CN110025903A - 一种基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超高层建筑基坑移动式逃生舱及逃生路径设计方法，包括通过若干法兰结构由螺栓依次联排连接的设备舱、生存舱、过渡舱，设备舱、生存舱、过渡舱之间设有隔板且舱顶设有照明系统，隔板上设有1个内舱门和若干通孔，设备舱和过渡舱分别至少设有1个外舱门；设备舱中设有发电机、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统，压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统分别通过管道与生存舱连通；生存舱中设有休息椅、食品柜、医疗箱和逃生工具柜；发电机与照明系统、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统连接。本发明还提供了一种逃生路径设计方法，能够优化逃生路径、缩短逃生时间。

Description

一种基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法

技术领域

本发明属于领域，特别是一种基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法。

背景技术

深基坑是指开挖深度超过5米，或深度未超过5米而地质条件、周围环境及地下管线特别复杂的工程。我国幅员辽阔区域环境差距显著，当前正值大力发展城市建设阶段，超高大型建筑物如雨后春笋般不断涌现，深基坑工程的规模之大、深度之深，使其成为岩土工程中事故最为频繁的领域，其中深基坑工程的施工安全尤为关键。一方面，深基坑施工阶段的破坏将影响自身工程质量，影响上部结构物的施工安全，另一方面，深基坑施工阶段的破坏将影响周围建筑的地基安全，使其使用寿命大大缩短；带来巨大的人员和经济损失，并对社会产生不良的影响。国内外已有的大量工程实践和研究结果表明，深基坑在施工阶段发生险情时，其逃生系统将起到非常重要的作用。

目前，大多数技术的侧重点仅针对工程人员在施工时，对深基坑内壁的加固支撑作用，例如通过侧挡板、加固筋梁等结构。然后，对于施工时突发深基坑塌方、垮塌事故时，缺少施工人员的逃生避险的安全隔离空间或装置。这种深基坑在施工时，由于施工人员工作分工不同，在深基坑中的位置相对分散。若采用设置若干分散的小型安全隔离装置的方式，其容纳空间有限，应对严重垮塌事件也缺乏较强抵抗能力，容易让避灾人员陷入危险中；应对发生概率相对较小的深基坑垮塌事件时，小型安全隔离装置因使用率不高而会造成施工成本增加和资源浪费。在实际施工中，若发生深基坑垮塌事件，也难以百分百保证所有施工人员的安全，为了在概率上为尽可能多的施工人员提供安全庇护，如何设置大型的安全隔离空间或装置，并对其选址、占地面积，以及施工人员逃往该隔离空间或装置的最快逃生路线进行合理设计，是本领域的技术难点。现有技术中，还未发现有任何针对深基坑施工环境下基于安全隔离空间或装置的逃生路径的设计，也未发现有人提出对深基坑逃生路径的科学算法。

发明内容

针对以上现有技术的不足，为了能为尽可能多的施工人员提供一种安全的逃生舱和逃生路径，本发明提供了一种基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，具体通过以下技术实现。

一种基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，包括以下步骤：

S1、确定基坑外边界所有控制点，绘制得到呈n边形的基坑平面图，n边形的顶点A₁，A₂...A_i...A_n的坐标为(x_i，y_i)，(i＝1，2，...，n； n≥3)，n边形的顶点即为基坑外边界的控制点；

S2、将n边形划分成n-2个互不重叠的三角形区域，这些三角形区域的公共顶点为A₁(x₁，y₁)，则任意一个三角形的另外2个顶点为A_i(x_i，y_i)和A_i+1(x_i+1，y_i+1)，则n边形的几何中心为

且

S3、根据步骤S2所得的基坑的几何中心位置坐标，将所述逃生舱设置于基坑的几何中心处，则逃生路径即设置为从n边形顶点到几何中心的直线。

这种逃生路径的计算和设计，是基于多边形几何重心最短路径原理，设置超高层建筑基坑逃生路径。这种逃生路径的计算方法，是申请人将数学模型创造性地与深基坑逃生路径实现结合，显著缩短了逃生时间，最大限度保障施工人员快速撤离，将逃生舱置于深基坑的几何中心处，与逃生舱协同作用，提高逃生率和保障被困人员生存概率。

优选地，步骤S3中，所述逃生舱包括通过若干法兰结构由螺栓依次联排连接的设备舱、生存舱、过渡舱，所述设备舱、生存舱、过渡舱之间设有隔板且舱顶设有照明系统，所述隔板上设有内舱门和若干通孔，所述设备舱和过渡舱分别至少设有1个外舱门；所述设备舱中设有发电机、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统，所述压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统分别通过管道与所述生存舱连通；所述生存舱中设有休息椅、食品柜、医疗箱和逃生工具柜；所述发电机与所述照明系统、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统连接；

这种基于超高层建筑基坑的移动式逃生舱，其棕占地面积，以及设备舱、生存仓和过渡舱各自的占地面积，均根据基坑的面积大小进行针对性设计，在保证了资源最大化利用的同时，也能够保证生存仓内人员最大容纳量。所用的发电机可以是柴油发电机或其他形式的发电机，为舱内的照明灯、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统提供电力。所述压缩空气供氧系统具体包括氧气发生装置、空气过滤装置和空气泵，氧气发生装置采用市面上常用的类似产生氧气的装置，空气过滤装置采用常见的多层滤芯，即可满足本实验目的；所述二氧化碳净化系统具体包括二氧化碳吸附装置、空气过滤装置和空气泵，二氧化碳吸附装置采用市面上常见的吸收二氧化碳的装置，空气过滤装置采用常见的多层滤芯。这两套空气净化系统以及隔板上的通孔，实现了设备舱、生存舱、过渡舱之间的空气流通。设备舱、生存舱、过渡舱的隔板可以通过螺栓固定在舱壁上，也可以采用焊接等方式。照明系统可以用白炽灯等灯具，也可以使用冷光灯具，生存舱内除设置休息椅以外，还可以设置折叠床、通讯装置等必要的设备设施。缓冲仓和设备舱设有若干外舱门，便于受困施工人员快速进入生存舱避险，或尽快从逃生舱被营救人员营救出。整个逃生舱均采用Q235钢材质，压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统的管道可以采用聚乙烯材质，所用的食品柜、医疗箱、逃生工具柜等都可以是铁柜，食品柜和医疗箱必要时也可以采用冷藏柜。这种逃生舱可实现浮动深度且适用于不同基坑，经过工程实测后可批量投入生产，填补我国深基坑水平逃生装置的研发空白，可简化深基坑逃生设置施工过程缩短工期，在项目资金流方面促进资金回流，减少项目成本。

更优选地，所述设备舱、生存舱、过渡舱的占地面积比为1:2～3.5:1。

优选地，步骤S3中，当基坑面积大于1000㎡时，所述逃生舱的占地面积为基坑面积的9％～14％；当基坑面积小于等于1000㎡时，所述逃生舱的占地面积为基坑面积的1.5～2.8％且不超过30㎡。当深基坑的面积小于等于1000㎡时，由于逃生舱的占地面积可以相对较小，就可达到较好的安全避难目的；当深基坑的面积大于1000㎡时，其深度也明显增加，施工人员数量数倍于面积较小的深基坑，若发生深基坑垮塌，其严重性和危险性呈倍数增加，因此，对逃生舱的要求更加严格，需要明显更大的逃生舱空间和占地面积，以在逃生舱里设置更多的舱门，增加更多的加强加固结构，提高逃生舱的庇护效果。

进一步优选地，当基坑面积大于1000㎡时，所述逃生舱包括两个并列排列的生存仓，每个生存仓分别在与所述设备舱和过渡舱之间设有舱门。对于面积超过1000㎡的基坑，增加生存舱数量，采用两个并联的方式，能够增加逃生舱储存人员数量。

优选地，法兰结构为法兰板，所述法兰板分别焊接在设备舱、生存舱、过渡舱的两端。

优选地，所述压缩空气供氧系统的管道与设备舱的顶部连通，所述二氧化碳净化系统的管道与设备舱的底部连通。

优选地，所述生存舱内还设有蓄电池，所述蓄电池与所述发电机连接。

优选地，所述步骤S3中，从n边形顶点到几何中心的逃生路径上等距离设有至少3个逃生门。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1、本发明所提供的逃生舱可实现浮动深度且适用于不同基坑，经过工程实测后可批量投入生产，填补我国深基坑水平逃生装置的研发空白，能够最大限度地为在深基坑施工的所有施工人员提供安全庇护，成本相对低廉；

2、上述逃生路径的设计，填补了深基坑安全施工领域的空白，首次将数学模型的计算公式与本专利技术的有效融合，针对在深基坑施工的所有施工人员提供最优的逃生路径，缩短逃生时间，尽可能多地保障施工人员快速避难和撤离，将逃生舱置于路径交汇处，与逃生舱协同作用，提高逃生率和保障被困人员生存。

附图说明

图1为实施例1提供的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法中，超高层建筑基坑移动式逃生舱的结构示意图；

图2为实施例1的超高建筑基坑的平面示意图，图中基坑呈n边形的超高建筑基坑的平面示意图，图中以顶点A₁为公共顶点，将n边形分割成n-2个三角形；

图3为逃生路径的布置。

图中标号如下：

1、设备舱；2、生存舱；3、过渡舱；4、隔板；5、照明灯；6、内舱门；7、通孔；8、外舱门；9、柴油发电机；10、压缩空气供氧系统；11、二氧化碳净化系统；12、休息椅；13、食品柜；14、医疗箱；15、逃生工具柜；16、法兰板。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，采用以下方法进行设计：

S1、确定基坑外边界所有控制点，绘制得到呈n边形的基坑平面图，n边形的顶点A₁，A₂...A_i...A_n的坐标为(x_i，y_i)，(i＝1，2，...，n；n≥3)，n边形的顶点即为基坑外边界的控制点；

S2、将n边形划分成n-2个互不重叠的三角形区域，这些三角形区域的公共顶点为A₁(x₁，y₁)，则任意一个三角形的另外2个顶点为A_i(x_i，y_i)和A_i+1(x_i+1，y_i+1)，则n边形的几何中心为

且

S3、根据步骤S2所得的基坑的几何中心位置坐标，将所述逃生舱设置于基坑的几何中心处，则逃生路径即设置为从n边形顶点到几何中心的直线；

其中，所述逃生舱，包括通过若干法兰板16由螺栓依次联排连接的设备舱1、生存舱2、过渡舱3，所述设备舱1、生存舱2、过渡舱3的占地面积比为1∶2.5∶1，所述设备舱1、生存舱2、过渡舱3之间设有隔板4且舱顶设有照明灯5，所述隔板4上设有1个内舱门6和若干通孔7，所述设备舱1和过渡舱3分别设有1个外舱门8；所述设备舱1中设有柴油发电机9、压缩空气供氧系统10和二氧化碳净化系统11，所述压缩空气供氧系统10的管道与设备舱1的顶部连通，所述二氧化碳净化系统11的管道与设备舱1的底部连通；所述生存舱2中设有休息椅12、食品柜13、医疗箱14和逃生工具柜15；所述柴油发电机9与所述照明灯5、压缩空气供氧系统10和二氧化碳净化系统11连接；

基坑的占地面积为1050m²，则逃生舱的总占地面积取为27m²，且设备舱和过渡舱的占地面积6m²，两个生存仓占地面积分别为7.5m²。

这种逃生路径的计算和设计，是基于多边形几何重心最短路径原理，设置超高层建筑基坑逃生路径，为优化逃生路径、缩短逃生时间，最大限度保障施工人员快速撤离，将逃生舱置于路径交汇处，与逃生舱协同作用，提高逃生率和保障被困人员生存。

所设计的逃生舱，所用的柴油发电机为舱内的照明灯、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统提供电力。所述压缩空气供氧系统具体包括氧气发生装置、空气过滤装置和空气泵，氧气发生装置采用市面上常用的类似产生氧气的装置，空气过滤装置采用常见的多层滤芯，即可满足本实验目的；所述二氧化碳净化系统具体包括二氧化碳吸附装置、空气过滤装置和空气泵，二氧化碳吸附装置采用市面上常见的吸收二氧化碳的装置，空气过滤装置采用常见的多层滤芯。这两套空气净化系统以及隔板上的通孔，实现了设备舱、生存舱、过渡舱之间的空气流通。设备舱、生存舱、过渡舱的隔板可以通过螺栓固定在舱壁上，也可以采用焊接等方式。照明用白炽灯，生存舱内除设置休息椅以外，还可以设置折叠床、通讯装置等必要的设备设施。缓冲仓和设备舱设有若干外舱门，便于受困施工人员快速进入生存舱避险，或尽快从逃生舱被营救人员营救出。整个逃生舱均采用Q235钢材质，压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统的管道可以采用聚乙烯材质，所用的食品柜、医疗箱、逃生工具柜等都可以是铁柜，食品柜和医疗箱必要时也可以采用冷藏柜。这种逃生舱可实现浮动深度且适用于不同基坑，经过工程实测后可批量投入生产，填补我国深基坑水平逃生装置的研发空白，可简化深基坑逃生设置施工过程缩短工期，在项目资金流方面促进资金回流，减少项目成本。

Claims (9)

1.一种基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定基坑外边界所有控制点，绘制得到呈n边形的基坑平面图，n边形的顶点A₁，A₂...A_i...A_n的坐标为(x_i，y_i)，(i＝1，2，...，n；n≥3)，n边形的顶点即为基坑外边界的控制点；

S2、将n边形划分成n-2个互不重叠的三角形区域，这些三角形区域的公共顶点为A_i(x_i，y₁)，则任意一个三角形的另外2个顶点为A_i(x_i，y_i)和A_i+1(x_i+1，y_i+1)，则n边形的几何中心为

且

S3、根据步骤S2所得的基坑的几何中心位置坐标，将所述逃生舱设置于基坑的几何中心处，则逃生路径即设置为从n边形顶点到几何中心的直线。

2.根据权利要求1所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，步骤S3中，所述逃生舱包括通过若干法兰结构由螺栓依次联排连接的设备舱、生存舱、过渡舱，所述设备舱、生存舱、过渡舱之间设有隔板且舱顶设有照明系统，所述隔板上设有内舱门和若干通孔，所述设备舱和过渡舱分别至少设有1个外舱门；所述设备舱中设有发电机、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统，所述压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统分别通过管道与所述生存舱连通；所述生存舱中设有休息椅、食品柜、医疗箱和逃生工具柜；所述发电机与所述照明系统、压缩空气供氧系统和二氧化碳净化系统连接。

3.根据权利要求2所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，所述设备舱、生存舱、过渡舱的占地面积比为1:2～3.5:1。

4.根据权利要求1所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，步骤S3中，当基坑面积大于1000㎡时，所述逃生舱的占地面积为基坑面积的9％～14％；当基坑面积小于等于1000㎡时，所述逃生舱的占地面积为基坑面积的1.5～2.8％且不超过30㎡。

5.根据权利要求4所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，当基坑面积大于1000㎡时，所述逃生舱包括两个并列排列的生存仓，每个生存仓分别在与所述设备舱和过渡舱之间设有舱门。

6.根据权利要求2所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，法兰结构为法兰板，所述法兰板分别焊接在设备舱、生存舱、过渡舱的两端。

7.根据权利要求2所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，所述逃生舱的压缩空气供氧系统的管道与设备舱的顶部连通，所述二氧化碳净化系统的管道与设备舱的底部连通。

8.根据权利要求2所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，所述逃生舱的生存舱内还设有蓄电池，所述蓄电池与所述发电机连接。

9.根据权利要求1所述的基于超高层建筑基坑移动式逃生舱的逃生路径设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，从n边形顶点到几何中心的逃生路径上等距离设有至少3个逃生门。