1、Error! No text of specified style in document.第 1 页（共 52 页）高楼逃生装置设计摘要 通过对众多惨痛高楼火灾事故的调查和对市场现有高楼逃生产品的调研，发现高楼逃生产品存在操作繁琐、安全性差与不够美观等问题。本次毕业设计以设计事理学为理论指导，借助事理学建立“目标系统”和“质”的研究方法，对目标用户进行情景化的调查研究，旨在设计出一款安全高效的高楼逃生装置。本次设计以问卷调研和访谈法为调研基础，收集用户在高楼火灾逃生情境下的行为习惯和安全需求，建立用户在火灾情境下的事理学模型。在此用户研究的基础之上，对高楼逃生装置进行了形态与结构的创新设计。
2、在形态上进行人机优化设计，使其在使用时更加符合人机尺寸和操作习惯；在结构上使用轨道与夹持机构，利用刹车制动原理来控制下降速度，从而实现高楼火灾情况下的快速安全逃生。关键词 安全；事理学；高楼逃生；刹车制动1 前言中国自改革开放以来，国民经济的持续快速发展，城市化进程不断的加快，建筑用地日益紧张，使建筑物向高空发展，城市的高层、超高层建筑数量日益增多。但是同时伴随着高楼火灾不断发生，在经历了众多惨痛的高层火灾事故后，给生活中在高层建筑中的人们敲响了安全警钟。由于高层建筑的环境复杂，人员密集，疏散难度大的难题，以及现在国内高楼火灾应急自救产品的缺乏，专业的消防设备未能及时的更新换代，消防人员能力的
3、限制，使得现在的高楼火灾救援成为了一个社会性的难题。在对大量的高楼案例的分析后，发现大多数遇害人员并不是被火烧死，而是在被火焰围困的情况下无法逃生，最后因为窒息或被迫跳楼死亡。因此在被高楼火灾围困的情况下如何进行自救逃生，就成为一个急迫解决的问题。随着高楼火灾的频发，人们也在开始意识到消防应急设备的重要性，家用消防逃生设备开始进入人们的日常生活之中。国内的一些消防设备公司对火灾自救设备高楼逃生装置设计第 2 页（共 52 页）的设计研发也在不断加强，可是消防逃生装置依然难以普及。主要原因是人们消防意识的缺乏，而且市面上的此类设备的设计缺乏人性化，操作过程繁琐，不够美观，因此难以得到消费者的认同
4、。而高楼从发生火灾到火势蔓延，之间只有 10 到 30 分钟的时间可以用来自救，所以当遇到火灾发生的险情时，最快最有效的救援措施往往是被困人员的自救。因此，现在迫切需要设计一款安全性高、易用性好、高效性强其兼具美观性的高楼逃生装置。2 选题背景与意义2.1 项目来源结合生产和社会实际。2.2 研究目的与意义随着城市的高层、超高层建筑数量日益增多，但是同时伴随着高楼火灾不断增加。在经历了众多惨痛的高层火灾事故后，给生活中在高层建筑中的人们敲响了安全警钟。虽然目前市场上已有各种逃生产品，但是它们都存在各自的使用盲区，而且大多数产品基于机械知识进行设计，缺乏人性化的思考。本次设计运用工业设计思维来进
5、行创新设计，将从被困人员的行为特点、生理需求、与环境相关联的角度来思考高楼逃生装置应该具有的功能和使用方式，并结合现有技术条件，设计出一款兼具易用性、安全性、美观性、便携性和人性化的能够快速安全逃生的高楼逃生设备，将具有更高的社会意义和运用价值。3 设计调研3.1 调研方法本课题的调研方法主要分为两个阶段：1、资料收集通过对大量收集调研与文献资料的分析，对国内外高楼火灾逃生产品的发展状况进行全面的了解，同时了解本课题在国内的相关研究状况，以及此类产品在设计中还存在的问题等。阅读相关方法论、设计美学、人机工程学、语义学、心理学等书籍资料，进行课题的交叉论证。通过调查问卷和单人访谈了解大众对高楼火
6、灾的Error! No text of specified style in document.第 3 页（共 52 页）了解和对高楼逃生装置产品的用户需求。2、理论分析：（1）例证法：对目前已有的高楼逃生设备进行整理、归类和对比例证分析。（2）事理学理论方法：以高楼火灾受困人员为中心，对“事”的逃生时的行为进行分解，建立事理模型，最后获取符合用户需求的最佳解决方案。3.2 国内外研究现状3.2.1 国内研究现状目前我国的消防应急救援行业发展状况远不及发达国家的水平。原因主要有二：一是我国消防救援设备的发展与高层建筑崛起的速度的严重失衡，现在我国的大部分消防水罐储蓄车射程仅能到达 8 层左右，
7、大部分的云梯车举高能力也只有 15 层左右,而这些设备体积庞大，机动性差，常常受到环境条件的限制，不能快速有效的实施救援。二是我国对于新型高楼逃生装置的设计研发投入不够，人们对于高楼火灾的危害还未引起足够的重视。据统计现在家庭的灭火器材配备不到千分之一，企业配备的都是较为普通的消防设备，逃生自救设备更是少之又少。图 1 高楼缓降器现在国内市场上也有一些研发成功的产品，常见有柔性救生滑道、高空缓降器两类逃生设备。现有市面的高空缓降器原理简单、操作繁琐，基于机械结构角度进行设计，在实际应用中并不实用，对人体也没有外部的保护，在使用过程中容易产生二次伤害，同时无法克服使用者对高度恐惧的心理。柔性救生
8、滑道，能使多人顺序地从高处入口进入，在其内部缓慢滑降的逃生工具。此类逃生滑道常悬挂于外墙，但这样有碍建筑外观和设备使用寿命。在使用过程中承载能力有限，容易被逃生者身上的物品刮破滑道内衬。如果滑道存放在室内，则当火灾发生时，投放滑道需要高楼逃生装置设计第 4 页（共 52 页）足够的人力和时间会延误逃生救援时间，失去应有的作用。这个最大的缺陷适用楼层最大高度仅为 10 层左右，难以在超高楼层逃生使用。图 2 柔性救生滑道3.2.2 国外研究现状在上个世纪的 80 年代，日本首次开发和生产了世界上首套“高楼缓降救生器”速乐达 125 避难工具，使高楼火灾救生的难题得到了比较成功的解决。特别是美国“
9、911”恐怖袭击事件以后，与之相关的课题更是得到了世界各国研究人员的广泛关注，随后各式各样的救生器推向市场 1。与我国相比，发达国家人们的消防观念较强，政府对于高楼火灾的自救逃生装置设计研发和推广也更加的重视，相关法律法规的建设也已经比较的完善。例如美、英、法等发达国家明确规定，高层民用建筑必须安装紧急照明装置、紧急排烟设备、感烟火灾自救报警系统、自动灭火装置以及安全疏散设施。在室内装修上，禁止使用可燃性材料，家具必须具有一定的阻燃作用。甚至规定高层建筑必须设有直升机停机坪和避难层 2。这些国家在高楼火灾预防急救设施和法律法规的建设上已经比较完善，同时各国对新型高楼火灾逃生装置加大科技性的投入
10、，先后研制出各种不同工作原理的新型高楼逃生设备。有一部分设备是救援系统与建筑融为一体，科技含量较高，成本较大，不适合在中国推广。比如，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。Error! No text of specified style in document.第 5 页（共 52 页）阿根廷设计外挂逃生电梯，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，运用专门的紧急供电装置，对用户进行救援和疏散，降低伤亡和经济损失。美国研究
11、人员开发电磁逃生系统，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，排斥力与用户图 3 摩天大楼逃生轮重力相反，可保证用户低速安全着陆 3。有一部分设备是个人使用逃生装置，有过几代的更迭，但是价格昂贵。比如，英国设计师 Kevin Stone 受渔线轮启发，设计出摩天大楼逃轮。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min 左右 4。墨西哥一
12、家公司尝试设计一种新型背负式直升机 LIBELULA。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，LIBELULA 将是世界上最轻的直升机，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。图 4 背负式直升机 LIBELULA高楼逃生装置设计第 6 页（共 52 页）3.3 宏观环境调研与分析在着手调研时，首要要了解社会大背景环境和近些年发展趋势、国家政策，为之后调研指导明确的方向。首先对高层建筑定义、中国高层建筑发展趋势和火灾年发生数量趋势进行初步的调研。从权威报告中获取调研数据，具有权威性和精确性，防止之后设计方向出现偏差。3.3.1 高层建
13、筑定义中国高规（JGJ 3-2010）1.0.2 条规定中国，住宅建筑在 10 层及 10 层以上或房屋高度大于 28m 和非单层厂房、仓库和其他民用建筑高度大于 24m 的被定义为高层建筑；在美国，24.6m 或 7 层以上视为高层建筑；在日本， 31m 或 8 层及以上视为高层建筑；在英国，把等于或大于 24.3m 的建筑视为高层建筑 5。3.3.2 中国高层建筑建成数量趋势中国连续八年位居超高层建筑建成数量前列，62 座 200 米以上建筑竣工数量占2015 年全球总量的 58%，但与 2014 年 61 座的建成数量相比，仅增长了 2%，这标志着中国所有三线城市已经进入相当繁荣的发展周
14、期的第二年。3.3.3 火灾发生数量趋势据公安部消防局 2016 消防年鉴显示。在 2016 全年，全国共接到火灾发生报告31.2 万起，其中亡 1582 人，伤 1065 人，直接财产损失 37.2 亿元，与 2015 年相比，四项数字分别下降 10.1%、16.7%、12.2%和 14.6%。其中，较大火灾 64 起，与去年相比减少 4 起、下降 5.9%；未发生重大和特别重大火灾，新中国成立以来首次全年未发生一次亡 10 人以上的火灾。人员伤亡分布看，住宅火灾亡 1269 人、伤 713 人，分别占火灾总量的 80.2%和67%；人员密集场所火灾亡 107 人、伤 134 人，分别占 6
15、.8%和 12.5%；厂房火灾亡41 人、伤 55 人，分别占 2.6%和 5.2%；交通工具火灾亡 17 人、伤 30 人，分别占1.1%和 2.8%；仓储场所火灾亡 12 人、伤 22 人，分别占 0.8%和 2.1%。Error! No text of specified style in document.第 7 页（共 52 页）图 5 场所火灾亡人分布情况饼状图3.4 市场调研与分析目前市场上针对家庭或个人使用的消防设备非常少，在日常生活中没有发现有售卖消防器材的商店，只能在网上商城平台进行调研。目前网上售卖的消防设备主要有以下几种：逃生面罩、应急手电、灭火器、烟雾报警器、急救包、
16、高楼缓降器等 6。本次设计课题是高楼逃生装置设计，现在市场上可供个人购买和个人使用的高楼逃生装置只有高楼缓降器一种。经过网上调研后，发现目前的使用情况并不理想，购买者非常少，普及率很低。主要原因因为大家的消防意识淡薄，还有这类产品价格普遍较高 7。第二原因是目前市场上的产品，操作繁琐，易用性差，未经过专业培训擅自使用，控制不好，可能会带来生命危险。除高楼缓降器外还有其他种类的高楼逃生装置，如逃生气垫、滑降管道、升降机类等。但是由于各种现实客观因素的制约，现在仍未有一款产品能很好高楼火灾逃生的情况。对现在主要高楼逃生产品按照原理划分，可分为四类，分别为缓降绳索类、滑降管道类、升降机类、滑翔飞行器
17、类四大类 7。将四类产品原理和优缺点进行列表分析。如下所示：表 1 四类高楼逃生装置对比表类型 原理 优点 缺点高楼逃生装置设计第 8 页（共 52 页）缓降绳索类 绳索纵穿一种缓速下降装置,并用护壳加以固定,利用摩擦原理起到落体减速作用 8。设备结构简单、容易操作，成本低廉。没有外部保护，容易产生二次伤害，一般为单人依次使用，老弱病残者不宜使用，多人使用时会发生缠绕。滑降管道类 依靠人体和滑道的摩擦力来限制人体下降速度。逃生者可以多人连续进入滑道快速逃生，适合集体逃生，操作简单。滑行中人体没有保护，速度控制也较困难，下滑过程中受到滑动摩擦和冲击力的伤害。升降机类 具有动力驱动与控制的，是可控
18、制式缓降器的扩展形式。可以用于多个楼层人群疏散，适合集体逃生。其电力系统在火灾发生不可靠，成本较高，不适合民用，操作难度大，高度有限。滑翔飞行器类 利用空气阻力和浮力。适用超高层建筑、具有可控性、救援逃生均可。技术含量高、成本昂贵、操作难度大，每次输送的人数很少，受飞行区域气流的影响。Error! No text of specified style in document.第 9 页（共 52 页）3.5 用户需求调研设计师在赋予一件产品良好功能的同时，在设计时要兼顾用户在使用时的心理情绪和行为特征，为了寻求到能满足用户的在使用时的需求点，使用了调研问卷、单人访谈和实地考察三种方法进行对用户
19、需求调研。一、确定调研步骤调研过程分为三个阶段:第一阶段：确定目标用户在对目标用户进行确定之后，对用户特点进行分析，并寻求用户潜在的需求点。第二阶段：分析用户需求这个阶段，主要通过问卷和单人访谈的方式进行对用户需求的分析。第三阶段：需求整合通过分析用户的需求之后，从中提炼出产品设计过程中有意义的需求点，再根据实际情况进行功能和外观的整合，定位设计方向。二、目标用户的确定与问卷设计此次设计的目标用户主要为在高层建筑居住或工作的大众，在调研过程中，尽量选择具有良好行动能力和心智成熟的人群。调研内容有三：（1）为了解火灾发生时，人们自救逃生行为需求。设计问卷火灾逃生人的逃生行为需求（附录 1）；（2
20、）产品用户对火灾自救逃生产品具体需求，设计问卷火灾逃生用户对产品的需求（附录 2）；（3）为更深入人们对高楼火灾的认识，设计问卷高楼火灾逃生单人访谈问卷。三、调研结果分析3.5.1 问卷调研分析1、用户在火灾逃生时的生理行为和心理需求调研结果呈现共收到 84 份有效问卷，其中年龄在 20 岁以下 12 人，20-30 岁之间有 68 人，高楼逃生装置设计第 10 页（共 52 页）30-40 岁有 4 人。其中学历在初中及初中以下 2 人、高中 4 人、本科 72 人、硕士 2人和硕士以上 3 人。（1）在调研对象中有 71.43%的人知道火灾的主要危害，而其中只有 10.71%受困对象设计过
21、逃生路线，同时在进入陌生地区只有 15.48%的人会主动熟悉陌生地区的安全出口。由此可知虽然大部分人了解火灾的危害，但只有少部分人会主动去设计自家和工作地点的逃生路线和熟悉陌生场所的安全出口。图 6 会主动熟悉安全出口或逃生路线统计环状图（2）在调研对象中有 54.76%的调研对象对火灾安全知识的了解来自于日常生活，36.9%来自于电视网络，只有 7.14%受过专门的训练。在当遭遇火灾时第一反应，30.95%的人通知其他人，25%的人帮家人逃生，20.24%的人自己立刻逃生。但是在选择火灾发生逃生路线时有 60.71%的人按提示信息跑，而有 17.86 的人按自己来时的路线跑 19.05%的人随大众。在发生火灾时 75%的人认为在万不得以的情况下可以选择跳楼，大部分人并没有认识到在正确的逃生办法，也没有意识到跳楼非死即伤的后果。由此可知人们需要加强对火灾逃生知识的学习
