第 1 章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 研究背景综述
人口老龄化是人类社会发展的必然结果[1]，在 2000 第五次人口普查，中国 65 岁以上老年人口占总人口的 6.96%，60 岁以上的人 口 所 占 得 比 重 更 是 达 到10.2%，以上比例按国际标准衡量，均已经进入老年社会[2]。到2015 年，中国 65 岁及以上人口达到 14434 万，
1.1 课题研究背景
1.1.1 研究背景综述
人口老龄化是人类社会发展的必然结果[1]，在 2000 第五次人口普查，中国 65 岁以上老年人口占总人口的 6.96%，60 岁以上的人 口 所 占 得 比 重 更 是 达 到10.2%，以上比例按国际标准衡量，均已经进入老年社会[2]。到2015 年，中国 65 岁及以上人口达到 14434 万，
60 岁及以上的人口达到 2.48 亿，约占总人口的 17.17%，中国总抚养比①为 37%，少儿抚养比为 22.6%，老年抚养比为 14.3%；从 2005 年至 2015年中国少儿抚养比在逐年下降[3]，而老年抚养比在逐年上升（如图 1.1）。预计到2025 年，中国 60 岁及以上的老年人口将达到 3 亿[4]，中国人口老龄化压力将越来越大。
近年来，由于老年人受教育程度逐年增高，城乡老年人收入平稳增长，“养儿防老”观念正在逐渐转变，越来越多的老年人选择入住养老机构安度晚年[5]。养老机构中，近几年逐步兴起的老年公寓，更得老年人的青睐。老年公寓是专供老年人集中居住，符合老年体能心态特征的公寓式老年住宅，具备餐饮、清洁卫生、文化娱乐、医疗保健服务体系，是综合管理的住宅类型[6]。由于城市用地紧张，老年公寓逐渐往高层发展，而高层老年公寓的兴起缓解一部分养老压力[7]。
2.1 楼梯疏散软件综述
2.1.1 疏散时间
文章中所讲的紧急情况是指由平常用火不慎而引起小范围失火，并且在火灾初期没有灭火动作的假设情况，安全疏散时间是指在火灾中所产生的有害气体浓度没有达到危害人健康之前，建筑中人员全部疏散至安全区域所用的时间。判定火灾发生时人员是否能够安全疏散的标准是人员全部疏散的时间是否小与有害气体浓度达到危害建筑的时间。《高层民用建筑设计防火规范》条文说明第 6.1.13条，加拿大有关研究部门提出以下数据，当建筑仅有一个疏散楼梯可以使用的情况下，不同层数、人数的高层建筑使用楼梯疏散需要的时间[48]，见表格 2.1。
2.1.2 疏散软件介绍
本文采用 Pathfinder 人员疏散仿真软件对建筑进行安全疏散模拟。软件是由美国的 Thunderhead engineering 公司研发的简单、直观、易用的新型的智能人员紧急疏散逃生评估系统[49]。它利用计算机图形仿真和游戏角色领域的技术，对多个群体中的每个个体运动都进行图形化的虚拟演练，从而可以确定每个个体在灾害发生时选择的逃生路径和逃生时间。
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2.2 电梯数量计算综述
2.2.1 主要参数介绍
（1）5min 载客率 CE 概念
概念:是衡量电梯输送能力的主要标志，它是指大楼电梯在 5 分钟内需要输送乘客的数量和建筑使用电梯的总人数比，记作 CE。电梯在 5min 内需要输送乘客的人数叫做 5min 载客数（passengers handing capacity within a period of five minutes），记作 CE1。
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第 3 章 楼梯疏散模拟及配置优化 ................................ 37近年来，由于老年人受教育程度逐年增高，城乡老年人收入平稳增长，“养儿防老”观念正在逐渐转变，越来越多的老年人选择入住养老机构安度晚年[5]。养老机构中，近几年逐步兴起的老年公寓，更得老年人的青睐。老年公寓是专供老年人集中居住，符合老年体能心态特征的公寓式老年住宅，具备餐饮、清洁卫生、文化娱乐、医疗保健服务体系，是综合管理的住宅类型[6]。由于城市用地紧张，老年公寓逐渐往高层发展，而高层老年公寓的兴起缓解一部分养老压力[7]。
现阶段国内关于老年公寓的研究主要集中在建筑设计、空间构成以及室内外环境设计方面，对于老年公寓的楼梯与电梯交通系统研究仅限于满足规范规定的安全疏散要求、电梯安装条件以及设施内无障碍要求，而二者的配置一直被建筑是们视为建筑设计的辅助设计，通常按照惯例与经验作为配置的参考。据统计2007-2016 年我国养老院发生火灾 202 起，死亡人数 128 人[8]，老人作为高危人群，在火灾中的伤亡比例居高不下。高层老年公寓使用者的特殊性区别于普通建筑，在设计时要充分考虑弱势群体的运动特性，进行相应的的无障碍、疏散辅助设施以及避难空间的设计。电梯作为高层老年公寓的主要垂直交通工具，楼梯作为主要的安全疏散构件[9]，二者位置选择、数量配置、无障碍设计都将会影响老年公寓中使用者的生活质量甚至于生命安全。
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1.2 研究现状
1.2.1 国外研究现状
（1）电梯配置方面
1889 年出现名副其实的电梯，电梯交通配置技术随之发展而发展[10]。1923年 Jones Basset 在电梯交通配置统计特性论文中提出的“电梯出现可停站数”1931年美国人研制出第一台双层轿厢。电梯设计者如今已提出了可变间距的双层轿厢电梯的解决方案。到 1955 年，瑞士人 Joris Schroder 的论文中提出“可能转换层的计算”并以此建立了一系列电梯交通配置统计公式。20 世纪 70 年代中，日本人木村武雄的《建筑设备のためのエレベータ? エスカレータ》详细介绍建筑中电梯与自动扶梯两种设备的配置设计。到 20 世纪 70 年代末期，电梯交通配置的统计特性理论已基本定型[11]。G·C·Barney 的《Elevator Traffic Analysis Design and Control》主要介绍电梯交通系统的分析设计与电梯群控技术以及不同建筑类型所对应的 CE 值等。在 20 世纪 80 年代中，英国出版的刊物《Elevator word》与日本的《エレベータ界》（中国译本《电梯》木村武熊、木村利熊）在电梯交通系统配置这一研究领域内占学术主导地位[ 12 ]。在 2002 年，Otis 电梯公司公布“OTISPLANtool”，包括单组实施、多组优化和对配置其方针进行商业决策，是在线电梯决策的组合。经过将近两个世纪探究，国外对于电梯交通系统的配置的研究已经有一套相对完善的理论，包括针对各种建筑电梯的期望值，并且探讨出一系列针对电梯配置的计算公式以及每一步的取值介绍，国外的这些研究成果对我国的电梯交通系统的配置都具有借鉴意义。
（2）楼梯疏散与火灾心理方面
1.2.1 国外研究现状
（1）电梯配置方面
1889 年出现名副其实的电梯，电梯交通配置技术随之发展而发展[10]。1923年 Jones Basset 在电梯交通配置统计特性论文中提出的“电梯出现可停站数”1931年美国人研制出第一台双层轿厢。电梯设计者如今已提出了可变间距的双层轿厢电梯的解决方案。到 1955 年，瑞士人 Joris Schroder 的论文中提出“可能转换层的计算”并以此建立了一系列电梯交通配置统计公式。20 世纪 70 年代中，日本人木村武雄的《建筑设备のためのエレベータ? エスカレータ》详细介绍建筑中电梯与自动扶梯两种设备的配置设计。到 20 世纪 70 年代末期，电梯交通配置的统计特性理论已基本定型[11]。G·C·Barney 的《Elevator Traffic Analysis Design and Control》主要介绍电梯交通系统的分析设计与电梯群控技术以及不同建筑类型所对应的 CE 值等。在 20 世纪 80 年代中，英国出版的刊物《Elevator word》与日本的《エレベータ界》（中国译本《电梯》木村武熊、木村利熊）在电梯交通系统配置这一研究领域内占学术主导地位[ 12 ]。在 2002 年，Otis 电梯公司公布“OTISPLANtool”，包括单组实施、多组优化和对配置其方针进行商业决策，是在线电梯决策的组合。经过将近两个世纪探究，国外对于电梯交通系统的配置的研究已经有一套相对完善的理论，包括针对各种建筑电梯的期望值，并且探讨出一系列针对电梯配置的计算公式以及每一步的取值介绍，国外的这些研究成果对我国的电梯交通系统的配置都具有借鉴意义。
（2）楼梯疏散与火灾心理方面
楼梯疏散方面，关于这方面研究主要起源于上世纪初，而研究的初期阶段多采用观察描述、访问研究等定性分析法。在早期通过真实火灾调研和疏散演习观察的方式获取行走速度和疏散时间等信息，到 1956 年，美国 Bryan 的马里兰州ArundelPark 的火灾调研报告，后成为火灾人员疏散行为研究的标志性文献[13]。日本 Togawa、英国 Melink 和 Booth 等通过大量的观测，分别给出计算人员疏散时间的经验公示[14] 。在 1985 年后研究逐渐进入成熟期时，研究开始运用计算机进行火灾现场仿真模拟，通过模拟获取所需的行走速度与疏散时间等数据，并开始对残疾人[15][16]与中老年人[17]等进行研究。90 年代后，挪威 Paulsen 等利用无毒烟气研究在烟气中的人群疏散行为，并分析了疏散引导标志在烟气中的性能[18]。Fruin、Polu 和 Hankin 等通过观测给出建筑出口流量系数的取值范围18。加拿大的 J·Pauls 通过对楼梯疏散的观察和研究，结合人群运动以及疏散设计，建立了楼梯出口的有效宽度模型[19]，总结出了一套疏散时间的概念、计算方法和应用局限性，他所研究并提出的“演习法”[20]已成为但仅此领域的核心研究法则之一。人群运动与动力学为的研究为计算机仿真模拟提供了重要科学依据。
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第 2 章 研究基础.............................
2.1 楼梯疏散软件综述
2.1.1 疏散时间
文章中所讲的紧急情况是指由平常用火不慎而引起小范围失火，并且在火灾初期没有灭火动作的假设情况，安全疏散时间是指在火灾中所产生的有害气体浓度没有达到危害人健康之前，建筑中人员全部疏散至安全区域所用的时间。判定火灾发生时人员是否能够安全疏散的标准是人员全部疏散的时间是否小与有害气体浓度达到危害建筑的时间。《高层民用建筑设计防火规范》条文说明第 6.1.13条，加拿大有关研究部门提出以下数据，当建筑仅有一个疏散楼梯可以使用的情况下，不同层数、人数的高层建筑使用楼梯疏散需要的时间[48]，见表格 2.1。
2.1.2 疏散软件介绍
本文采用 Pathfinder 人员疏散仿真软件对建筑进行安全疏散模拟。软件是由美国的 Thunderhead engineering 公司研发的简单、直观、易用的新型的智能人员紧急疏散逃生评估系统[49]。它利用计算机图形仿真和游戏角色领域的技术，对多个群体中的每个个体运动都进行图形化的虚拟演练，从而可以确定每个个体在灾害发生时选择的逃生路径和逃生时间。
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2.2 电梯数量计算综述
2.2.1 主要参数介绍
（1）5min 载客率 CE 概念
概念:是衡量电梯输送能力的主要标志，它是指大楼电梯在 5 分钟内需要输送乘客的数量和建筑使用电梯的总人数比，记作 CE。电梯在 5min 内需要输送乘客的人数叫做 5min 载客数（passengers handing capacity within a period of five minutes），记作 CE1。
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3.1 设计原则 ....................................... 37
3.2 模拟对象选取与分析 ............................. 37
第 4 章 电梯数量计算及配置优化 ..................................... 63
4.1 配置原则 ..................................... 63
4.2 配置方法 ................................... 63
第 5 章 楼电梯配置的模块化设计 ..................................... 83
5.1 单元式老年公寓楼电梯数量配置 ................................... 83
5.1.1 配置数量计算 .................................... 83
5.1.2 数据分析 ................................ 86
第 5 章 楼电梯配置的模块化设计
5.1 单元式老年公寓楼电梯数量配置
5.1.1 配置数量计算
单元式老年公寓类似于单元式住宅，平面形式与内部功能流线相对简单。层数方面，根据《老年人居住建筑设计规范》5.4.2 条“十二层及以上的老年人居住建筑，每单元设置电梯不应少于两台，其中应设置一台可容纳担架的电梯[80]”与5.6.1 条“老年人居住建筑不宜超过 18 层[80]”两条规范，笔者将单元式以 12 层为界限，分为 12 层以下与 12 层至 18 层两种情况，
5.1.1 配置数量计算
单元式老年公寓类似于单元式住宅，平面形式与内部功能流线相对简单。层数方面，根据《老年人居住建筑设计规范》5.4.2 条“十二层及以上的老年人居住建筑，每单元设置电梯不应少于两台，其中应设置一台可容纳担架的电梯[80]”与5.6.1 条“老年人居住建筑不宜超过 18 层[80]”两条规范，笔者将单元式以 12 层为界限，分为 12 层以下与 12 层至 18 层两种情况，
12 层以下以 10 层、11 层为研究对象，12 层以上中将给出 12 层至规范推荐最大值 18 层的楼电梯配置数量参考。
单元式老年公寓按户面向老人服务，每户居住 1～2 人不等，将按每户最多人数 2 人进行计算，建筑总人数笔者按使用情况最大值进行计算。楼梯数量确定方面按照陈家徐姚老年公寓楼梯的疏散模拟中所得数据，两步楼梯疏散 8 人,接近于规范延伸时间，12 层以下老年公寓笔者将以每层 8 人为界，8 人及以上的情况建筑将设置两部楼梯，12 及以上将统一配置 2 部楼梯。电梯数量配置方面，电梯额定载重量将按照统计的常用客梯 1000kg13 人型号、医用电梯 1600kg21 人规格进行计算。#p#分页标题#e#
单元式老年公寓按户面向老人服务，每户居住 1～2 人不等，将按每户最多人数 2 人进行计算，建筑总人数笔者按使用情况最大值进行计算。楼梯数量确定方面按照陈家徐姚老年公寓楼梯的疏散模拟中所得数据，两步楼梯疏散 8 人,接近于规范延伸时间，12 层以下老年公寓笔者将以每层 8 人为界，8 人及以上的情况建筑将设置两部楼梯，12 及以上将统一配置 2 部楼梯。电梯数量配置方面，电梯额定载重量将按照统计的常用客梯 1000kg13 人型号、医用电梯 1600kg21 人规格进行计算。#p#分页标题#e#
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结论
研究结论
近年来高层老年公寓逐渐兴起，但是人们主要关注与室内空间与整体形体，而在紧急情况下老年人的安全疏散与高峰期老年人的正常出行方面，缺乏系统全面的研究，仅以类比或估算方法来确定数量与位置，缺乏科学性与理论支撑。老年人的居住环境重要，高峰时期顺利出行与紧急情况下确保老年人的生命安全同样重要，同样需要人们来共同关注与研究。
研究结论
近年来高层老年公寓逐渐兴起，但是人们主要关注与室内空间与整体形体，而在紧急情况下老年人的安全疏散与高峰期老年人的正常出行方面，缺乏系统全面的研究，仅以类比或估算方法来确定数量与位置，缺乏科学性与理论支撑。老年人的居住环境重要，高峰时期顺利出行与紧急情况下确保老年人的生命安全同样重要，同样需要人们来共同关注与研究。
本文的研究重点与创新点主要是将高层老年公寓楼梯与电梯进行统一研究，通过实地调研与软件模拟，在已有的经验上进行更加深入的研究，并根据研究方法与结论，反过来对建筑楼电梯配置进行计算与模拟，总结一套可指导高层楼电梯交通系统组合与配置的方案。通过上述研究，主要取得以下成果：
（1）实地调研老年公寓中老年人的动态与楼电梯配置现状，研究老年人的行为反应，通过大量数据总结与图表提出老年公寓存在的问题；
（2）根据调研数据建立模型，通过疏散模拟进一步分析提出的问题，根据疏散结果绘制的折线图分析疏散结构存在的问题，并提出相应的建议，根据建议重新模拟，探求一种合理而又满足老年人安全疏散的楼梯位置选址，并针对细节存在的问题提出优化意见；
（3）根据调研数据总结，高层老年公寓中电梯交通系统人流量变化关系为老年公寓床位总数的 1.18 倍，进一步明晰简化老年公寓楼梯配置数量计算公式，通过公寓与床位数计算适宜电梯配置数量，并针对楼梯交通系统的细节存在的问题提出优化策略，为高层老年公寓电梯配置提供理论依据；
（1）实地调研老年公寓中老年人的动态与楼电梯配置现状，研究老年人的行为反应，通过大量数据总结与图表提出老年公寓存在的问题；
（2）根据调研数据建立模型，通过疏散模拟进一步分析提出的问题，根据疏散结果绘制的折线图分析疏散结构存在的问题，并提出相应的建议，根据建议重新模拟，探求一种合理而又满足老年人安全疏散的楼梯位置选址，并针对细节存在的问题提出优化意见；
（3）根据调研数据总结，高层老年公寓中电梯交通系统人流量变化关系为老年公寓床位总数的 1.18 倍，进一步明晰简化老年公寓楼梯配置数量计算公式，通过公寓与床位数计算适宜电梯配置数量，并针对楼梯交通系统的细节存在的问题提出优化策略，为高层老年公寓电梯配置提供理论依据；
参考文献（略）
