劉福華，趙懷民 ，鄧 瑞

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司 交通與城市規(guī)劃設(shè)計研究所，四川 成都 610031；2.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031）

目前營，管我理國已大經(jīng)型日鐵趨路完客善運，樞但紐仍的存規(guī)在劃設(shè)設(shè)施計應(yīng)和急運能力與疏散客流不相適應(yīng)、設(shè)施之間的應(yīng)急疏散能力不匹配的現(xiàn)象，針對這些情況有關(guān)人員進行了一系列探索性研究。《建筑設(shè)計防火規(guī)范》對一般的普遍性問題進行了規(guī)定，給出了建筑出入口數(shù)量、安全疏散口、每部樓梯寬度等設(shè)施設(shè)計的一般要求。美國的《NFPA130》在軌道交通設(shè)計規(guī)范中，對站臺上人員的疏散時間及到達安全點的疏散時間進行了明確規(guī)定：應(yīng)該有充足的出口容量在 4 min 或更短的時間內(nèi)，將站臺上的人員疏散完畢。Greenwich大學開發(fā)的人流仿真軟件 Exodus，可以模擬得到疏散總時間、疏散速度和疏散瓶頸等指標，以評價建筑物的設(shè)計是否合乎規(guī)范的要求；F.Kaakai.et[1]運用了混雜 Petri 網(wǎng)建模方法。宋衛(wèi)國等[2]應(yīng)用社會力模型分析出入口條件及出口瓶頸寬度對人員疏散的影響，研究出口寬度、出口厚度等建筑結(jié)構(gòu)特征及期望速度等人群特征與疏散時間之間的關(guān)系。趙光華等[3]利用 Legion 對北京五棵松地鐵站疏散能力進行了分析。國內(nèi)外的研究主要集中在緊急疏散狀態(tài)下的行人行為分析和樞紐行人行為仿真方面的研究，針對樞紐設(shè)施、設(shè)備的匹配度研究主要是應(yīng)用仿真方法對人員疏散及建筑設(shè)計要求進行了分析，而針對緊急狀態(tài)下樞紐設(shè)施、設(shè)備能力匹配度的研究較少。

1 匹配度的概念與測度方法

1.1 匹配度的概念

匹配度是指事物之間所具有的一致性和擬合程度，對于樞紐內(nèi)部設(shè)施應(yīng)急能力的匹配度而言，包括樞紐內(nèi)部各類設(shè)施之間的匹配程度、設(shè)施與整體的匹配程度、相鄰設(shè)施間的匹配程度、節(jié)點設(shè)施(如疏散樓梯口、安全出口、出租車乘降站等瓶頸點) 與匯合設(shè)施的匹配程度等。在大型客運樞紐中常見多個設(shè)施匯入單一設(shè)施的情況。其中，多個匯入的設(shè)施稱為匯合設(shè)施；該單一設(shè)施稱為節(jié)點設(shè)施。例如，多通道連接的一部樓梯，稱多通道為匯合設(shè)施，樓梯為節(jié)點設(shè)施。

在突發(fā)事件下，人員擁擠是大型鐵路客運樞紐最嚴重的安全隱患，其關(guān)鍵是各類設(shè)施及各個功能區(qū)是否能夠相互協(xié)調(diào)與匹配。樞紐內(nèi)部設(shè)施的應(yīng)急通行能力不能滿足應(yīng)急疏散需求時，將導致大量人員滯留，甚至引發(fā)二次衍生擁擠踩踏事故。樞紐內(nèi)部的銜接模式，站臺、通道、出入口和樓梯等的流線設(shè)計、寬度、布設(shè)方式不妥當，都將成為阻礙樞紐內(nèi)人員安全疏散的最大制約因素，影響樞紐內(nèi)部應(yīng)急交通安全。

1.2 應(yīng)急能力與需求匹配度

大型鐵路客運樞紐內(nèi)部各類設(shè)施的應(yīng)急能力若不能滿足突發(fā)事件的需求會影響人員的安全疏散。在緊急情況下人員受事故位置空間結(jié)構(gòu)、事故狀態(tài)、群體行為、心理等因素影響移動速度與常態(tài)下的人員平均流量存在區(qū)別[4]，相應(yīng)的設(shè)施通行能力將會受到影響。應(yīng)急能力與需求匹配度是指緊急情況下樞紐內(nèi)部設(shè)施應(yīng)急通行能力與應(yīng)急需求之間的貼近程度。樞紐設(shè)施的應(yīng)急能力可以用通道類設(shè)施單位時間的通行能力衡量，按以下公式計算：

式中：Ny為緊急狀態(tài)下的人員通過系數(shù)；By為設(shè)施的有效寬度。

緊急狀態(tài)下行人的自組織行為、從眾行為等群體行為明顯，并且疏散對象大部分是對建筑不熟悉的行人，故人員緊急狀態(tài)下的群體行動能力有別于正常狀態(tài)，根據(jù)《地鐵防火規(guī)范詳解》規(guī)定，緊急狀態(tài)下的群體行動能力為：疏散者的平均步行速度為 1.00 m/s，平均樓梯步行速度 0.50 m/s，樓梯流出系數(shù)為 1.3人/(m.s)，水平流出系數(shù)為 1.5人/(m.s)。因此，應(yīng)急能力與需求的匹配度 Py可以用下式進行測度：

式中：Qy為突發(fā)事件下的行人流量，用常態(tài)下各類設(shè)施的設(shè)計行人流量 Qc乘以相應(yīng)的緊急狀態(tài)影響系數(shù) (修正系數(shù)) α 計算，匹配度值越高說明設(shè)施的緊急疏散能力與應(yīng)急需求的差異越大。

1.3 節(jié)點設(shè)施匹配度

當各個匯合設(shè)施流出率的最大值之和小于節(jié)點設(shè)施的流出速度時，在該節(jié)點設(shè)施處不會出現(xiàn)滯留現(xiàn)象；當節(jié)點設(shè)施的應(yīng)急通行能力不能滿足匯合設(shè)施的應(yīng)急需求時將產(chǎn)生人員滯留現(xiàn)象。滯留人員過多，將給防火分區(qū)隔離等應(yīng)急安全措施帶來影響，甚至造成擁擠踩踏等二次衍生事故。節(jié)點設(shè)施是疏散過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，故對節(jié)點設(shè)施的匹配度進行量度具有重要意義。節(jié)點是樞紐內(nèi)部應(yīng)急疏散流線的連接點和交叉點，其應(yīng)急通行能力應(yīng)與相應(yīng)的銜接設(shè)施相互匹配，能夠在緊急情況下與樞紐設(shè)施系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配。節(jié)點設(shè)施 j 的匹配度 Pj可以用下式進行測度：

1.4 疏散流線匹配度

疏散流線匹配度主要包括單一疏散流線內(nèi)各個設(shè)施之間的匹配程度和設(shè)計疏散流線之間的匹配度。緊急狀態(tài)下為保證人員安全，快速將所有人員疏散至安全場所是至關(guān)重要的，故可將疏散時間作為分析疏散流線匹配度的重要因素。由流線分析可知，疏散完成的總時間可用人員在各個設(shè)施的移動時間、滯留時間表示，用 ti表示疏散流線上 i 設(shè)施的移動時間，tiw表示單一疏散流線內(nèi)部在 i 設(shè)施處的滯留時間，疏散過程中最長滯留時間為各個設(shè)施滯留時間最大值 Tmax，故該單一流線疏散完成時間 tr可表示為：

疏散流線內(nèi)設(shè)施 i 的匹配度 Pi可以采用下式進行測度：

式中：Pi為樞紐設(shè)施 i 滯留時間與疏散流線內(nèi)部各個設(shè)施滯留時間平均值的比值。該匹配度值越高說明該設(shè)施的應(yīng)急能力與流線整體疏散能力的差異程度越大。

大型鐵路樞紐內(nèi)部各疏散流線之間的匹配度用各條設(shè)計疏散流線 k (k＝1,2,…,m) 上旅客疏散所需的疏散時間與總疏散時間平均值的比值表示，其中 m 為設(shè)計疏散流線的數(shù)量。Pk用公式表示為：

式中：Pk為樞紐各設(shè)計疏散流線之間的匹配度。該匹配度值越高說明設(shè)計疏散流線之間的應(yīng)急能力與大型鐵路客運樞紐整體設(shè)施能力的差異程度越大。

2 設(shè)施能力匹配度優(yōu)化模型

基于大型鐵路客運樞紐設(shè)施的應(yīng)急能力與需求匹配度、節(jié)點設(shè)施匹配度、疏散流線匹配度，建立樞紐設(shè)施應(yīng)急能力匹配度優(yōu)化模型，通過設(shè)施應(yīng)急能力的量化處理，把匹配度問題歸結(jié)到目標優(yōu)化問題上，同時引入漂移參數(shù)以解決系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。匹配度優(yōu)化模型的表達式為：

式中：F 表示目標函數(shù)；PY為樞紐應(yīng)急能力與需求匹配度函數(shù)，由各類設(shè)施的應(yīng)急需求匹配度值決定；PI為樞紐疏散流線的總體匹配度函數(shù)，由各流線的匹配度值決定；PJ為樞紐節(jié)點設(shè)施匹配度函數(shù)，由各個節(jié)點設(shè)施匹配度值決定；PK為樞紐內(nèi)各條設(shè)計疏散流線之間的匹配度，由各條疏散流線間的匹配度值決定；ξ 表示漂移函數(shù)；TA表示安全疏散時間。

公式⑻表示各條流線的疏散須在安全疏散時間內(nèi)完成，是基于安全時間的約束條件。

針對突發(fā)事件下樞紐的安全保障設(shè)施設(shè)計，可根據(jù)能力匹配度函數(shù) F 的值對樞紐內(nèi)部設(shè)施整體匹配度進行判別，并進行優(yōu)化調(diào)整以達到整體設(shè)施的協(xié)調(diào)與匹配。設(shè)施的匹配度可以從兩個方面進行優(yōu)化和改善：①減少設(shè)施所分配的客流數(shù)量及客流種類，調(diào)整應(yīng)急疏散流線設(shè)計；②提高設(shè)施能力。前者的主要措施是改變客流組織策略，更改換乘流線，關(guān)閉或開啟部分出入口；針對通道等設(shè)施，為了減少多種客流交織對通道內(nèi)行人通行的影響，通常會設(shè)置隔離帶。后者對于步行類設(shè)施，提高能力的主要方法是改變設(shè)施幾何參數(shù)，如拓寬通道、樓梯、站廳，增加站臺面積或增加扶梯數(shù)量；針對交通服務(wù)類設(shè)施及輔助服務(wù)類設(shè)施，則可以通過提高設(shè)施的數(shù)量來提高設(shè)施能力。

3 結(jié)束語

根據(jù)樞紐設(shè)施應(yīng)急能力匹配度的概念給出了相應(yīng)的測度方法，通過匹配度的分析與計算尋找樞紐內(nèi)部不能滿足應(yīng)急需求的設(shè)施及節(jié)點，通過計算應(yīng)急疏散流線匹配度分析大型客運樞紐疏散流線的應(yīng)急能力。在滿足疏散流線安全時間的要求下，優(yōu)化應(yīng)急能力匹配度、節(jié)點設(shè)施匹配度和疏散流線匹配度，使大型鐵路客運樞紐內(nèi)部設(shè)施整體協(xié)調(diào)匹配。

[1]Kaakai F，Hayat S，Moudni.A.El. A hybrid petrinets-based simulation model for evaluating the design of railway transit station[J]. Simulation Modelling Practice and Theory，2007，15(8)：935-969.

[2]宋衛(wèi)國，于彥飛，陳 濤. 出口條件對人員疏散的影響及其分析[J]. 火災科學，2003，12(2)：100-104.

[3]趙光華. 行人仿真在奧運地鐵站的應(yīng)用研究[D]. 北京：北京工業(yè)大學，2007.

[4] 劉文婷. 城市軌道交通車站乘客緊急疏散能力研究[D]. 上海：同濟大學，2008.