国内首创安全“管”家——基于楼房排水管道的创新逃生系统设计

国内首创安全“管”家——基于楼房排水管道的创新逃生系统设计

王东双  张一鸣  马川  臧懿晗  瞿佳琦

大连科技学院      辽宁省大连市

摘要：在当前高层建筑火灾引发的安全问题背景下，本设计旨在提出一种高效、安全的火灾逃生系统。在分析全国高层建筑火灾数据，揭示火灾对人员和财产造成的危害的基础上。本设计具有提高火灾逃生效率、创新逃生设计、增强火灾逃生安全性和逃生系统的可持续发展等方面的重要作用。设计内容包括设计可变型的逃生装置、开发适用的逃生服装、进行安全性能评估与验证、进行系统集成与应用设计以及进行性能优化与改进。主要解决包括火灾逃生效率低下、火灾逃生安全性风险、建筑逃生系统创新与发展以及可持续性与可靠性等问题。本项目基于科学原理进行设计，通过实验验证和数据分析、建模和仿真以及参考现有设计成果来确保项目的科学性。此外，本设计还探索创新的逃生方式、智能化逃生系统、个人化逃生装备以及多样化逃生选择，从而提供先进且独特的解决方案。通过该设计，我们可以为高层建筑火灾逃生提供更安全、高效的途径，减少人员伤亡和财产损失。

关键词：火灾逃生系统  智能化逃生系统 高层建筑火灾逃生

一、引言

高层建筑楼层高、人员密集，一旦发生火灾，火势蔓延速度快，救援难度大，极易造成人员伤亡和重大财产损失。根据应急管理部消防救援局数据，2023年全国接报高层建筑火灾4,057起，导致168人死亡，其中多发于居住场所。火恩杰先生，上海市灾害防御协会副会长，在接受新华社记者专访时指出：“目前，高层建筑的火灾扑救已成为全世界消防界面临的最大难题，一旦发生火灾，极易造成重大伤亡。”

由于现代高层建筑结构复杂、层数多，大楼内的管道、竖井、楼梯间、电梯井等纵横交错，一旦发生火灾，烟雾和火焰会迅速蔓延，形成“立体火灾”，高楼着火时可能会发生烟囱效应，这是一种由于建筑结构和气流特性导致的现象，烟囱效应可以加速火势的蔓延。当火焰在高楼内部蔓延时，它会加热空气并产生热气流。这些热气流会沿着楼层间隙或垂直通道上升，形成类似烟囱的效应。烟囱效应会增加上升气流的速度和强度，使火势迅速向上蔓延到更高楼层。烟囱效应还会导致烟气在高楼内部积聚，上升的烟气会在楼层间隙、垂直通道和空气流动受限的区域中积聚，形成浓厚的烟雾。这会造成逃生通道和疏散路线的堵塞，增加人员疏散的困难和危险。烟囱效应还会对救援行动产生影响，由于烟气积聚、高温和热辐射增强，救援人员在进行搜救和灭火工作时会面临更加困难和危险的环境。烟囱效应还可能影响到外部的消防救援装。在这极短的黄金逃生时间内，生命争分夺秒，应急的救援措施尤为重要。

二、基于楼房排水管道的创新逃生系统设计

（一）本装置结构方案设计

1. 设计可变型的逃生装置：在原有高楼排水管道的基础上进行优化改进，设计一种能够改变垂直排水管道形态的逃生装置。该装置可以在火灾发生后通过机械装置实现管道的转变，使其形成一个安全的斜度，以便人员顺利逃生。

2. 开发适用的逃生服装：为了实现逃生装置的有效利用，需要开发特定的逃生服装。这些服装具备防火、防烟和保护等功能，以确保逃生人员在火灾环境中的安全。逃生服装还需要与逃生装置的设计相匹配，例如在服装上设计适应滑轨的钩子，以实现人员的固定和安全逃生。

3. 安全性能评估与验证：在进行实际应用之前，需要对逃生装置和逃生服装的安全性能进行评估与验证。这包括对装置的稳定性、承重能力以及对火灾环境的适应性进行测试，确保其能够在实际火灾情况下正常工作。同时，逃生服装的防护性能也需要进行测试，以验证其在火灾逃生过程中的可靠性和保护效果。

4. 系统集成与应用研究：将可变型化的逃生装置和逃生服装与建筑物的排水管道系统进行集成，实现系统的完整功能。同时，需要研究逃生装置的安装、使用方法以及在不同类型建筑物中的应用场景。这包括对建筑结构的适应性、逃生通道的规划和布局等方面的研究，确保逃生系统能够在各种建筑环境下有效运作。

5. 性能优化与改进：通过不断的研究和实践，对逃生装置和逃生服装的性能进行优化和改进。这可能涉及到材料的改良、机械装置的调整、逃生服装的功能增强等方面的探索，以提高逃生系统的可靠性、安全性和适应性。

（二）产品的创新点

1. 创新的逃生方式：本项目引入了可变型化的逃生装置，将楼房的外置垂直排水管道转变为一个安全的斜坡滑轨。这种逃生方式与传统的楼梯和通道相比具有更高的逃生效率和速度，能够在火灾发生后提供更快速、更安全的逃生装置。

2. 智能化逃生系统：本项目结合了智能技术，实现逃生装置的智能化控制和监测。通过传感器、自动控制系统和数据分析，可以实时监测火灾情况和逃生通道的状态，提供精确的逃生指导和决策支持。这种智能化逃生系统使火灾逃生更加智能、高效和安全。

3. 个人化逃生装备：本项目设计了特定的逃生服装，具备防火、防烟和保护等功能。逃生服装与逃生装置紧密配合，逃生人员可以通过穿戴逃生服装，并使用服装上的钩子和滑轨固定在逃生装置上，实现安全的逃生。这种个人化逃生装备提供了更高的个人保护水平。

4. 多样化逃生选择：传统的火灾逃生方式通常只有楼梯和通道这一种选择，缺乏多样性。而本项目引入了可变型化的逃生装置，为建筑逃生系统带来了新的选择。不同类型的建筑可以根据实际情况和需求，选择适合的逃生装置，提供更灵活、多样化的逃生方式。

5. 可持续发展考虑：本项目关注逃生系统的可持续发展。在设计和选择材料时考虑了可持续性和环境友好性，以确保逃生装置的可持续性。此外，该项目还可以结合可再生能源和能源管理技术，提高逃生系统的能源效率和环境性能，为可持续建筑发展做出贡献。

三、结论：

我们的装置致力于低成本高成效地解决逃生问题，减少对原有设施的破坏，并严格遵循可持续发展的道路。我们追求每一个装置的可循环利用性，通过持续发展的思维，为用户提供安全可靠的逃生装置，并为社会和环境做出贡献。

参考文献：

蔡汉明,常瑞鹏.一种可控速高层逃生装置的设计[J].机械制造.2018,43(S2):171-175.

关凯元.一种家用紧急避难高层逃生装置的创新设计[J].设计.2022,52:52-58.

熊筠,冯小军,张文华.国内外高层建筑逃生避难设施及标准分析[J].消防科学与技术.2018,48:88-98.