文/李寶玉、羅振興

1 前言

地下空間由于建筑環(huán)境較為密閉，一旦發(fā)生火災(zāi)事故人員逃生相對困難；特別是地下軌道交通空間，由于人員密集，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，更是會(huì)造成大量的人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì)給國家的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定帶來負(fù)面影響，因此研究火災(zāi)擾動(dòng)下地下空間的人員疏散規(guī)律對于應(yīng)對突發(fā)事件、提高應(yīng)急管理水平具有重要意義。近幾年，范維澄、袁亮、張和平、李家春等知名學(xué)者就地下空間火災(zāi)的相關(guān)議題進(jìn)行了深入研究和討論，對我國地下空間火災(zāi)研究的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用，同時(shí)也為我國未來地下空間安全狀況的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

本文以地鐵車站為例，地鐵車站屬于地下建筑，因其建筑特點(diǎn)以及火災(zāi)特性，一旦發(fā)生火災(zāi)就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此，在火災(zāi)事故發(fā)生后，首先要將乘客人員快速安全地疏散到安全區(qū)域，保證人員的人身安全；同時(shí)，車廂內(nèi)的乘客應(yīng)立即有序下車到站臺(tái)，站臺(tái)上的工作人員組織站臺(tái)與車廂乘客通過扶梯、樓梯等疏散通道前往售票大廳，疏散人群，通過檢票機(jī)和走廊通道通向地鐵入口來到地面，方可暫時(shí)安全。另外，由于火災(zāi)現(xiàn)場逃生演練的難操作性和局限性，計(jì)算機(jī)軟件模擬一直都是備受青睞的疏散研究手段。

2 Pathfinder 軟件

Pathfinder 疏散模擬軟件的人員運(yùn)動(dòng)模式包括SFPE 模式和Steering 模式。SFPE 模式是一個(gè)流動(dòng)模型，它將人員行走距離作為路徑選擇的主要依據(jù)，通過每個(gè)房間的人員密度確定人員行為和運(yùn)動(dòng)速度[2]。在該模式中，人員的行為不會(huì)相互影響。而在Steering 模式中，在人員之間的距離和最近點(diǎn)的路徑超過某一閾值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的路徑以適應(yīng)新的形勢[3]。

3 模擬環(huán)境構(gòu)建

3.1 建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境

本次疏散模擬為換乘雙島式地鐵站，地下一層為站廳層，有5 個(gè)主要出口，南北兩側(cè)分別有通向地面的樓梯出口A 和B，站廳層西側(cè)有三個(gè)出口a、b、c。地下二層是站臺(tái)層，有4 列車道，2 個(gè)島式站臺(tái)。2 個(gè)站臺(tái)的中間分別設(shè)置3 座通向站廳層的樓梯，南北兩側(cè)的4 座樓梯旁、中間兩座樓梯的兩側(cè)分別設(shè)有1 座自動(dòng)扶梯。

地鐵站臺(tái)長度為140m，寬度為12m，站廳層與站臺(tái)層之間的高度為6m。每個(gè)站臺(tái)中間三座樓梯的長度為12m，寬度為5m，樓梯中間有兩個(gè)過渡平臺(tái)，高度分別為2m 和4m，長為1.5m，寬為3.5m，同時(shí)將自動(dòng)扶梯看作是有效寬度為1m 的樓梯。連接站臺(tái)層與站廳層的六座樓梯從左到右分別為stair A、stair B、stair C、stair D、stair E、stair F。為簡化模擬，將站廳層兩側(cè)通向地面的樓梯和自動(dòng)扶梯設(shè)置為安全出口。地鐵站局部剖面圖，如圖1 所示。

圖1 地鐵站局部剖面圖

3.2 疏散人員環(huán)境

設(shè)高峰期人流量為3.39 萬人次/小時(shí)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范地鐵人員在緊急情況下完成疏散的時(shí)間為6min，故設(shè)在模擬過程中人員的數(shù)量為高峰期的6min 內(nèi)客流量，總?cè)藬?shù)約為3390 人。在模擬過程中，人員的平均肩寬根據(jù)前文亞洲人的平均肩寬可設(shè)置為0.45m，人員之間的緩沖區(qū)域設(shè)置為0.6m，行人空間為0.87m2/人，因此結(jié)合站廳層與站臺(tái)層的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及地鐵站內(nèi)人員的實(shí)際分布狀況可設(shè)站廳層人數(shù)為1090 人，站臺(tái)層人數(shù)為500 人，列車車廂、地鐵車廂內(nèi)人數(shù)為1800 人（設(shè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)站臺(tái)?？績闪械罔F）。另外，疏散人員的年齡比例如表1 所示。

表1 不同性別、年齡疏散人員所占百分比（%）

不同年齡、性別的人員，其反應(yīng)時(shí)間、身材尺寸、行走速度等也不同，不同年齡和性別的人員移動(dòng)速度如表2 所示。

表2 乘客的行走速度（m/s）

綜上，將不同性別和不同年齡、不同性別和不同行走速度的人員各設(shè)為10 個(gè)類別，隨機(jī)分布于站廳層和站臺(tái)層。

4 疏散模擬結(jié)果分析

假設(shè)地鐵站中一側(cè)站臺(tái)內(nèi)起火，則該站臺(tái)與站臺(tái)?？寇噹麅?nèi)的人員立即疏散，其疏散延遲時(shí)間為0s；而另一側(cè)地鐵站臺(tái)及列車上乘客經(jīng)2s 反應(yīng)后開始進(jìn)行疏散，其疏散延遲時(shí)間為2s；站廳層的乘客則經(jīng)過更長一段時(shí)間來反應(yīng)疏散，故站廳層乘客的疏散延遲時(shí)間設(shè)為4s[4]。

模擬疏散結(jié)果顯示：疏散總時(shí)間為201.5s，疏散總?cè)藬?shù)為3390 人，滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中對于6min 內(nèi)疏散所有人員的設(shè)計(jì)要求。通過對疏散結(jié)果進(jìn)行分析可知：

4.1 大部分疏散人員的行走路徑不具有自主性，基本呈現(xiàn)“隨波逐流”的狀態(tài)，站內(nèi)疏散人員疏散出口的選擇基本遵循就近原則。

4.2 0s～27s，隨著列車內(nèi)人員的不斷疏散，站臺(tái)上的人員數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)上升的態(tài)勢，再加上站臺(tái)內(nèi)原有的大量疏散人員，使得列車出口處擁擠度大大增加，從而導(dǎo)致列車出口處的疏散能力明顯降低；與此同時(shí)，站廳層人員數(shù)量由原本的不斷下降變?yōu)樾》厣以谥蟮囊环侄噻妰?nèi)人員數(shù)量始終穩(wěn)定在一定數(shù)值，此時(shí)進(jìn)出站廳層的人流量達(dá)到了一個(gè)平衡，如圖2 所示。

圖2 站臺(tái)層與站廳層的疏散人員數(shù)量變化情況圖

4.3 站層內(nèi)的各樓梯人員疏散能力有很大差異，四座寬度較寬的樓梯stair A、stair B、stair E 和stair F 疏散時(shí)每秒最大通行量為70～80 人，出入口通過人流量約為4～5pers/s；而對于寬度較窄的stair C 和stair D 疏散時(shí)每秒最大通行量為30～40 人，出入口通過流量約為2per/s，可見樓梯的寬度直接影響人員的疏散速度與時(shí)間[5]。各個(gè)樓梯的疏散人員數(shù)量變化情況，如圖3 所示。

圖3 各個(gè)樓梯的疏散人員數(shù)量變化情況圖

5 結(jié)語

本文建立了某地鐵站的建筑結(jié)構(gòu)模型和人員特性模型，利用疏散模擬軟件Pathfinder 模擬地鐵站著火點(diǎn)時(shí)地鐵火災(zāi)人員的疏散情況，得出了車站整體及部分建筑疏散結(jié)構(gòu)的疏散結(jié)果相關(guān)數(shù)據(jù)展示圖，并通過對模擬結(jié)果的總結(jié)與分析得到了以下幾個(gè)與人員疏散有密切關(guān)系的因素。

5.1 站內(nèi)人員數(shù)量

站內(nèi)的人員總數(shù)會(huì)直接關(guān)系到人員疏散的情況，當(dāng)?shù)罔F站內(nèi)的總?cè)藬?shù)達(dá)到一定的臨界值時(shí)，密集的人員環(huán)境就會(huì)嚴(yán)重影響人員的行為與流動(dòng)。在這種狀態(tài)下發(fā)生突發(fā)事件需要緊急疏散時(shí)，人員疏散的情況要比往常環(huán)境中更為困難和復(fù)雜。許多群死群傷的事故都是因?yàn)槭鹿拾l(fā)生在人員密集的區(qū)域，但無法按預(yù)期正常進(jìn)行疏散。

5.2 疏散人員的反應(yīng)時(shí)間

在實(shí)際疏散過程中，不同區(qū)域的人群會(huì)有不同的反應(yīng)時(shí)間。在地鐵火災(zāi)這種緊急情況下，人員疏散反應(yīng)的時(shí)間越長，人員的人身安全就多一分危險(xiǎn)。雖然在模擬過程中人員整體的疏散時(shí)間滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中6min 的要求時(shí)間，但是在實(shí)際疏散中存在許多不定影響因素，會(huì)拖慢人員的疏散速度，并且在地鐵站這種地下封閉環(huán)境中煙氣的流動(dòng)也是相當(dāng)迅速。當(dāng)火勢無法撲滅時(shí)，產(chǎn)生的煙氣會(huì)在短短幾分鐘內(nèi)便充斥整個(gè)地鐵站，對人員的疏散造成極其不利的影響，因此我們應(yīng)節(jié)省疏散過程中每一分、每一秒，盡可能最大限度地保證人員的人身安全。

5.3 各疏散通道、出口的寬度

疏散樓梯、疏散通道和出口的寬度同樣對人員的疏散有極大地影響，對于站臺(tái)層人員而言，樓層間樓梯的疏散能力直接決定了人員疏散的速度與時(shí)間。相對來說，樓梯寬度較寬的階梯疏散能力更強(qiáng)，然而疏散樓梯的寬度不可無限延長，不考慮建筑結(jié)構(gòu)方面的因素，當(dāng)樓梯寬度延伸到一定距離時(shí)，樓梯中不可能設(shè)置多個(gè)扶手欄，而當(dāng)某些位置附近無扶手、扶欄時(shí)，疏散過程中由于人群的擁擠很容易使人員在上樓梯的過程中失去平衡摔倒，進(jìn)而導(dǎo)致踩踏事件發(fā)生，使人員處于更加危險(xiǎn)的環(huán)境中。因此，樓梯寬度應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，使其疏散能力處于最佳狀態(tài)。同理，站廳層的疏散出口也不可無故擴(kuò)寬，應(yīng)保持在最佳疏散能力范圍的尺寸內(nèi)。

5.4 疏散出口、樓梯口的位置

從模擬的結(jié)果中可以看出，一般人員在疏散過程中都采用就近原則進(jìn)行疏散；尤其對于站臺(tái)層人員，在緊急從站臺(tái)疏散到站廳中時(shí)，由于人員的心理原因，其一般都會(huì)選擇視野內(nèi)可見的最近疏散出口進(jìn)行疏散，從而忽略身后或其他更為有利疏散的疏散通道。因此，站廳層的疏散口位置應(yīng)設(shè)立的較為明顯，且均勻分布在站廳層的結(jié)構(gòu)建筑中，同時(shí)站臺(tái)至站廳樓梯出口的位置應(yīng)盡量接近站廳層的疏散出口處，以便人員安全疏散。

此外，在本次的疏散模擬過程中還有一些問題需要進(jìn)一步討論：如在使用pathfinder 軟件進(jìn)行模擬時(shí)，只是將人作為一個(gè)個(gè)質(zhì)點(diǎn)看待，不考慮在疏散過程中人員的心理情緒等對疏散的影響，因此模擬過程與現(xiàn)實(shí)有所差異。