涂沁穎 熊 康

(1.重慶市消防總隊(duì)軌道交通支隊(duì)，重慶 401147； 2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045)

1 概述

地鐵是一種有效緩解都市交通擁堵和地面用地緊張的交通工具，具有快速、低碳、準(zhǔn)時等特點(diǎn)，其作用在都市交通中不可替代。地鐵站作為地下建筑，進(jìn)出口少，內(nèi)部空間密閉，一旦出現(xiàn)火情，高溫?zé)煔鈱⒔o人們造成嚴(yán)重的傷害和心理上的恐懼，十分有可能引發(fā)眾多人員傷亡的惡性事件。因此，地鐵站火災(zāi)的人員疏散慢慢成為了國內(nèi)外不少學(xué)者研究的熱點(diǎn)。張莉[1]運(yùn)用數(shù)值模擬，開展了地鐵站火災(zāi)情況下人員疏散情況的研究，提出一種引入了火災(zāi)影響因子的人員疏散模型，能精確地計(jì)算出火情下的人員疏散狀態(tài)。張程[2]通過問卷調(diào)查和對地鐵站內(nèi)人員行走速度的實(shí)地觀測，結(jié)合疏散仿真研究了地鐵人員行為特征，并開發(fā)了相應(yīng)的疏散仿真軟件。劉夢潔[3]基于FDS火災(zāi)模擬以及Pathfinder疏散模擬，研究了某地鐵車站的人流量以及火源熱釋放速率的容納能力。還有很多學(xué)者對于換乘站內(nèi)人員疏散、客流組織動態(tài)仿真和評價方法等方面開展了研究[4-8]。

本文假設(shè)某個地鐵樞紐車站站內(nèi)的列車引發(fā)了火災(zāi)，運(yùn)用Pathfinder疏散評估軟件對站內(nèi)疏散的行為開展了一系列模擬，以研究當(dāng)站臺出現(xiàn)火情時人員的疏散安全。

2 研究對象概況

車站為重慶軌道交通4號線與軌道交通10號線的換乘車站，車站在鐵路重慶北站北廣場的下方。該車站與重慶北站北廣場及地下空間相結(jié)合設(shè)置。地下1，2層分別是集散大廳和車輛停車場；地下3層是軌道交通站廳、站廳層同層及通過中庭連通鐵路重慶北站，實(shí)現(xiàn)地鐵與鐵路的換乘。10號線垂直穿過鐵路站房，其軌行區(qū)在地下4層；4號線平行于鐵路站房，其軌行區(qū)位于地下5層，4號線和10號線十字換乘，屬于大型軌道交通換乘站。

地下2層的10號線部分為雙柱的島式站臺車站，車站規(guī)模為185 m×23 m。地下3層的4號線部分為單柱的島式站臺車站，車站規(guī)模189.6 m×23 m。兩條線路十字換乘。4號、10號線車站的總建筑面積為41 109 m2，車站4號、10號線部分共設(shè)置4組地面風(fēng)井。

車站設(shè)置2組共4部垂直電梯位于鐵路站房前(與國鐵共用)，連接站廳層、鐵路進(jìn)站層與地面廣場，無超長出入口。圖1和圖2分別是4號線站臺層與站廳層的平面圖。

根據(jù)車站CAD平面圖，運(yùn)用Pathfinder對該車站建模，以人員和疏散問題為基礎(chǔ)的前提下，對車站模型做了一些必要的簡化處理，具體如下：

1)由于模擬對象為乘客，因此建模區(qū)域主要為內(nèi)部站臺及站廳部分，對以外的設(shè)備及工作房間不做建模；由于4號線 與10號線的換乘樓扶梯不作為火災(zāi)情況下的疏散樓扶梯，故建模不考慮十字換乘平臺部分。

2)由于在建模區(qū)域內(nèi)座椅、垃圾箱及自動售貨機(jī)等設(shè)施所占面積相對模擬區(qū)域很小，在建模過程中忽略不計(jì)。

在Pathfinder軟件內(nèi)建出的與實(shí)際車站同尺寸的模型如圖3所示。

3 疏散參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 疏散人數(shù)

對于地鐵換乘車站，站內(nèi)的客流總量呈現(xiàn)出一個規(guī)律性變化，乘客僅將車站作為一個臨時過渡的空間，不會長時間的在車站內(nèi)停留，根據(jù)錄像中的人流量規(guī)律可知，車站內(nèi)的人數(shù)與進(jìn)出站的人數(shù)、列車停留時間以及間隔時間關(guān)系緊密。車站的這一特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)面積系數(shù)法并不適用于確定車站內(nèi)的人員分布情況。

在交通建筑中，通常使用“人流量法”來計(jì)算人員的數(shù)量，計(jì)算方法如下：

由于該地鐵站尚未投入使用，采用課題組前期實(shí)地調(diào)研重慶其他換乘車站的錄像分析得到乘客在站內(nèi)的停留時間和車站客流情況，如表1所示。

表1 地鐵換乘站停留時間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[9]

依據(jù)課題組前期研究[9]提出的利用進(jìn)站、出站、換乘客流計(jì)算列車間隔內(nèi)的車站內(nèi)待疏散總?cè)藬?shù)方法，計(jì)算得到該站總疏散人數(shù)約為：2 803×1.4=3 925人，列車間隔時間的總?cè)藬?shù)與站廳人數(shù)之差就是站臺總?cè)藬?shù)。疏散模擬模型中取站臺的人數(shù)為1 280人。

3.2 人員構(gòu)成

地鐵車站是交通建筑，多數(shù)情況是滿足人員出行需求，人員可簡單分為成年男性、成年女性、兒童以及老人。根據(jù)Pathfinder 所建議的數(shù)值以及問卷調(diào)查人群的比例，本疏散模型的人員構(gòu)成如表2所示。

表2 人員構(gòu)成

3.3 人員行為特性

Pathfinder人員模型行為特性里最重要的設(shè)置參數(shù)為疏散速度，成年男性、成年女性、兒童、老人的行走速度根據(jù)SFPE handbook及GB/T 33668—2017地鐵安全疏散規(guī)范選取，本文中人員的行走速度取值如表3所示。

表3 行走速度 m/s

4 疏散模型及結(jié)果分析

基于Pathfinder建出該換乘站內(nèi)的疏散模型，如圖3所示。4號線的站臺層共有兩部樓梯通往地下3層的站廳層。4號線的站臺通過換乘平臺至10號線再通向地下3層的樓扶梯不作為疏散。地下3層軌道站廳層有4個出入口連接地面，并且有兩部樓扶梯通向-1層的集散大廳，人員由4號線站臺層疏散到地下3層站廳層之后，會自主選擇最近的出口疏散。

模擬結(jié)果顯示，火災(zāi)在站臺層發(fā)生后190 s時，站臺上所有人均離開站臺，319 s后所有人均進(jìn)入站廳。疏散開始453 s時所有人員均已疏散至-1層通向地面的出口處，疏散完畢。

在地鐵建筑人員疏散時間的計(jì)算中，往往把火災(zāi)探測報警時間加上人員疏散響應(yīng)時間的總和設(shè)為1 min。疏散行動時間采用軟件仿真獲得的值，則必需的安全疏散時間是513 s，低于通過火災(zāi)模擬得出的可用安全疏散時間600 s。

5 通風(fēng)排煙模擬分析

根據(jù)設(shè)計(jì)的站臺層火災(zāi)場景，共設(shè)計(jì)了8個通風(fēng)排煙模擬方案，火源功率均設(shè)置為1.5MW。各不同通風(fēng)排煙情況下的模擬方案如表4所示，其中P1是站臺送風(fēng)排煙系統(tǒng)全部失效工況，該工況下樓扶梯口也沒有形成下行風(fēng)速，P2是站臺送風(fēng)排煙系統(tǒng)全部正常工作，且樓扶梯口形成下行風(fēng)速的情況，P3是考慮站臺送風(fēng)系統(tǒng)失效，但是排煙系統(tǒng)有效，樓扶梯口沒有下行風(fēng)速，P4是在P2的基礎(chǔ)上，考慮沒有樓扶梯口下行風(fēng)速的工況，P5是考慮站臺層送風(fēng)排煙全部失效，但是樓扶梯口設(shè)有下行風(fēng)速的工況，P6是只考慮站臺層排煙失效，送風(fēng)有效，樓扶梯口無下行風(fēng)速的情況，P7是在P6的基礎(chǔ)上，考慮了樓扶梯口有下行風(fēng)速的情況，P8是考慮了站臺層送風(fēng)系統(tǒng)失效，排煙有效且樓扶梯口有下行風(fēng)速的情況。有關(guān)通風(fēng)排煙模擬分析部分的內(nèi)容作者另文中詳述。

表4 通風(fēng)排煙模擬方案

模擬分析結(jié)果顯示，當(dāng)沒有形成樓扶梯口下行風(fēng)速時，即使站臺層有排煙和補(bǔ)風(fēng)(P4)，仍然不能很好的及時地將煙氣排出去，煙氣仍然會向樓扶梯口蔓延，而人員疏散只能通過兩樓扶梯口，所以無樓扶梯口下行風(fēng)速的所有方案均不利于疏散；在有樓扶梯口下行風(fēng)速，但是站臺層的排煙系統(tǒng)失效的情況下(P5,P7),煙氣會在下行風(fēng)的阻擋下，在站臺層蔓延，由于站臺煙氣沒有有效排除，煙氣層高度會很快降低到1.5 m以下，此種情況下也不能滿足人員的疏散安全。因而樓扶梯口有下行風(fēng)速，且站臺層排煙有效的情況，有利于疏散。即除P2,P8工況外，其余的工況均無法滿足該車站人員疏散的要求。模擬分析表明P5，P8可用的安全疏散時間為600 s?？捎冒踩枭r間大于Pathfinder模擬獲得的必需安全疏散時間，說明P5，P8兩個通風(fēng)排煙方案能保證疏散安全。

6 結(jié)論及建議

運(yùn)用Pathfinder疏散仿真軟件對樞紐站的人員逃生行為開展了一系列模擬，并與FDS模擬分析得到的不同排煙方案下的臨界達(dá)到危險的時間進(jìn)行了對比分析。根據(jù)以上分析，當(dāng)樓扶梯口有下行風(fēng)速，且站臺層有效排煙的情況，有利于疏散，可以延長可利用疏散時間。此外，地鐵樞紐站的消防設(shè)施對于人員疏散安全十分重要，應(yīng)當(dāng)注重其管理和維護(hù)。