摘要：本文章对于可循环使用的高层建筑物逃生背包装置设计与应用进行了详细介绍。本文所介绍的装置通过缓冲装置使受困人员能够平稳的下降到地面，同时借助循环装置使其再次回升到原处，达到短时间内救助更多人员的作用。本装置采用机械结构，无需电力，装置轻巧，易于操作，适用于大多数家庭使用。
关键词：循环使用；高层建筑物；逃生背包
1高层建筑火灾逃生装置国内外研究现状
1.1高层建筑火灾逃生装置国外研究现状
根据建筑设计防火规范GB50016-2014（2018年版）的规定，所谓高层建筑即高楼，是指建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的非单层厂房、仓库和其他民用建筑[1]。现在高层建筑成为我们身边形影不离的一部分，但越来越多的高层建筑事故萦绕在我们的身边，尤其是火灾方面。国内外的相关专家团队进行了大量的分析及其研究，研究了各式各样的安全逃生装置。以色列研制了一种用防火布做四面墙体的逃生舱，首先该逃生舱一次性可容纳多人，再者该逃生舱可以进行折叠，便于机械的运输，减少运输成本[2]。该救生舱的优点是能够在短时间救助更多的受困人员，尤其适用于超高层建筑物的救援工作。但是它的缺点是该救生舱制作成本过于昂贵，只有极少部分人群能够承担其成本，难以在全世界各地进行推广。日本发明了不锈钢旋转型室外楼梯，本装置安装在楼梯上，在发生火灾时可以使受困人员沿着楼梯滑至地面，滑梯的优点是结构简单、易于操作。但在发生火灾时，由于楼底所在的区域本就较为封闭，易吸入浓烟，加重事故伤害[3]。此外，本装置还占用大量的公共空间，在正常情况下影响楼梯的正常使用。每个发明装置都有各自的优点，能够在发生火灾时，很好的帮助受困人员减少人员的伤害和。但从另一方面来看各个发明都存在着一定的不足，就像药物一样，俗话说是药三分毒，发明创造亦是如此，副作用太多就无法进行推广。所以我们仍需寻找副作用小、帮助大部分人群打败高层建筑火灾的更优药物。
1.2高层建筑火灾逃生装置国内研究现状
我国一直在致力于发展低成本、技术高、操作简单的高层建筑物逃生装置[4]。目前，国内的高层建筑物逃生装置按照其功能的复杂程度可以分为复杂型和简单型两种。简单型可分为救生气垫、救生滑道逃生绳索、链式逃生装置和单人家用小型逃生器；复杂型可分为缓降器、应急救援吊篮、自救椅、多人逃生箱缓速装置、飞行器、伞状逃生器。大多数情况下，各式逃生装置都很难满足我们的需求。对于简单型逃生装置来说，救生气垫安全性能低、可靠性能差。救生绳对于建筑物的高度有很大的要求，使用人群存在局限性。而对于救生滑道，当火灾大面积蔓延到建筑物的时候，浓烟遍布，很难保证受灾人员的正常逃生。对于复杂型的逃生装置，缓速装置复杂度高，飞行器和伞状逃生器的成本较高[5]。总而言之，这些装置无法满足受困人员的需求，我们对于逃生装置的研究还有很长的一段路要走。现在我们应该朝目标迈进，优化改进逃生装置，使装置更加安全可靠，满足大多数人的需求。大多数逃生装置都有无法隔离烟气侵害，那么我们应该如何解决这种缺点？对于这个问题，本实用新型根据人体工程学设计了可隔离烟气特殊帽子。
2高层建筑物逃生装置的设计方案
2.1装置设计原理
本实用新型主要由缓冲装置和循环装置组成。缓冲装置运用了机械物理学原理，当人穿上背包逃生时，可以进行速度的控制。循环系统运用的是卷尺原理，当绳子拉长时，循环系统里的弹簧拉伸，弹簧产生弹性势能。当人下降到地面拆开逃生装置时，此时循环系统里的弹簧回弹，弹簧的弹性势能释放，防火绳受力，导致背包回到原来的地方。
2.2装置技术方案
一种高层建筑物逃生背包，包括背包本体和设于背包本体外部的防火衣；所述防火衣与背包本体的外部固定连接；背包本体的内部固定安装有循环装置和缓速装置，循环装置与防火绳的一端固定连接，防火绳的另一端固定连接有滑动扣，通过滑动扣使锚点和防火绳相连接。
作为本实用新型的进一步方案如下：其一，所述防火衣为双层设计，外层具体为PC材料，内层具体为莱卡纤维材质。内层PC材料具有耐受高温的能力，并具有自熄和阻燃的优点。外层宽大，内层伸缩性强。这样设计降低受困人员的高温伤害，同时适合多种体型，增强逃生背包实用性。再者防火衣满足人机工程学原理，保证受困人员使用时的舒适度，间接缓解火灾对于受困人员所造成的心理影响。其二，所述循环装置利用卷尺原理。循环装置有发条弹簧和防火绳组成。在使用高层建筑物逃生背包时，防火绳被拉长，同时循环装置中的弹簧也被拉长；从另一角度想，当松开防火绳时，弹簧会自动收缩，随之，防火绳收缩，逃生背包回到原处。循环装置内部的初始状态防火绳处于放松状态，当防火绳拉伸时，防火绳处于绷紧状态。此时循环装置内部的弹簧产生弹力，当防火绳没有外力时防火绳自然弹回。循环装置的作用，是指在当受困人员通过逃生背包到达地面时，循环装置使逃生背包返回原处继续救助别的受困人员，可以达到短时间内救助更多受困人员的效果。其三，所述的锚点作为顶端固定支点，通过电钻打孔安装在窗外墙壁上。锚点由膨胀螺丝、螺帽、挂件和垫片四部分组成。其四，所述缓速装置由导向轮1、摩擦滑轮、把手、导向轮2、夹板和减速器组成。各个零部件的作用：导向轮1--对绳子起导向和夹紧作用；摩擦滑轮--将绳子绕在上面，同时制动摩擦盘起到减速作用；把手--控制下落速度，实现安全降落；导向轮2--对绳子起导向和夹紧作用；夹板--将滑轮组夹紧；减速器--摩擦制动，实现减速。
与现有技术相比，本实用新型主要采用循环装置和缓速装置。在火灾发生的情况下，使用者将滑动扣扣入锚点中，穿上逃生背包下降，防火绳拉伸，逃生者捏紧把手，缓速装置发挥作用，使用者平稳下降到地面。循环装置利用卷尺原理将背包收回原处，同时缓速装置关闭，使背包快速返回原处。同时本背包采用双层结构的防火衣，具有耐受高温的能力，并具有自熄和阻燃的优点，外层宽大，内层伸缩性强，这一复合设计使防火衣可适合多种体型，实用性强。本实用新型既能够保证使用者平稳落下，保护使用者的人身安全，也可以循环实用，在短时间内营救多名人员的生命。
2.3装置实施方案
（1）市场调查
通过市场调查、网上查询等方式，对市面上已有的高层建筑物逃生装置进行了全面的了解，并在其基础上进行创新。
（2）数据分析总结
将调查所得数据进行分析，整理结果数据。
（3）查找有关专业文献
对人机工程学、材料力学，物理机械学等相关专业知识进行查找、整理和汇总。
（4）设计实物雏形
a.绘制草图，并进行改进。
b.运用AutoCAD进行绘制。
c.寻求帮助，用半成品和各类零件制成实物。
（5）进行实物试验
对缓冲系统进行实验，使逃生背包从高处缓速下降，测试装置的安全性。对循环系统进行多次实验，确保循环系统的正常运作。实验时，记录实验数据。实验后，整理实验数据，进行实验安全性评估以及系统评估。
（6）总结试验结果，改进试验模型：
对实验数据进行归纳总结，运用控制变量法、对比法、理想模型法的方法，对装置进行总结与改进。
（7）制作改进后的模型并再次试验：
改良后进行多次重复试验，尽可能的减少实验误差。
（8）组装外壳与内芯：
经过最终的改良后，进行模型组装。
（9）使用方法
a.使用者背上背包，穿好防火衣，将滑动扣扣入事先安装好的锚点中。
b.使用逃生背包时，防火绳拉伸，逃生者捏紧把手，缓速装置发挥作用，使用者平稳下降到地面。
c.褪下衣服，脱下背包，循环装置利用卷尺原理将背包收回原处。
d.下一名受难者继续使用。
（10）装置说明
本实用新型为可循环使用的高层建筑物逃生背包装置。[11]将背包本体和防火衣相结合。所述防火衣与背包本体（1）固定连接，防火衣为双层设计，外层具体为PC材料，内层具体为莱卡纤维材质，所述背包本体（1）的顶部还连接有帽子。从而在火灾发生时对用户的头部进行保护。（1）处为背包本体。（2）处为缓速装置，使其稳定下降至地面。（3）处为防火绳。（4）处为滑动扣，用于连接逃生背包与事先安装固定好的锚点。（5）处是循环系统，受困人员完成使用，绳子将反向收缩，使背包回到原点，以供循环使用。
2.4装置设计图
2.5附图说明
图1为高层建筑逃生背包的结构示意图；图2为循环装置的结构示意图；图3和图4为缓速装置的结构示意图；图5为锚点的结构示意图。
图中：1-背包本体、2-缓速装置、3-防火绳、4-滑动扣、5-循环装置、6-背包本体、7-穿绳孔、8-发条弹簧、9-导向轮1、10-摩擦滑轮、11-把手、12-导向轮2、13-夹板、14-减速装置。
3结束语
目前我们调研发现市场的逃生装置和人们的消费水平来说，很大部分人家庭不会选择在家庭安装逃生装置。对于家庭内安装逃生装置，虽然我国目前已经在很多领域都达到了一定的水平，但在逃生方面确实有待提高。火灾时间频发，人员死伤严重。安全第一预防为主，当灾难来临时，我们需要尽可能减少事故伤害情况。本设计是一种新型的、安全方便的高层建筑物逃生装置，若投入使用定能减少火灾中的事故伤亡，产生良好的反响。
参考文献
[1]王晟，高层建筑火灾中的安全疏散问题研究[J]，中州煤炭，2016（07）：48~51.
[2]张清林，《高层建筑应急逃生装置研究综述》[J]，消防科学与技术，2012（01）：53~56
[3]罗云庆，超高层消防安全分析及对策研究[M]，北京：当代中国出版社，2012.
[4]李学美，任伯帜，刘新华.城市高层建筑火灾消防及安全逃生策略研究[J]，中国安全科学学报.2009.8.25-27.
[5]庞少杰，民用高层建筑装置的研究与应用[J]，建材与装饰，2018（21）：102.
论文作者:李爽,宗月,王婷,杨丽华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/25
标签：装置论文; 背包论文; 火绳论文; 建筑物论文; 火灾论文; 人员论文; 本体论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;