付維綱，姜學(xué)鵬，王木群

(1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司城市軌道與地下工程設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430063;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410075;3.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院隧道處，湖南長(zhǎng)沙 410008)

武漢三陽(yáng)路隧道為我國(guó)第一條公路與地鐵合建水下盾構(gòu)隧道，盾構(gòu)段全長(zhǎng)2600m，其盾構(gòu)橫斷面布置如圖1所示。地鐵行車(chē)方向左側(cè)富裕空間設(shè)計(jì)作為公共疏散通道，作為上層公路隧道和下層地鐵隧道人員逃生空間。當(dāng)?shù)罔F隧道列車(chē)發(fā)生火災(zāi)且列車(chē)動(dòng)力喪失時(shí)，人員需打開(kāi)列車(chē)側(cè)門(mén)向縱向逃生平臺(tái)上疏散，然后經(jīng)橫向疏散門(mén)進(jìn)入到非火災(zāi)區(qū)間(疏散通道)內(nèi)避難。顯然，人員到達(dá)安全區(qū)域的時(shí)間取決于疏散門(mén)的間距和寬度，間距越小、寬度越大則人員疏散至安全區(qū)域的時(shí)間越短，因而疏散門(mén)的間距和寬度是關(guān)鍵的參數(shù)。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］中規(guī)定:橫向平行設(shè)置的兩條單線區(qū)間隧道，當(dāng)區(qū)間內(nèi)需連續(xù)設(shè)置兩處以上(含兩處)聯(lián)絡(luò)通道時(shí)，相鄰兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道之間的距離不應(yīng)大于600m。本地鐵隧道疏散門(mén)初步設(shè)計(jì)間距100m，共設(shè)置25個(gè)疏散門(mén)，疏散門(mén)的尺寸0.9m(寬)×2.2m(高)，逃生平臺(tái)寬度為 0.7m。由于本隧道疏散方式與規(guī)范中的聯(lián)絡(luò)通道疏散方式不同，相關(guān)規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義有限，需對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。本研究通過(guò)疏散軟件對(duì)多個(gè)疏散門(mén)間距和尺寸進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)比分析不同疏散門(mén)間距和尺寸對(duì)人員疏散行動(dòng)時(shí)間的影響，給出疏散門(mén)設(shè)計(jì)的推薦值，并獲得推薦疏散門(mén)設(shè)計(jì)下人員安全疏散所需時(shí)間。

圖1 武漢三陽(yáng)路盾構(gòu)隧道斷面圖(單位:mm)

1 疏散參數(shù)及疏散工況

1.1 疏散人數(shù)

本地鐵列車(chē)采用4動(dòng)2拖A型車(chē)6輛編組，編組型式:Tc－MP－M*M－MP－Tc，其中Tc為帶司機(jī)室的拖車(chē)、MP為帶受電弓的動(dòng)車(chē)、M為不帶受電弓的動(dòng)車(chē)，各組車(chē)廂型式如表1所示。每輛車(chē)的最大載客量正常狀況下為310人/節(jié)，全列車(chē)載客量1860人。

表1 地鐵A型車(chē)廂尺寸

1.2 分析方法

人員疏散的全過(guò)程包括探測(cè)、報(bào)警、識(shí)別、反應(yīng)、疏散行動(dòng)等幾個(gè)過(guò)程，所需要的時(shí)間包括探測(cè)時(shí)間、報(bào)警時(shí)間、識(shí)別時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間和疏散行動(dòng)時(shí)間等［2］。列車(chē)內(nèi)部人員疏散所需要的總時(shí)間可以分成以下的各個(gè)時(shí)間段:

式中:td為探測(cè)時(shí)間，從火災(zāi)發(fā)生到探測(cè)出火災(zāi)的時(shí)間，s;ta為報(bào)警時(shí)間，從探測(cè)出火災(zāi)到通知人員發(fā)生火災(zāi)的時(shí)間，s;to為人員識(shí)別時(shí)間，從聽(tīng)到或看到火災(zāi)信號(hào)到人員意識(shí)到必須采取措施的時(shí)間，s;ti人員反應(yīng)時(shí)間，從人員開(kāi)始對(duì)火災(zāi)信號(hào)做出反應(yīng)，進(jìn)行如查看火情、收拾行李物品、召集家人等疏散前的準(zhǔn)備，直至疏散行動(dòng)開(kāi)始的時(shí)間，s;te為疏散行動(dòng)時(shí)間，即疏散行動(dòng)從開(kāi)始到結(jié)束所需的時(shí)間，包括人員移動(dòng)時(shí)間和在出口的排隊(duì)等候時(shí)間，s。

1)探測(cè)與報(bào)警時(shí)間(td+ta)。

對(duì)于車(chē)廂內(nèi)設(shè)置有線性光束感煙探測(cè)系統(tǒng)，設(shè)定火災(zāi)探測(cè)時(shí)間td=60s。

地鐵車(chē)廂內(nèi)的人員密集，工作人員能夠及時(shí)確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展的情況，并發(fā)出報(bào)警，因此設(shè)定旅客列車(chē)火災(zāi)報(bào)警時(shí)間ta=30s。

2)人員識(shí)別與反應(yīng)時(shí)間(to+ti)。

本項(xiàng)目地鐵列車(chē)有廣播系統(tǒng)，人員處于清醒狀態(tài)，易于確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警并找到疏散方向，設(shè)定識(shí)別時(shí)間to=60s。

與識(shí)別階段類似，人員反應(yīng)階段時(shí)間長(zhǎng)短也與空間的環(huán)境狀況有密切關(guān)系，從數(shù)秒到數(shù)分鐘不等。地鐵列車(chē)有條件通過(guò)嚴(yán)格有效的管理，能及時(shí)組織人員進(jìn)行疏散，設(shè)定反應(yīng)時(shí)間ti=30s。

3)人員疏散行動(dòng)時(shí)間(te)。

人員疏散行動(dòng)時(shí)間則通過(guò)疏散行動(dòng)時(shí)間采用Pathfinder2009.2軟件模擬確定，疏散模型選用Steering模式，步行速度設(shè)為 0.7 ～1.2m/s，路徑選擇為 Hierarchical。

1.3 疏散場(chǎng)景設(shè)定

本隧道中人員逆風(fēng)向到通風(fēng)側(cè)上游，并繼續(xù)通過(guò)橫向疏散門(mén)向疏散通道逃生，以相鄰的疏散通道作為準(zhǔn)安全區(qū)。人員疏散選取最不利情況，將火源位置設(shè)定在最不利于逃生的第三節(jié)車(chē)廂尾處附近。若將列車(chē)前段火災(zāi)時(shí)起火位置設(shè)為第三節(jié)車(chē)廂尾處，列車(chē)后段火災(zāi)時(shí)起火位置設(shè)為第四節(jié)車(chē)廂頭處，則兩種情形下的人員疏散組織及路徑具有對(duì)稱性。假設(shè)列車(chē)位于通風(fēng)區(qū)段中段第三節(jié)車(chē)廂尾處、且火源位于兩橫向疏散口之間，為逃生避難最大可信的位置。地鐵隧道人員疏散場(chǎng)景設(shè)置如表2所示。

表2 地鐵隧道人員疏散場(chǎng)景

2 人員疏散行動(dòng)時(shí)間模擬結(jié)果與分析

2.1 疏散門(mén)寬度對(duì)疏散結(jié)果影響

場(chǎng)景SA、SB、SC的疏散行動(dòng)時(shí)間如表3所示。

從表3可以看出，疏散門(mén)的寬度由0.9m增加到1.2m和1.5m時(shí)，疏散行動(dòng)時(shí)間僅減小10s和13s，即疏散門(mén)寬度并未顯著影響人群疏散行動(dòng)時(shí)間。這是因?yàn)?從“車(chē)廂→縱向疏散平臺(tái)→疏散門(mén)→疏散通道(安全區(qū)域)”整個(gè)疏散路線來(lái)看，縱向疏散平臺(tái)的寬度僅為0.7m?？紤]人員在行走時(shí)為保持身體的平衡而擺動(dòng)兩側(cè)的手臂，因而人員在疏散平臺(tái)上疏散時(shí)，要與側(cè)壁保持一定的距離，而不是緊貼著側(cè)壁或扶手行走。因此，可認(rèn)為在縱向疏散或疏散出口的邊界存在一個(gè)邊界層，這一部分寬度不能被人員疏散利用，故在進(jìn)行逃生計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除邊界層的寬度，疏散通道或出口凈寬度減去邊界層寬度后的寬度稱為有效疏散寬度［3］，各類通道應(yīng)扣除邊界層寬度如表4所示［4］。因縱向疏散外側(cè)壁不設(shè)置欄桿，故其邊界層厚度為0.15m，則疏散平臺(tái)有效疏散寬度為0.55m。人群在縱向疏散上行走時(shí)，僅為一縱列，從而導(dǎo)致不論疏散門(mén)寬度大小，人群通過(guò)疏散門(mén)時(shí)同一時(shí)刻僅有一人通過(guò)，故其縱向疏散是整個(gè)疏散線路上的瓶頸。因此，增大疏散門(mén)寬度雖減少了邊界效應(yīng)的影響，使疏散門(mén)的有效寬度由0.6m(門(mén)寬0.9m 時(shí))增加到0.9m(門(mén)寬1.2 m 時(shí))、1.2m(門(mén)寬 1.5m 時(shí))，但縱向疏散這個(gè)疏散“瓶頸”的存在使得疏散行動(dòng)時(shí)間并未隨疏散門(mén)寬度的增加而明顯減小。

表3 疏散場(chǎng)景SA、SB、SC的疏散行動(dòng)時(shí)間te比較

圖2 SA～SE疏散場(chǎng)景示意圖

圖3 SF疏散場(chǎng)景示意圖

表4 各類通道邊界層的寬度值

由于疏散門(mén)的寬度越大，則其縫隙與漏風(fēng)量以及制作成本越大，從通風(fēng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，疏散門(mén)的寬度取0.9m是合理的。

2.2 疏散門(mén)間距對(duì)疏散結(jié)果影響

場(chǎng)景SA、SD、SE的疏散行動(dòng)時(shí)間見(jiàn)表5。

表5 疏散場(chǎng)景SA、SD、SE的疏散行動(dòng)時(shí)間te比較

從表5可以看出:隨著疏散門(mén)間距的縮短，人群所需疏散行動(dòng)時(shí)間也會(huì)減少。這是由于疏散間距減小了，使人群在縱向疏散平臺(tái)上的行走距離縮短，從而減少了疏散行動(dòng)時(shí)間。但并不是間距越小、疏散門(mén)越多越好，要與疏散人數(shù)匹配才能達(dá)到最好的效果，不至于能力閑置。且間距越小，門(mén)的布置數(shù)量越多，其施工成本越高，同時(shí)疏散門(mén)的漏風(fēng)量也越大，故從安全和成本綜合考慮，推薦取疏散門(mén)的間距為100m、門(mén)寬為0.9m，其與初步設(shè)計(jì)值相同。

3 通風(fēng)有效時(shí)人員安全疏散所需時(shí)間

考慮最不利情況，模擬時(shí)設(shè)定為火災(zāi)發(fā)生在列車(chē)第3節(jié)車(chē)廂的后部，且此時(shí)兩端通風(fēng)有效。設(shè)每100m設(shè)一疏散門(mén)，門(mén)寬0.9m。模擬時(shí)，設(shè)定人群采用2個(gè)疏散門(mén)疏散。疏散場(chǎng)景SF示意如圖4所示，疏散過(guò)程如圖5所示，各疏散路徑上的人員數(shù)量如圖6所示。

圖4 疏散場(chǎng)景SF示意圖

圖5 疏散場(chǎng)景SF各時(shí)刻人員疏散狀態(tài)

圖6 各疏散路徑上的人員數(shù)量變化

經(jīng)模擬計(jì)算，該場(chǎng)景下人群疏散行動(dòng)時(shí)間te為1333s。人群通過(guò)車(chē)廂側(cè)門(mén)的平均通行速率為0.38人/s，人群通過(guò)疏散門(mén)的平均通行速率為1.28人/s。且已知火災(zāi)探測(cè)時(shí)間td=60s，報(bào)警時(shí)間ta=30s，人員識(shí)別時(shí)間to=60s，人員反應(yīng)時(shí)間ti=30s，則列車(chē)火災(zāi)人員安全逃生所需時(shí)間(RSET)為:RSET=td+ta+(to+ti)+te=1513s。

4 結(jié)論

地鐵隧道橫向疏散門(mén)的寬度、間距對(duì)列車(chē)火災(zāi)人員安全逃生所需時(shí)間有著顯著的影響。通過(guò)模擬計(jì)算得到疏散口間距為100m、寬度為0.9m為推薦設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了初步設(shè)計(jì)的合理性。

假定火災(zāi)發(fā)生在列車(chē)中部(第3節(jié)車(chē)廂后部)，起火點(diǎn)位于兩疏散門(mén)中間。通風(fēng)排煙方向與車(chē)行方向相同。則4～6節(jié)車(chē)廂單側(cè)門(mén)全開(kāi)，1～3節(jié)車(chē)廂乘客進(jìn)入4～6節(jié)車(chē)廂進(jìn)行疏散，經(jīng)縱向疏散平臺(tái)進(jìn)入疏散通道所需的安全疏散時(shí)間為1513s。

［1］GB 50157－2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］楊 玲，張靖巖，肖澤南.建筑消防安全與性能化設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］Pauls J. Movement of people［Z］. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering.NFPA Quincy MA，USA 1988.

［4］Nelson H. E. ，MacLennan H. A. Emergency movement［Z］.SFPE Handbook of fire protection engineering. NFPA Quincy MA，USA 1988.