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1、论文高楼逃生装置研究全解高楼逃生装置研究申 报 者： 徐子喻 臧一萱 薄弘泽学 校： 山东省日照第一中学完 成 时 间： 2014年3月摘 要安全重于泰山，但危险总是不期而至。近几年，我国的房地产业发展迅速，居民小区越建越多，楼房越来越高，人们的居住条件不断改善，但居住危险性也不断提高，火灾等危险频发，人们通过楼梯逃生费时费力，且火灾时楼梯基本是一条死胡同，好多人因此而失去了生命。消防救援云梯车最高也就达到百余米，常规的云梯高度只有四五十米，水枪的喷射高度也非常有限。因此，当高楼发生火灾或地震等危险后，首要的问题是如何让楼内居民迅速安全的逃离大楼，远离危险。我国的消防安全逃生装置相对较薄弱，部

2、分城市内安装有外置固定滑梯，如台湾奎山学校。但作为居民楼安装此种滑梯不仅成本太高，而且不利于平时的安全例如儿童安全或防盗，在火灾发生时也不能阻挡烟气和热量的侵入，一旦是中间或较低楼层失火就可能把救生通道变成地狱入口。在这样的背景下，考虑到设计一种在居民楼中遇到特殊情况下能迅速逃生的装置，就选择了通过弹射出伸缩臂，固定于楼外竖杆，逃生人员通过吊篮按照需要的速度释放吊绳降至地面实现逃生。在反复尝试后制作出模型，发现存在许多缺陷，于是又进行了重新设计。经过反复论证，我们最终设计了折叠式多进出口消防逃生滑梯，一种适用于高层建筑的折叠式多进出口消防逃生滑道装置，包括存储箱、滑道和外包防火布袋，滑道为阻燃

3、材料制成的可折叠落地通道，管道外有防火织物组成密闭安全布袋，安全布袋在每层都有可以自动闭合的伸缩入口，可以供不同楼层的人员共同使用，底部有多个弹性缓冲出口。通过火灾报警器联动或按压控制键触发开关，存储箱侧盖弹开并坠落，侧盖及附着的重物在下降时拖曳折叠管道向下展开至地面。本高楼逃生设置可预设或在现有建筑上简单改装，不占用内部空间。本发明操作简便，安全性好，特别适用于学校、酒店、商场等人员密集、有紧急逃生出口的高层建筑，适宜不同年龄段的不同体质的大量人员同时逃生。关键词：高楼逃生装置 伸缩式 折叠式 吊篮 滑梯目 录1.前言1.1选题依据 11.2文献综述1.2.1楼内逃生装置的研究 11.2.2

4、楼外逃生装置的研究 31.3参观考察 1.3.1参观日照市消防支队 4 1.3.2考察兴业银河华府小区 42.方法及原理2.1研究方法 2.1.1文献法 5 2.1.2实验法 53.研究思路3.1研究目的 63.2研究设想 64.研究过程4.1伸缩逃生装置的研究 4.1.1设计图纸 6 4.1.2递送臂的设计 7 4.1.3滑道和固定扣的设计 7 4.1.4问题与改进 84.2折叠式多进出口逃生滑梯的研究 4.2.1设计图纸 9 4.2.2滑梯材质的选择和结构的设计 10 4.2.3入口和出口的设计 12 4.2.4包装箱设计 13 4.2.5启动装置的设计 134.3改进提高 145.研究成

5、果5.1最终方案 145.2项目贡献及创新部分 156.感想与体会 177.参考文献 17高楼逃生装置研究1前言1.1选题依据2014年2月25日上午10时许，洪山区东湖景园小区一栋30层住宅楼位于9楼的配电房失火，浓烟迅速向上弥漫，数十名居民发现浓烟进入家中后，自行下楼逃生。当时9楼电梯配电房冒出大量黑烟，没有明火。消防官兵断电并向配电房喷水降温后，将9楼多名居民疏散下楼。2014年01月02日14时许，兰州中心市区一30余层高楼意外着火。30人左右被困，紧急疏散260余名群众。2013年12月15日下午18时50分，广州市越秀区起义路217号建业大厦突发大火。2013年8月13日晚八点半左

6、右，江宁恒岸边嘉园十一幢电路起火，从地下室到十一层都冒出浓烟。事发后，高层住户多数都选择了乘坐电梯逃生。在2010年11月15日上海高楼的大火导致58人遇难以后，高楼的火灾仍旧接二连三，在火灾总数中所占比例呈上升态势。在火灾发生后，人们通过楼梯逃生费时费力，且火灾时楼梯基本是一条死胡同，好多人因此而失去了生命。目前，城市高层建筑灭火和救援可以说是世界性难题，当高楼火灾发生后，首要的问题是如何让楼内居民迅速安全的逃离大楼，远离危险。许多城市的高层建筑如雨后春笋般涌起，多数居民没有过高层居住的经验，更没有高层避险的知识、意识和能力，一旦发生火灾或地震等危险后果不堪设想。在这样的背景下，我们考虑到设

7、计一种在居民楼中遇到特殊情况下能迅速逃生的装置，可为人们逃生提供重要帮助，从而使危害减弱甚至避免。1.2文献综述目前对高层逃生装置的研究，主要集中在以下几个方面：1.2.1楼内逃生装置的研究上海的周妙荣设计并安装了“高楼快速逃生滑梯”,它从消防通道楼梯内侧延伸下来,在每个楼层分为直与弯两部分,平时直部分收起,弯部分高悬。其外形像家中抽油烟机排气管道被剖成了一半,尤其是弯的部分。这两个部分正确的名称分别为直梯滑槽和转弯滑槽。打开滑梯”依靠的是一套简单而实用的机械装置,当最高层的“滑梯”打开后,下面楼层的“滑梯”如同多米诺骨牌一样,依次展开、放下。每个楼层的滑槽既可以单独展开,也可以全部展开。 高

8、楼快速逃生滑梯 改造后的楼梯对于这套全新逃生装置,存在许多质疑和不足。质疑一,一旦安装,会不会挤占消防通道,高悬的转弯滑槽会不会意外掉落砸人。质疑二,平时不用收起在楼梯内侧,会不会有调皮小孩趁大人不注意将其当成玩具。质疑三,它只在关键时候起到关键作用,或许高楼安装之后,10年或20年都不会用到,万一真到用时,却不能起到作用,该当如何。质疑四,躺着在滑槽内逃生的人们,怎样预防高温和浓烟,多人滑行中会不会出现阻塞。质疑五,高速滑行中,人员会不会在转弯时被惯性甩出来。上海的季网宝在楼梯下楼时的步行增设滑行机构,发生意外电梯停运时,沿楼梯抓住防冲扶手坐在滑板上滑下,省力、安全、快速,解决了高层楼宇步行

9、下楼的困难,既快又安全。此设计和周妙荣的设计非常类似，都需要外置的滑道，所以也会存在改造难度大，占用空间大等问题。此外，还有许多楼内逃生滑梯的研究， 楼梯增设滑行机构 都需要占用楼梯等楼内空间，成本较高。而火灾如果在大楼的中部或底部发生，会把这个逃生通道封闭；如果多人采用此滑道，非常容易发生堵塞或碰撞等问题。1.2.2楼外逃生装置的研究福建的钟强设计了一种高空逃生气囊式螺旋通道，提供了一种高空逃生气囊式螺旋通道，它包括桶状螺旋式气囊（1），桶状螺旋式气囊顶部和底部设有气囊固定装置（2），桶状螺旋式气囊底部设有气囊出口缓冲部位（3），桶状螺旋式气囊底部设有气囊充气装置（4）。当需要在高层逃生时，

10、只需将气囊通道充满气，人便可在高层进入气囊式螺旋通道，顺着螺旋通道向下滑来逃生。高空逃生气囊式螺旋通道相对单独设置在楼层外的固定螺旋逃生通道来说成本较低，并且可以折叠收起，减小空间的占用，不影响大楼主体的美观。 高空逃生气囊式螺旋通道 山西兰德消防装备有限公司设计了一种新型逃生滑道，提供一种安全且能使受困人员连续逃生的新型逃生滑道；采用的技术方案为：一种新型逃生滑道，包括防护套（1）以及在防护套上间隔设置的多个收缩口（2），防护套的顶部和底部分别设置有入口（3）和出口，所述收缩口用弹性材料制作；所述多个收缩口之间的间距为1.7m2.2m；所述防护套的外层为防火材料；本实用新型特别适用于高楼逃生

11、。 新型逃生滑道此外，文献检索显示还有多种外置的逃生通道，其中大多是固定安装的滑梯，少数为充气滑梯，但因为气源的问题会非常不实用。其他通道多为软质，不适合老人和儿童使用，更不适合伤残者使用。1.3参观考察我们主要是到日照市消防市消防指挥中心进行了参观和访问，在日照市兴业银河华府小区进行了调查和考察，因为这个小区是日照市唯一已经安装了逃生滑道的小区。1.3.1参观日照市消防指挥中心日照市消防指挥中心建设的我市首个面向社会大众宣传消防科普知识的综合型多功能展馆日照消防科普教育馆在市消防指挥中心一楼。该展馆位于市消防指挥中心一楼，总面积460平方米，总投资300余万元，设计有日照市城市消防规划、日照

12、消防发展与成就、志愿者建设、消防装备展示、烟雾逃生体验等20大功能区。展区通过声、光、电、信息技术等科技手段，能够给体验者带来逼真感受，对火灾预防和扑救、火场逃生自救、正确报警等消防常识、技能有更为直观、系统的学习。 参观日照市消防指挥中心 消防科普教育馆在消防器材区，我们并没有发现有高层逃生滑梯类的器材或模型，经过询问得知有缓降绳，可悬挂在楼外还需要自己控制降落速度，这对于受到火灾威胁的逃生者来说可是一个很大的挑战。1.3.2考察日照市兴业银河华府小区因为在消防科普教育馆处得知，我市只安装了四个高楼逃生滑道，且都分布在兴业银河华府小区，于是我们利用周末和家长一起到这个小区进行了考察。 高楼逃

13、生滑道安置箱 安置箱内景在物业管理人员的带领下，我们来到了三楼。逃生滑道安装在楼侧的一个铁质箱子里，使用时需要打开并翻开箱盖，把滑道放到地面，然后逐一从入口进入滑至地面。操作繁琐且无人敢尝试，边上还有“束腹带”，也许是担心上衣在下降过程中被卷曲阻挡在滑道中间。我们有些失落，看来人们逃生时，首先要跑到连廊上，再经过繁琐的操作才能实现。我们想尝试一下，但物业管理人员担心安全问题，不允许进行实验，沟通无果只好返回。幸运的是，防火布对我们启发很大。2.方法及原理2.1研究方法我们主要采用了文献法、实验法等研究方法，文献法主要用来查新和发现创新点，实验法主要是用来实际验证设想和实际之间是否符合。2.1.

14、1文献法我们利用中国学术期刊网（1994-2012）、万方数据资源系统(1999-2012)、中国专利信息网（1985-2012）、维普科技期刊文摘索引（1989-2012）等数据库进行了搜索，采用Soopat专利搜索进行专利书的搜索和下载。借助高级搜索，我们对伸缩、吊篮、折叠、进出口、滑梯、滑道、逃生滑梯、消防滑梯、高楼、高层建筑、消防滑梯等关键词进行了组合搜索，如搜索（高楼 or 高层建筑）and (吊篮or 滑梯 or 滑道)and（消防）；（折叠 or 进出口 ）and ( 滑梯 or 滑道)；（逃生滑梯 or消防滑梯 or 消防滑梯）and折叠等。我们对搜索得到的信息进行分析和处理，

15、发现我国在高层建筑内部楼梯改造加滑梯和外置固定硬质滑道或半固定气囊式软体滑道等方面已有相关研究报道，但未发现吊篮式逃生装置和折叠式多进出口的滑梯。文献搜索基本完成了查新工作，初步找到了研究的方向，坚定了进一步研究的信心。2.1.2实验法我们边设计边制作，边制作边验证，边验证边改进，采用了多种发明方法。需要发明法。 “需要乃发明之母”，进过调查发现高层逃生装置除却已经添加的外置和内置滑道外基本是空白，高层居民对消防逃生装置的需求非常强烈。补短发明法。已经安装并使用的高层逃生装置，包括滑道类设计都不是十全十美的，都存在部分缺点和短处，或成本太大或占用空间太大，有的还非常不安全，我们决心设计一种尽可

16、能多地克服短处的逃生滑道。组合发明法。把现有发明进行合并，吸收它们的长处，尝试设计制作一种集各优点于一身的逃生滑道。3.研究思路3.1研究目的 高层建筑火灾事件屡屡发生，当楼内发生火灾时，居民要么因无法逃生而被烧死，要么在跳楼逃生时摔死摔伤。为居住在高层建筑内的人们在高楼发生火灾等危险时逃生提供一条安全通道，要适用于散布于各个楼层、各种不同体质和年龄的居民，从而使危害减弱甚至避免。3.2研究设想我们决定尝试发明一种结构简单、便于操作的楼房逃生装置，首先就想到了利用氢气球（或热气球或降落伞）的浮力使人慢慢降落至地面，由于其体积（占据空间）巨大，影响其他逃生者逃生而被取消。然后我们想到了在楼窗出口

17、设置逃生筐及外墙滑道，由于没离开大楼，十分危险，因此我们又取消了此方案，探索设计了弹射伸缩式逃生索，利用吊篮进行逃生。本创新作品应用了物理学连续平行四边形变形原理、工程学原理。连续平行四边形递送总臂，能将逃生索递至楼外安全距离，逃生筐以逃生索为滑道，滑向逃生索的外端，然后缓缓放下逃生筐至地面，实现逃生。但由于存在部分缺陷，我们又把调整研究方向，决定设计一种滑梯，考虑到滑梯置于楼外影响小区环境的美观及居民的生活，于是又构想制作一个能够折叠的滑梯，但用何材料和怎样安置等都是问题。经过设计论证，我们最终决定设计一种折叠式多进出口消防逃生滑梯，一种适用于高层建筑的折叠式多进出口消防逃生滑道装置，包括存

18、储箱、滑道和外包防火布袋，滑道为阻燃材料制成的可折叠落地通道，管道外有防火织物组成密闭安全布袋，安全布袋在每层都有可以自动闭合的伸缩入口，可以供不同楼层的人员共同使用，底部有多个弹性缓冲出口。通过火灾报警器联动或按压控制键打开存储箱侧翻盖，弹出滑道，最下方的重物在下降时拖曳折叠管道向下展开至地面。本发明操作简便，安全性好，适用不同年龄段的不同体质的人员逃生。4.研究过程4.1伸缩逃生装置的研究4.1.1设计图纸凡事预则立。我们采取头脑风暴的方式征集创意，然后汇集有效建议进行组合，绘制了示意图，然后在此基础上利用电脑初步绘制了图纸。 示意图 作品效果图4.1.2递送臂的设计臧一萱的爸爸周六来接她

19、，她发现爸爸好奇的盯着学校电动门看个不停，于是她就向爸爸介绍了电动门是工人师傅巧妙地利用了平行四边形变形原理制作而成。刚介绍完她突然想到了用这个原理解决高楼逃生装置的递送臂问题岂不是非常巧妙吗？臧一萱回到家中就制作了一个递送臂。初步的成功让接下来的研究一发而不可收。问题也随着接踵而至。我们用钢尺制作的连续平行四边形，水平递送出去后，只有60厘米就弯曲的不行，原来是材料过重.反复递送发现，立式递送不易弯曲。于是我改用轻便的木材制作，效果非常好。（注：我指的木材只能用于模型，真正的工厂化生产的大楼递送臂，可用轻便的不易燃的坚固不易变形的材料如：飞机用的材料，再如铝合金材质等）。 钢尺材质的递送臂

20、木制递送臂4.1.3滑道和固定扣的设计滑道的设计：水平递送只用一个绞轴就能固定在大楼上，可立式递送怎样固定在大楼上呢？一个绞轴两端连杆固定在大楼上，但递送臂是可以旋转的，不能水平递送，必须两个绞轴。两个绞轴都固定，平行四边形就不能变形了。那其中一个绞轴必须是活动的，前后移动的。怎么办？我们的研究又陷入了困境，却在一个星期天清晨柳暗花明。还是臧一萱发现了窗帘上方的跑道，太好了，就用它了！于是我们买来窗帘的跑道和滑珠，又买来了不锈钢板钻孔连接固定。试验后效果很好。设计固定扣阶段：怎样使固定扣扣紧后，十分牢固，绝无危险呢？我们首先想到的是挂钩，挂钩虽然比较可靠，但对于高楼上高空逃险的人来说，是否绝对

21、信任呢？于是我拿了一副挂钩，进行了民意调查信任度，调查的范围是教师、同学及他们的家长，调查统计结果：信任20%，不好说18%，不信任62%。这样的结果是行不通的。必须重新设计！于是我们查阅资料，跟辅导老师一起探讨，想象、画图，结合递送臂的特点，想到了凹槽，凹槽可以使下方、左方、右方三个方向彻底堵住固定公扣，只留上方使固定公扣放入槽内。但放入以后当然也可以再向上滑出去。怎样使之滑不出去呢？我想到了逃生索还要拉紧一事，在拉紧的同时能做什么呢？木工的卯榫是互相咬合的，固定公扣底部设卯，固定母扣底部设榫互相咬合如何？我找来用泡沫，按照画好的图纸用刀子刻出固定公扣和固定母扣，咬合试验，非常好成功了。这回

22、向上滑出的可能性也没有了。 滑道 固定扣4.1.4问题与改进攻克并解决了以上几个难题，其他的事项就水到渠成了。我们终于松了一口气。什么逃生索道、索道滑轮、吊篮、钢绳、承重固定支架的设计操作就不一一详述了，毕竟这不是难题。只是在选择材料上查阅了很多资料，广泛征求了辅导老师、工程师和工人师傅的意见，跑了好多商店购买安装的。最终方案：本高楼逃生装置属于一种救生装备，包括站杆、伸缩臂、逃生索道、索道滑轮、吊篮、钢绳、承重固定支架和伸缩臂固定扣，其中所述承重固定支架通过膨胀螺栓固定在高楼建筑上，所述伸缩臂一端活动设置在承重固定支架上，所述伸缩臂固定扣包括固定公扣和固定母扣，其中所述固定母扣固定设置在站杆

23、上、固定公扣设置在伸缩臂端部，所述逃生索道位于伸缩臂下部，且所述逃生索道一端与设置在伸缩臂端部的固定公扣固定相连、另一端穿过设置在承重固定支架上的手动提升机相连，所述吊篮通过索道滑轮、钢绳以及设置在吊篮内的手动提升机悬挂在逃生索道上，本实用新型设计合理，结构简单，使用于高楼火灾等灾害紧急逃生使用，方便快捷能够有效地减少火灾人员伤亡。在实物模型制作出来后，我们进行了可行性论证，发现了许多需要解决的问题，如竖杆安装的现实性问题，每单元需要安装两根，太高就会受风的影响而晃动；弹出的动力需要在没有电的情况，人力弹出的力量和速度受到限制；弹出后，平行四边形的结构受重力和风力影响会变形；同一单元的上下楼层

24、之间存在冲突等。我们边探究问题的解决办法，边探索新的逃生装置，并尽量优势互补，提高高楼逃生装置的实用性。 效果图 实物照片4.2折叠式多进出口逃生滑梯的研究4.2.1设计图纸我们首先绘制了设计草图。因为需在现有建筑上进行改装或修建时直接安装，我们留心观察了住宅楼和办公楼的楼顶和侧边，尤其对高层建筑的顶部的设计进行了关注。我们发现楼顶基本存在部分平整的部分，有的楼顶还有装饰性的方形建筑，正好可以安放折叠后的滑梯。绘制部分楼的示意图后，我们尝试绘制作了一个滑梯的效果图。 示意图 作品效果图然后，我们修订草图为设计图纸，对结构、材质、功能等进行了勾勒，规划了行动路线图：在确保安全的前提下，结构简单且

25、能压缩，材质较轻且防火，能适合不同楼层人群使用。4.2.2滑梯材质的选择和结构的设计滑梯的宽度至少0.5米才能容纳人的身体，高度应在0.2米左右构成半封闭的凹槽，所以需要能够折叠才能节省空间，利于存放。所以横截面需要是上方稍微宽，就能够逐一嵌套，实际材质采用硬质材料，但需要有部分弹性，且横剖面的侧边外倾即能实现。通过网络搜索我们发现这方面的材料较为缺乏，但有部分含石棉材质的塑料滑道，完全可以改进，采用熔点高弹性好的硬质塑料，外包一层防火材料即可。为能够演示能折叠的滑梯，我们首先采用塑料管进行试验，塑料管较软，我们用剪刀小心地剖开，用双面胶螺旋状粘在塑料袋上，然后尝试折叠，效果不错，塑料管能紧密

26、团结，节省存放空间。以每层楼螺旋一圈设计，普通6层的居民楼，加地下室和阁楼共需要8圈，如果滑梯的厚度10厘米，加上必要的间隙共需1米的厚度，这对于改装或安装都是轻而易举能找到的一个空间，悬挂在楼顶边缘也不会阻挡过多阳光。 滑梯折叠效果图 滑梯模型折叠后 滑梯是人群能够迅速脱离火场的通道，其结构设计必须能满足防火、坚固、安全等要求。我们逐一分析各项要求，对滑梯结构进行了探究，在制作模型的过程中不断修正方案。防火。滑梯若要防火，需要有一个隔热阻烟的密闭空间，因为它是承载逃生人群的通道。于是我们设想用轻质防火布覆盖展开后的滑梯，然后把滑梯和布用防火线进行固定，实际制造时也可以采用防火线或防火绳进行固

27、定。收缩时布会很容易地进行折叠，还可以节省许多空间。玻璃纤维涂胶布是在玻璃纤维布表面经过机械涂层高温胶的防火布，但由于较厚不建议使用。高硅氧耐火布中的耐火纤维是一种耐高温无机纤维，其二氧化硅(SiO2)含量高于96%，软化点接近1700，可在900下长期使用，能在1450条件下工作10分钟仍保持完好状态，其性能完全满足滑梯的包裹保护层的要求。稍薄的陶瓷纤维耐火布、陶瓷纤维烧结布等都可考虑。坚固。由于滑梯会受到人体重量的压力，以6层楼的居民同时逃生的极限数据进行分析，滑梯需能够承受约1吨的压力，如果滑梯和外包防火布进行紧密固定，滑梯的受力完全在可承受的范围之内。考虑到高层建筑的楼层数较多和人员下

28、降时势能转化为动能加大对滑梯的压力等因素，我们设想在滑梯的内边缘用竖向防火绳索进行加固，且竖向的绳索还可以作为缓降绳索使用。缓降绳索也可以在滑梯内部的空余部分设置，提供逃生的第二通道。安全。安全除却坚固的要求外，还需要避免逃生人员从滑梯的内边缘跌落。考虑到已经设置竖向的固定绳，只需要将固定绳的密度加大，每半米设置一根，共约设置10根左右（可以根据需要调整实际数量，只需在边缘设置悬挂孔），紧密的绳网还可以作为下滑时的扶手和缓冲刹车装置。在制作模型的过程中，我们发现如果只在滑梯内边缘设置防火绳，就只能提供半边的保障，虽然滑梯外侧是坚固的防火布，但其承重受到防火布性能的制约，而且如果身体左侧方位存在

29、伤病就会失去部分保护也不能自由减速，于是我们把滑梯与防火布结合的边缘也设置竖向的防火绳。顶部需要一个支撑确保滑梯不被挤扁，我们采用了铁丝圈来进行尝试，只需要三个圈就能很简单地实现一个较为完美的弯度，而且能很容易地折叠合并。为增强拉力，我们在展开的外圈部位加设防火绳辅助防火布和其他防火绳进行拉伸，确保滑梯能够承受即使是高层住宅或办公区全部人员同时使用该滑梯产生的压力。只需要把防火绳和滑梯及防火布进行局部固定即可。 滑梯结构设计图 顶部支撑设置 滑梯展开后效果图4.2.3入口和出口的设计入口需要能够非常方便地开启便于逃生人员进入，而且能够自动闭合以阻挡烟气的进入，而且只能是软质的机械结构。我们首先最初使用拉锁进行尝试，因为太过繁琐而放弃。然后我们采用了自粘合的布质材料，但不能自动关闭阻挡烟火，也被弃用。最后，我们从套袖的袖口得到启发，采用了弹性伸缩设置（用防火线缝制防火布成褶皱或嵌入防火松紧带），较好地解决了这个问题。由于需要各楼层都能进入，所以我们在每个楼层的紧急逃生口都设立了入口，恰