托儿所、幼儿园疏散楼梯间选型进行探讨并给出建议。

2.探讨范围

本文所探讨的托儿所、幼儿园定义引自《托儿所、幼儿园建筑设计规范》（JGJ39-2016）术语：托儿所指用于哺育和培育3周岁以下婴幼儿使用的场所。幼儿园指对3周岁~6周岁进行集中保育、教育的学前使用场所。另，本文所探讨的是总建筑面积不大于《建规》5.3.1条规定的防火分区最大允许建筑面积的托儿所、幼儿园；若总建筑面积大于《建规》5.3.1条规定的防火分区最大允许建筑面积，利用防火门作为上、下层连通空间的防火分隔的，不在此次探讨范围内。设置在高层建筑内的托儿所、幼儿园应设置单独的安全出口和疏散楼梯，不在此次讨论范围内。

第二章基于幼儿特征的安全疏散分析

1.影响安全疏散中幼儿行为的主体因素

根据前人的研究结果，建筑发生火灾时，幼儿的疏散行为大致可分为以下几种：（1）原路脱险型，一旦发生火灾，他们会下意识的选择原先进来的或者自己熟悉的路进行疏散；（2）向光向阔型，幼儿一般害怕黑暗，当危险发生时，他们会认为光亮处比较安全。（3）盲目随众型，幼儿的判断力比较弱，当生命突然出于危险情况时，容易盲目的跟随他人的行为。

2.安全疏散中幼儿的认知与环境熟悉度的关系

幼儿的判断力较成人弱，火灾发生时，火、热、浓烟均会对幼儿的判断造成一定影响，在强烈的逃生意识的驱使下，他们只能够根据平时的行为习惯和对环境的熟悉程度来选择疏散路线。有关研究表明，幼儿对自己所处的环境越熟悉，他们在头脑中形成的认知地图会越清晰。而影响幼儿对环境熟悉程度的因素有：空间体验，空间能力，环境元素的意义和预先的设想以及环境复杂性。在危急情况下，幼儿寻路的过程就是使用空间能力和脑中的环境导向意识来帮助自己到达安全区域的动态过程。故幼儿日常使用的通向室外的路线应为预设定的疏散路线。

3.采用封闭楼梯间对幼儿安全疏散的影响

3.1对幼儿安全疏散时心理及环境熟悉度的影响

现在我们假设将托儿所、幼儿园的疏散楼梯采用封闭楼梯间。如楼梯间的门采用常开式防火门，在火灾情况下自动关闭或由消防控制室手动远程关闭，使疏散楼梯形成一个相对安全、封闭的空间。如上文所述，幼儿会根据平时的行为习惯和对环境的熟悉程度来选择疏散路线，疏散至防火门前，发现疏散路线被防火门阻挡，会更加减弱原本就弱的判断力和方向感，且原本较为开阔、明亮的楼梯间被防火门取代，惊慌失措的幼儿容易返回相对开阔明亮、平时较为熟悉的教室或躲在其他危险空间，少部分镇静的幼儿试着打开防火门，但这个过程难免增加疏散时间，造成不必要的伤亡。如楼梯间的门采用常闭式防火门，由于防火门设在了疏散通道上，在日常使用中往往被常开，火灾情况下也不会自行关闭，笔者在日常检查中也常常遇到幼儿园教师反映，“我们知道常闭式防火门要关着，但是幼儿自己推不开，进出不方便。”这样的封闭楼梯间形同虚设。如楼梯间的门采用常闭式防火门且使用过程中也保持关闭，就需要探讨3周岁~6周岁的幼儿能否正常快速开启一扇防火门的问题。

3.2防火门门扇质量、门扇开启力以及幼儿力量、身高因素对幼儿安全疏散的影响

3.2.1防火门门扇质量

《托儿所、幼儿园建筑设计规范》（JGJ39-2016）4.1.6条规定：活动室、寝室、多功能活动室等幼儿使用的房间应设双扇平开门，门净宽不应小于1.2m。我们以一镗1.2m宽钢制隔热防火门（乙级）的门扇为例计算其质量：门扇体积为1.2×2.1×0.05=0.126m3，填充无机防火门芯材料，最小密度在360±36kg/m3之间，取最小值324kg/m3，计算得门芯质量为40.82g，对应的门扇钢板质量43kg，则门扇总质量约为84kg。

3.2.2防火门门扇开启力

《托儿所、幼儿园建筑设计规范》（JGJ39-2016）4.1.6条规定：活动室、寝室、多功能活动室等幼儿使用的房间应设双扇平开门，门净宽不应小于1.2m。我们以一镗1.2m宽钢制隔热防火门（乙级）的门扇为例计算其质量：门扇体积为1.2×2.1×0.05=0.126m3,填充无机防火门芯材料，最小密度在360±36kg/m3之间，取最小值324kg/m3，计算得门芯质量为40.82g，对应的门扇钢板质量43kg，则门扇总质量约为84kg。

3.2.3幼儿的上肢力量

查阅相关测试数据及研究成果，网球掷远是测试幼儿上肢爆发力的指标，网球掷远可看成是平抛运动，网球平均质量（m）为0.57kg，根据平抛运动公式、加速度公式，代入掷远距离（s）、幼儿身高（h）、网球质量（m）可计算出幼儿上肢的爆发力F=m•gh/s。以6岁男幼儿为计算目标，可得出幼儿最大上肢爆发力为1.15N，远远小于防火门门扇开启力70N，也就是说，幼儿根本无法正常快速开启一扇防火门。

3.2.4幼儿的身高因素

《托儿所、幼儿园建筑设计规范》（JGJ39-2016）4.1.8条规定：幼儿出入的门应符合下列规定：距离地面0.60m处宜加设幼儿专用拉手；活动室、寝室、多功能活动室的门均应向人员疏散方向开启，开启的门扇不应妨碍走道疏散通行。该条条文解释中说到：为了方便儿童自己开启或关闭防火门，应在距地0.6m处加设幼儿专用的拉手。中国幼儿的平均身高见表3-1。笔者在询问了防火门生产厂家，查阅大量防火门检测报告后发现，防火门拉手都设在距离地面1.0m处，且目前尚没有特别定做距离地面0.60m处加设幼儿专用拉手的案例。

4.采用敞开楼梯间情况下的幼儿安全疏散时间

当建筑物出现火灾后，如果能把处于建筑物内的人员疏散至户外等安全地带，这就表明该建筑物的防火设计对火灾中人员的疏散是安全可靠的。图4-1描述了比较典型的火灾发展时间与人员安全疏散时间的关系。

TRSET即必需安全疏散时间，一般指发生火灾那刻起，直至人员被成功疏散到安全场所所用的时间，TRSET包括探测报警时间(td)、预行动时间（tpre）和疏散运动时间（tmove）。

TRSET=td+tpre+tmove

TASET即可用安全疏散时间，一般是指火灾发生时刻起到火灾发展到对人员构成安全威胁的时间。故当TRSET＜TRSET时，则认为该建筑的防火设计对火灾中人员的疏散是安全可靠的。

4.1.1规范相关要求

相关规范在制定时已考虑到缩短幼儿必需安全疏散时间，如《托儿所、幼儿园建筑设计规范》（JGJ39-2016）4.1.3条条文解释：幼儿的体力、活动能力比较差，上下楼梯动作缓慢，不适宜多楼层上下；另外幼儿行动速度缓慢，对环境适应能力差，一旦发生火灾等紧急情况，难以迅速疏散，尤其在楼梯间疏散更困难。为保证幼儿身体健康和紧急疏散时的安全，规定幼儿生活用房所在层数不应布置在四层及四层以上。《建规》5.5.17条：一、二级耐火等级建筑的托儿所、幼儿园直通疏散走道的房间疏散门至最近安全出口的直线距离：位于两个安全出口之间的疏散门至最近安全出口的直线距离不应大于25m，位于袋形走道两侧或尽端的疏散门至最近安全出口的直线距离不应大于20m。

4.1.2基于PyroSim建模的幼儿园可用安全疏散时间

根据相关参考文献，假设对一个采用敞开楼梯间的上下贯通的三层幼儿园，采用火灾动力学模拟软件PyroSim建模，得出无干预的火灾情况下各层可用安全疏散时间（TASET）如表4-1。

4.1.3基于Pathfinder的幼儿园必需安全疏散时间

根据相关参考文献，设有火灾探测器的建筑探测报警时间(td)取10s，一般预行动时间（tpre）取10s，现在需确定疏散运动时间（tmove）。

借助人员紧急疏散软件Pathfinder设有敞开楼梯间上下贯通的三层幼儿园进行建模，通过SFPE模式和Steering这两种不同的人员运动模式，计算该幼儿园必需安全疏散时间。

SFPE模式（幼儿的疏散运动仅仅是从他当前位置到最近疏散口的直线距离，而不考虑人员之间相互影响因素，可看作是无序疏散）：

TRSET=td+tpre+tmove=（10s+10s+340s）×1.1=396s

Steering模式（幼儿会根据在疏散中会不会与其他幼儿产生碰撞而选择最优的一条路径，从而避免发生拥堵浪费时间，可看作是有序疏散）：TRSET=td+tpre+tmove=（10s+10s+160.3s）×1.1=198.33s

（其中tmove是基于疏散通道畅通无阻，幼儿平均运动速度为0.4m/s，幼儿园人员密度取0.24人/㎡，幼儿及教职员工全部疏散到室外地坪的条件下模拟得出；1.1是根据SFPE的《防火工程手册》推荐的安全系数取值）

4.1.4数据分析

比较TRSET与表4-1中的TASET可得：如果幼儿园在火灾情况下能够有序疏散，则TRSET＜TASET；如果幼儿园在火灾情况下不能有序疏散，则TRSET与TASET大小需根据排烟口是否开启、火源位置及人员所在楼层确定，若排烟口正常开启，则不必考虑火源位置及人员所在楼层，TRSET均＜TASET。

第三章托儿所、幼儿园疏散楼梯间选型建议

通过上面的论证，结合《建规》及《托儿所、幼儿园建筑设计规范》（JGJ39-2016）相关规定，笔者认为，在满足幼儿安全疏散时间的情况下，托儿所、幼儿园最好采用敞开楼梯间，具体如下：

托儿所、幼儿园最好采用敞开式外廊建筑，这种建筑形式可满足排烟要求，又满足TRSET＜TASET，楼梯应采用敞开楼梯间；

若受条件限制无法采用敞开式外廊的托儿所、幼儿园，《建规》8.5.3条规定中庭、建筑面积大于100㎡且经常有人停留的地上房间、建筑内长度大于20m的疏散走道应设置排烟设施。当这类场所或部位设置排烟设施且有保证排烟口正常开启的措施时，幼儿园在火灾情况下即使不能有序疏散，也能保证TRSET＜TASET，楼梯间应采用敞开楼梯间；

若托儿所、幼儿园占地较小，建筑内疏散走道长度小于20m，不能满足自然排烟条件且没有设置机械排烟，若幼儿园在火灾情况下不能有序疏散，部分火源位置及人员所在楼层的TRSET＞TASET，则楼梯间应采用封闭楼梯间。这样楼梯间即可视为安全区域，缩短了安全疏散的距离，也就缩短了必需安全疏散时间。

以上分析中td取值的是基于设有火灾探测器的托儿所、幼儿园展开，《建规》8.4.1条规定大、中型幼儿园的儿童用房等场所应设置火灾自动报警系统，故大、中型幼儿园设有火灾探测器，对于小型幼儿园，结合幼儿判断力弱、对危险不敏感的特点，笔者建议安装独立式烟感以缩短火灾探测时间。

托儿所、幼儿园应加强对教职员工的消防安全培训，制作针对不同火源位置、不同疏散楼层的行之有效的火灾应急疏散预案，按照预案组织幼儿每半年开展消防疏散演练，力争疏散效果达到Steering模式下的有序疏散要求。

前景展望：现有防火门质量及门扇开启力较大，制作、运输、安装成本较大，对疏散也存在不利因素，希望未来在这方面有一些新的研究及突破。

参考文献

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[9]王春雪《基于Pathfinder的幼儿园安全疏散仿真分析》首都经济贸易大学安全与环境工程学院[d].学位论文,2014.