一种洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯及其使用方法与流程

1.本发明涉及市政工程地下空间出入口设计领域，具体是一种洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯及其使用方法。


背景技术：

2.随着城市化的发展，城市规模不断扩大，地铁、地下商场、地下停车场等地下空间的应用越来越广泛。而在气候变化和城市热岛效应影响下，城市极端降雨频发。由于城市排水系统的排水能力多针对城市中低强度降雨设计，高强度降雨下较易发生城市内涝，地表积水过深而倒灌入地下空间，引起人员伤亡和财产损失。高强度降雨时，及时疏散地下空间人员和重要物资是减少损失的最优策略。由于连接地表和地下空间的楼梯是主要疏散通道，亦是发生洪水倒灌时的洪水进入地下空间的主要通道。而楼梯坡度较陡，洪水顺楼梯而下时流速较高，地下空间内人员逆流而上逃生时难度较大，楼梯成为洪水倒灌地下空间疏散的瓶颈区域。
3.以图6所示的传统楼梯为例(台阶宽度30cm，高度15cm)，在地表和地下高差4m左右时，水流自地表流入地下空间后流速已从0.2m/s左右增大至5m/s左右，高流速条件下人员难以安全逃生至地面。传统上，洪水倒灌时楼梯高流速问题的解决主要有两种思路：一种是从楼梯坡度角度对洪水倒灌时的流速、水深进行研究，并给出合适的楼梯坡度。但对于已经建成的楼梯而言，对楼梯坡度进行改造经济上代价较大，且坡度变缓需增加楼梯的纵向长度，地下空间往往没有足够的空间用于楼梯的坡度改造。另一种思路是在楼梯地表部分增设相同高度的挡水平台，但若挡水平台高度较低，洪水仍可能倒灌入地下空间，且倒灌时为楼梯全断面入流，无安全的疏散通道，而若挡水平台过高，人员疏散至地表时，地表水深可能已超过人员安全涉水深度，存在较大的涉水危险性。


技术实现要素：

4.本发明为了克服传统地下空间楼梯对洪水倒灌在预警和疏散方面的不足，提供一种洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯。
5.为实现上述目的，本发明提供一种洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯，包括楼梯主体以及设于楼梯主体中部的隔离墙，所述隔离墙将楼梯主体分隔为预警分区和疏散分区；所述预警分区包括依次连接的第一地上阶梯、预警平台和第一地下阶梯，所述疏散分区包括依次连接的第二地上阶梯、疏散平台和第二地下阶梯，预警平台和疏散平台位于隔离墙两侧，且警平台的高度低于比疏散平台的高度。
6.进一步的，所述预警平台连接第一地上阶梯和第一地下阶梯，形成所述预警分区。
7.进一步的，所述疏散平台连接第二地上阶梯和第二地下阶梯，形成所述疏散分区。
8.进一步的，所述隔离墙为不透水结构，所述隔离墙的高度不低于疏散平台与预警平台间的高差。
9.一种如上所述洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯的使用方法，包括：
10.设置预警平台的高度与预警水深一致，设置疏散平台的高度与人体安全涉水水深一致；
11.当地表洪水水深低于预警平台时，表明地表洪水尚在城市排水系统负荷内，地下空间人员无需疏散；
12.当地表洪水水深超过预警平台且低于疏散平台时，水流以堰流型式经第一地下阶梯进入地下空间，此时地下空间人员经另外一侧的第二地下阶梯和疏散平台疏散至地表空间；
13.当地表洪水水深超过疏散平台时，地下空间人员从其它出口撤离。
14.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
15.1、该洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯通过设置两个并行布置的预警平台和疏散平台，实现对地表洪水倒灌地下空间预警和安全功能。中低强度降雨下(城市排水设计负荷内)，该楼梯可阻止地表雨水进入地下空间，高强度降雨下(超出城市排水负荷)，随着水位上升，该楼梯首先经预警分区下泄少量雨水进入地下空间，提示地下空间人员须经疏散分区疏散；当地表水位超过人体涉水安全深度时，通过疏散分区下泄洪水，对地下人员提供地表水深安全预警。即楼梯单侧过水时，人员须尽快从无水侧疏散，楼梯双侧过水时，该疏散通道已有较大安全风险，人员须从其它通道疏散。本发明通过水流沿阶梯而下的视觉冲击引导地下空间人员及时安全疏散，无须设置自动报警装置，可靠性高。
16.2、由于地表倒灌洪水流量与堰上水深的2.5次方成正比，设置两个挡水平台(预警平台和疏散平台)后，堰上水深大幅减小，可显著减少高强度降雨时的洪水倒灌流量，减轻地下空间排水设施的排水负荷。
17.3、该洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯地下部分与传统楼梯差异较小，对传统楼梯改造时仅需加设隔离墙、预警平台和疏散平台即可，占用空间小。对阶梯坡度无要求，通用性好，且施工方便，造价低。
附图说明
18.图1(a)为本发明洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯的侧视图；
19.图1(b)为本发明洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯的俯视图；
20.图2为本发明洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯的立体结构图；
21.图3(a)为本发明洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯中预警平台的结构示意图；图3(b)为本发明洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯中疏散平台的结构示意图；
22.图4为本发明洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯在洪水倒灌时水流流动和人员疏散示意图；
23.图5为传统地下空间楼梯结构立视图和俯视图；
24.图6为传统地下空间楼梯洪水倒灌时水流流动示意图；
25.图7为洪水倒灌地下车库预警疏散通道示意图；
26.图中：1—地表空间，2—地下空间，3—预警平台，4—疏散平台，5—隔离墙，6—第一地上阶梯，7—第一地下阶梯，8—预警水深，9—人体安全涉水水深，10—堰上水深，11—第二地上阶梯，12—第二地下阶梯。
具体实施方式
27.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
28.请参阅图1(a)及图1(b)，本发明实施例提供一种洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯，包括楼梯主体以及设于楼梯主体中部的隔离墙5，所述隔离墙5将楼梯主体平行分隔为预警分区和疏散分区。
29.请结合参阅图2，所述预警分区包括依次连接的第一地上阶梯6、预警平台3和第一地下阶梯7；所述疏散分区包括依次连接的第二地上阶梯11、疏散平台4和第二地下阶梯12。其中第一地上阶梯6和第二地上阶梯11位于隔离墙5两侧，预警平台3和疏散平台4也位于隔离墙5两侧，预警平台3将第一地上阶梯6和第一地下阶梯7连通，疏散平台4将第二地上阶梯11和第二地下阶梯12连通，且预警平台3的高度低于比疏散平台4的高度。
30.所述隔离墙5为不透水结构，其高度应不低于疏散平台4与预警平台3间的高差，以保证预警分区的水流不会进入疏散分区，从而影响人员安全疏散。
31.所述预警平台3(低平台)在中低强度降雨时阻止洪水进入地下空间，在高强度降雨时洪水越过预警平台3经预警分区进入地下空间2，从而对地下空间2提供疏散预警。所述疏散平台4(高平台)在地表洪水深度低于人体最大安全涉水深9(如图3(b)所示)时阻止洪水经疏散分区进入地下空间2，为人员疏散提供安全通道，而在地表洪水深度超过人体最大安全涉水深9时下泄洪水进入地下空间2，从而对地下空间2的人员疏散提供地表涉水深度安全预警。
32.图3(a)和图3(b)所示为预警水深8和人体安全涉水水深9的物理意义示意图，预警水深8与预警平台3的高度基本一致，其取值可根据当地降雨特点和城市防涝标准确定。当地表洪水水深低于预警平台3时，表明地表洪水尚在城市排水系统负荷内，地下空间2人员无需疏散。当地表洪水水深超过预警平台3且低于疏散平台4时，水流以堰流型式经第一地下阶梯7进入地下空间2，而进入地下空间2的洪水流量与地表水深和预警平台3的高差(堰上水深10)的2.5次方成正比，因此在地表水深一定的情况下，相比传统楼梯(图5)，设置预警平台3后可以大幅减少进入地下空间的洪水量。同时，由于地表水深尚低于疏散平台4，预警平台3上堰上水深10较浅，进入地下空间2的流量总体较少，尚在地下空间排水系统(非城市地表排水系统)负荷内。而水流沿预警平台3顺阶梯而下可以对地下空间2人员在视觉上形成强烈的警示作用，同时由于地表洪水并未越过疏散平台4，地下空间人员仍可经另外一侧的第二地下阶梯12和疏散平台4(疏散分区)安全疏散至地表空间1(图4)。
33.人体安全涉水水深9是人体可安全通过积水路面的最大安全深度，其值需经过水动力学试验确定。地下空间人员经疏散分区达到地表后，若地表水深已超过人体安全涉水水深9，人员涉水仍有一定的危险性。而地下空间出口通常多于1个，且不同出口处地面高程亦不相同，在疏散分区过水时可通过其它出口撤离。此外，由于地表水深从预警水深8向疏散水深上升过程中，往往有一定的时间间隔，可供地下空间人员及时疏散。本发明实际操作原则简单，即楼梯单侧过水时，人员须尽快从无水侧疏散，楼梯双侧过水时，该疏散通道已有较大安全风险，人员须从其它通道疏散。
34.本发明楼梯结构简单，对阶梯的坡度无要求，方便在传统楼梯基础上进行改造，只需增设隔离墙、预警平台和疏散平台，即可实现中低强度降雨时无洪水进入地下空间，高强
度降雨时人员及时安全疏散，无需设置任何自动控制和报警设备，可靠度高，可广泛应用到地铁、地下商场、地下停车场等地下空间的人员防涝疏散通道设计和改造中。
35.图7为依据本发明相同预警疏散原理设计的洪水倒灌地下车库预警疏散通道示意图，与图1相比疏散平台的高度应按照车辆安全涉水深度进行设计，地上楼梯和地下楼梯应改为斜坡路面。
36.本发明实施例还提供一种上述洪水倒灌地下空间预警疏散楼梯的使用方法，包括：
37.设置预警平台3的高度与预警水深8一致，设置疏散平台4的高度与人体安全涉水水深9一致；
38.当地表洪水水深低于预警平台3时，表明地表洪水尚在城市排水系统负荷内，地下空间2人员无需疏散；
39.当地表洪水水深超过预警平台3且低于疏散平台4时，水流以堰流型式经第一地下阶梯7进入地下空间2，此时地下空间人员经另外一侧的第二地下阶梯12和疏散平台4疏散至地表空间1；
40.当地表洪水水深超过疏散平台4时，地下空间人员从其它出口撤离。
41.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。