CN112017525B - 具备逃生功能的教学楼模型及其在教学楼中的应用 - Google Patents

Abstract

具备逃生功能的教学楼模型及其在教学楼中的应用。该教学楼模型在预留洞孔内植逃生模块，以及控制该逃生模块的智能控制系统，该逃生模块包括两节折叠的节板、以及控制两个节板进行折叠或展开的驱动电机，智能控制系统包括单片机、传感器和电源，其中，所述传感器安装于该教学楼模型的室内，传感器将危险信号转换为电信号传送给单片机并由单片机控制所述微型驱动电机Ⅰ、Ⅱ展开或折叠。当有地震或者火灾等灾害发生时，相应的蜂鸣器和指示灯触发警报，同时上述的逃生模块打开并落到操场地面上形成一个逃生滑梯，学生通过滑梯快速离开教室。在模型产品制作中应用单双板结合和无胶组装等技术，提高模型的模块化和低成本、快速制作。

Description

具备逃生功能的教学楼模型及其在教学楼中的应用

技术领域

该发明涉及建筑模型技术领域，尤其是一种具备逃生功能的教学楼及其模型。

背景技术

具备逃生功能的教学楼，顾名思义，就是该教学楼通过配置逃生设施，使得该教学楼在发生火灾、地震或者其他危险时，楼内的人员可以快速撤离或者逃离。

关于教学楼等公共场合的逃生技术和设施，本发明人经过检索发现以下技术：中国专利文献CN203169855U中公开了一种教学楼楼层室内学生专用逃生通道，它是由专用逃生通道的进口至通道出口顶部设计一个封闭的顶棚，具体来说是形成一个类似于滑梯的逃生通道，在通道出口设计一个弧形的缓冲通道，在通道出口设计一个传送装置，在通道的下方设计有多个固定支架，将逃生通道通过固定支架，架设在教学楼层的室内逃生出口与室外地面空旷地方。该技术的实施，在一定程度上解决了逃生的问题，但是该技术也有其缺陷，主要表现在，该逃生通道为一个常开的状态，也就是说，在教室的墙壁上安装一个滑梯结构，且该滑梯结构会在楼层之间形成一个通道，不仅影响建筑物的外观，而且会成为游乐场所，给孩童的安全带来隐患。

另外，作为模型产品，目前市场上的教学楼模型制作仍然以厚、薄板的简单切割拼接为主，不能适应个性化需求和低成本、快速制造需要，而且先进的制作工艺如3D打印尚不能发挥出其应有的优势。

本发明人就是要解决上述问题，通过功能设计和结构设计两方面的努力，开发出一种隐式的、不影响建筑物外观的的且具备逃生功能的教学楼模型，且满足低成本、快速制造的需要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种具备逃生功能的教学楼模型，用于解决现有的教学楼等公共场合下没有隐藏式逃生设施的问题以及现有模型制作技术不能适应个性化需求和低成本、快速制造需要的问题，提供一种智能化、电气化、模块化和易制作的逃生设施及其模型。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

具备逃生功能的教学楼模型，该教学楼模型的外墙具有预留洞口以及安装在该预留洞口内的逃生模块，以及控制该逃生模块的智能控制系统，所述逃生模块是隐藏式的，在获得代表危险的信号指令后被打开，形成逃生通道。

具体的，该逃生模块包括两节折叠的节板、以及控制两个节板进行折叠或展开的驱动电机，其中，两个节板之间铰接连接并通过两板之间的微型驱动电机Ⅰ驱动，在逃生模块底部和预留洞口之间铰接连接并通过两者之间的微型驱动电机Ⅱ驱动；

该智能控制系统包括单片机、传感器和电源，其中，所述传感器安装于该教学楼模型的室内，传感器将危险信号转换为电信号传送给单片机并由单片机控制所述微型驱动电机Ⅰ、Ⅱ展开或折叠。

具体的，所述传感器为火焰传感器、烟感传感器或震动感知传感器中的一种或几种的组合。

具体的，在该预留洞口的顶部和底部分别设置有第一安装缺口和第二安装缺口，其中，第一安装缺口容纳微型驱动电机Ⅰ，第二安装缺口内安装微型驱动电机Ⅱ。

具体的，所述节板是由平板和位于两侧的翼板组成的断面为U形金属板。

具体的，作为模型产品，所述教学楼模型的模型部分采用单双板结合结构，由单材板构成教学楼模型的薄墙体，由单材板夹持支撑材共同构成教学楼模型的厚墙体，薄墙体与厚墙体通过单材板相连接，构成教学楼模型中相交的墙体。

具体的，作为模型产品，所述教学楼模型的地面模块采用3D打印式结构。

具体的，至少一个元器件内置在所述地面模块中。

作为实体产品，教学楼模型在教学楼中的应用，具体应用上述具备逃生功能的教学楼模型。

本发明的有益效果是：

本发明的具备逃生功能的教学楼模型，通过外墙预留洞口以及安装在该预留洞口内的逃生模块，以及控制该逃生模块的智能控制系统，实现逃生模块隐式设置，在获得代表危险的信号指令后被打开，形成逃生通道，特别是当有地震或者火灾等灾害发生时，相应的蜂鸣器和指示灯触发警报，同时上述的逃生模块打开并落到操场地面上形成一个逃生滑梯，学生通过滑梯快速离开教室。本教学楼模型可以综合采用3D打印、能束(激光、电子)切割等技术进行建造，在制作中可以综合运用单双结合与组装、元器件3D免粘安装等技术实现模块化和低成本、快速制造，成本可控，且本模型既可以作为产品、作品，可以扩展到实体应用，可以作为教具，配有相应的课程来进行相应的教学，且具备实际应用的价值。

附图说明

图1为教学楼模型的立体图。

图2为教学楼模型的剖视图(展开状态)。

图3为教学楼模型的剖视图(折叠状态)。

图4为智能控制系统框图。

图5为教学楼模型的模型部分所采用的单双板结合结构。

图6为图5所示结构的层间组装结构。

图7为教学楼模型的模型部分中地面模块结构(局部)。

图中：

10逃生模块，11节板，12微型驱动电机Ⅰ；

20预留洞口，21第一安装缺口，22第二安装缺口；

单双板结合使用的模板30，第一组合模板301，第二组合模板302，第一单材板31，第二单材板32，第三单材板33，支撑材34，第四单材板35；

地面模块40，振动元件41，过渡板42，3D打印设备43，封口部44。

具体实施方式

实施例1

具备逃生功能的教学楼模型，本教学楼模型，由楼体改造部分和智能控制系统组成，其中的楼体改造部分是指，通过对楼层主体结构的改造或者设施的增减，使得该楼体主体具备一个隐藏式的逃生设施，该逃生设施在非启用状态下是隐藏式的，即从外观上观察，不容易观察到该逃生设施的存在。该逃生设施是机电驱动的机构，即，可以自动的打开。

智能控制系统，参考图4，通过传感器和单片机的配合，用于感知火灾、地震，并控制逃生设置及时的启动，为控制系统的大脑。下面通过以下部分进行详细的介绍。

本智能控制系统中采用微型的单片机或者具有单片机功能的集成电路，并通过数据接口连接各种传感器，其中，传感器可以是以下一种或者几种的组合。

A离子感烟式探测器，其属于典型探测器。具体工作原理是：在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。

B光电感烟探测器，也是点型探测器，利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质感知。

C红外光束感烟探测器，是线型探测器，它是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。

上述的烟感传感器模块，用于检测室内的烟雾浓度，在室内烟雾条件达到一定数值后启动。

还包括震动感知传感器，用于：检测楼体的震动和倾侧情况，即，在地震发生时，楼体是有所振动或者晃动的，当楼体振动或者晃动时，该震动感知传感器产生电信号。

还包括火焰传感器，用于监测室内的火势。

所有传感器通过数据线与控制模块进行连接。

上述多种传感器等可以单独存在，也可以根据需要选配。

电源和备用电源模块包括独立的备用微型锂电池或者铅锌蓄电池，用于为其他用电模块供电，也可以借用楼道备用电源为其供电。

上述的多种传感器在获得代表危险的信号指令后，控制逃生设施自动打开，形成逃生通道，具体的该逃生设施为安装在墙体内的、隐藏式的逃生模块。

进一步地，在该单片机上还可以拓展蜂鸣器、指示灯等警示电子元器件，当有地震或者火灾等灾害发生时，相应的蜂鸣器和指示灯触发警报，逃生模块打开并落到操场地面上形成一个逃生滑梯，学生通过滑梯快速离开教室。

本教学楼模型由模型部分、单片机控制室、电路、单片机、逃生模块等组成，模型部分在制作时可以综合采用3D打印、能束(激光、电子)切割等技术。本模型既可以作为产品、作品，也可以作为教具，配有相应的课程。本模型上述组件和功能设计优选的应用于二楼教学楼位置，该楼层高度合适，能够满足简单模拟场景和一般尺寸的二级逃生模块的展开尺寸要求，当然根据场景模拟需要，也可以设置更多层的教学楼并将上述组件和功能安置在三层、四层甚至更高的教学楼位置。

实施例2

本实施例对实施例1中的逃生模块提供更具体的实施方案。参考图1至图3，该逃生模块10主体包括两节折叠状态下的节板11、以及控制两个节板进行折叠和打开的驱动电机及其折叠结构，下面结合说明书附图1至附图3对本逃生模块的组成进行详细的说明。

上述的节板11是由一个平板和位于两侧的翼板组成的，断面为U形，上述的两个节板之间通过钢销进行铰接连接，连接点位于两个节板两侧，也就是说两个节板可以相对于中间的钢销进行折叠。两个节板具有两个状态：即折叠状态和展开状态，其中的展开状态的总长度为折叠状态总长度的两倍。两个节板之间的状态转换是通过中间的微型驱动电机Ⅰ12驱动的，具体来说，该微型驱动电机Ⅰ安装两个节板的钢销位置，具体来说，安装在其中的一个节板上，且该微型驱动电机Ⅰ的电机轴通过联轴器与上述的钢销连接，钢销与另一个节板固定连接，即，该微型驱动电机驱动Ⅰ两个节板之间的折叠和展开。

上述的逃生模块作为一个整体安装在建筑预留洞口20内，具体来说，该预留洞口20开设在二楼教室的墙壁上，该墙壁也是建筑的外墙壁，预留洞口的顶部与二楼的室内屋顶平齐，底部与二楼室内地面平齐，即，完全在高度方向上横跨二楼的层高。在该预留洞口的顶部和底部分别设置有第一安装缺口21和第二安装缺口22，其中，第一安装缺口用于和微型驱动电机Ⅰ匹配，即该第一安装缺口足以容纳微型驱动电机Ⅰ，保证该模块折叠状态下微型驱动电机Ⅰ缩于该第一安装缺口内。第二安装缺口内安装有微型驱动电机Ⅱ，即将另一个微型驱动电机Ⅱ安装在该第二安装缺口内，该微型驱动电机Ⅱ的电机轴用于和逃生模板中的一个节板固定连接，对应的，在该节板的另一侧与建筑物墙体之间使用钢销进行铰接连接。也就是说，本模块下端与建筑墙体之间也是使用的铰接连接。

本装置具有两种状态，状态一，折叠状态，参考图3，安装完毕后本装置处于折叠状态，且逃生模块整体位于上述的预留洞口内，且上述的两个驱动电机分别位于对应的安装缺口内，并对上述的预留洞口进行简单的装饰，使得该部位具有基本平整的外观。状态二，展开状态，该状态下，参考图1和图2，两个驱动电机分别驱动两个节板展开，直至远端的节板端部抵靠在地面上，如此，两个节板在二楼和地面之间形成一个斜面，该斜面即为逃生通道。

当有地震或者火灾等灾害发生时，通过蜂鸣器和/或指示灯触发警报，同时上述的逃生模块打开并落到操场地面上形成一个逃生滑梯，学生通过滑梯快速离开教室，该状态参考图2。

需要说明的是，本实施例的方案只是为了使本领域技术人员更清楚了解逃生模块的工作原理，不能视为对本发明的限制。

实施例3

本实施例对实施例1中的逃生模型的模型部分制作提供更具体的实施方案。目前市场上的建筑模型仍然以厚、薄板的简单切割拼接为主，但这种简单的制作技术已经不能适应智能化的模型各种个性化定制特征的需要，也不适应低成本、轻质和快速制造的需要，为此我们专门为智能模型的制作开发了相关的“单双板结合和组装技术”以及“电器件3D免粘安装技术”，这些技术可以全部或者选择性使用以满足本发明实施例1提供的逃生模型的定制需要。

“单双板结合和组装技术”的具体原理可以结合附图5和附图6理解，附图5是单双板结合原理，单双板结合使用的模板30包括第一单材板31、第二单材板32、第三单材板33和支撑材34，第一单材板31构成教学楼模型的薄墙体，第二单材板32有两块，两块第二单材板32之间夹持有支撑材34，两块第二单材板32和其之间夹持的支撑材34共同构成教学楼模型的厚墙体，第一单材板31与第三单材板33之间、第二单材板32的侧壁与第三单材板33之间可以通过粘接的方式连接，从而将薄墙体与厚墙体通过第三单材板3相连接，构成教学楼模型中相交的墙体。通过这种单双板结合技术，所有单材板的厚度和材质可以均相同，从而利用相同厚度不同层数的单材板结合支撑材34构造不同厚度的墙体，更易组织原材料进行生产，在厚墙体的侧壁上也就可以安置实施例1中的教学楼模型所需的逃生模块和其他与个性化功能需要相适应的工作部件，而且，支撑材34只填充两块第二单材板32之间的局部区域就能起到良好的支撑强度和形状保持性能，进一步节省了材料，减轻了重量。

图5中单双板结合使用的模板30结构也为模型的层间组装提供了便利条件，当教学楼模型需要多层组装时，如图6所示，需要组装的两套单双板结合使用的模板30标记为第一组合模板301和第二组合模板302，分别构成一个阴板和一个阳板，在阳板的支撑材34上开有安装槽，安装槽内安装有一个第四单材板35作为插接单材板，插接单材板具有伸出支撑材侧壁表面的部分，相对应的，在阴板的支撑材34上开有插接槽，插接槽用于接受插接单材板伸出阳板的支撑材侧壁表面的部分(开口部开有用于方便插接单材板导入的扩口部)，从而将阳板与阴板相插接，实现层间组装，这里作为插接单材板的第四单材板35同样可采用与前三种单材板同厚度和材质的材料，只要插接点相对分散，在一个配合接触面上，只需要在有充分装配空间的区域安装少数几个插接单材板和与之对应的插接槽即可达到很好组装和支撑效果，这样可以避免与任何安装件或特殊工艺部产生位置冲突。

“电器件3D免粘安装技术”是我们专门为模型制作开发的一种先进的3D打印技术，其原理如图7所示，教学楼模型最常采用3D打印结构的部位是地面模块，因为地面模块通常会为了模拟室内场景生长很多三维物体，基于如实施例1中的地震模拟需要，用于模拟地震的振动元件也安装在地面模块内，3D打印的地面模块40通常像图7中所示的那样，上表面设置一个安置槽，振动元件41放在安置槽内，原来是这样操作的，安装之后在安置槽上部用封口板将安置槽封闭，需要通过涂胶或紧固等方式进行操作，比较复杂，仿真效果也差，后来开发了“电器件3D免粘安装技术”，这是一种以整体3D打印技术为思想的安装技术，如图7所示，至少一个振动元件41设置在地面模块40表面的安置槽内，安置槽具有台阶，台阶上放置有过渡板42，在过渡板42的上部直接利用3D打印设备43打印出与地面模块一体的封口部44，就像图7所示的那样，在左边部分，封口部44尚未成形，过渡板42只需要自然放置在台阶上，使过渡板42与台阶的侧壁和顶壁尽量贴合，以粉末床打印技术为例，原料粉末铺在由地面模块40已打印完成部分和过渡板42上表面共同构成的水平面上，打印设备的能量束(激光/电子束)就可以按照设定程序扫描原料粉末从而逐层叠加成形封口部44，实现了快速制造和对振动元件41的免粘安装，无需考虑添加支撑结构，在打印中就完成了组装，仿真效果好，表面质量直接满足使用要求，这个技术除了安装振动元件41，还可以安装其他需要隐藏或内置的器件，当有连接电源等需要时，可以一体将过线通道、让位通道等打印在地面模块40上。

需要说明的是，本实施例的方案只是为了使本领域技术人员更清楚了解模型部分的制作原理和工艺，不能视为对本发明的限制。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.具备逃生功能的教学楼模型，该教学楼模型的外墙具有预留洞口以及安装在该预留洞口内的逃生模块，以及控制该逃生模块的智能控制系统，其特征在于，所述逃生模块是隐藏式的，在获得代表危险的信号指令后被打开，形成逃生通道；

该逃生模块包括两节折叠的节板、以及控制两个节板进行折叠或展开的驱动电机，其中，两个节板之间铰接连接并通过两板之间的微型驱动电机Ⅰ驱动，在逃生模块底部和预留洞口之间铰接连接并通过两者之间的微型驱动电机Ⅱ驱动；该智能控制系统包括单片机、传感器和电源，其中，所述传感器将危险信号转换为电信号传送给单片机并由单片机控制所述微型驱动电机Ⅰ、Ⅱ展开或折叠；

在该预留洞口的顶部和底部分别设置有第一安装缺口和第二安装缺口，其中，第一安装缺口容纳微型驱动电机Ⅰ，第二安装缺口内安装微型驱动电机Ⅱ；

在折叠状态，逃生模块整体位于预留洞口内，且两个驱动电机分别位于对应的安装缺口内；在展开状态，两个驱动电机分别驱动两个节板展开，直至远端的节板端部抵靠在地面上，如此，两个节板在二楼和地面之间形成一个斜面，该斜面即为逃生通道；

所述教学楼模型的模型部分采用单双板结合结构，由单材板构成教学楼模型的薄墙体，由单材板夹持支撑材共同构成教学楼模型的厚墙体，薄墙体与厚墙体通过单材板相连接，构成教学楼模型中相交的墙体；在厚墙体的侧壁上安置教学楼模型所需的逃生模块；

所述教学楼模型的地面模块采用3D打印式结构，至少一个元器件内置在所述地面模块中，内置在所述地面模块中的具体方式是设置在地面模块表面的安置槽内，安置槽具有台阶，台阶上放置有过渡板，在过渡板的上部直接利用3D打印设备打印出与地面模块一体的封口部。

2.根据权利要求1所述的具备逃生功能的教学楼模型，其特征在于，所述传感器安装于该教学楼模型的室内。

3.根据权利要求1所述的具备逃生功能的教学楼模型，其特征在于，所述传感器为火焰传感器、烟感传感器或震动感知传感器中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的具备逃生功能的教学楼模型，其特征在于，所述节板是由平板和位于两侧的翼板组成的断面为U形金属板。

5.教学楼模型在教学楼中的应用，该教学楼模型为权利要求1至4中任意一项所述的具备逃生功能的教学楼模型。

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