石廣銀

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300308)

0 引言

近年來，地鐵建設(shè)在我國得到了前所未有的發(fā)展。截至2019年12月底，全國擁有軌道交通的城市達(dá)43座，運(yùn)營(yíng)線路達(dá)197條，運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)6 730.27 km。隨之而來的客流量也急劇增加，其中北京、上海、廣州的地鐵客流更為突出。2019年8月2日，北京軌道交通日客運(yùn)總量達(dá)1 303.95萬人、上海達(dá)1 259.6萬人、廣州達(dá)966.34萬人。客流的增加給地鐵運(yùn)營(yíng)帶來了諸多困境，特別是給地鐵防災(zāi)疏散帶來了巨大挑戰(zhàn)。地鐵車站存在人流密集，設(shè)備眾多，空間封閉、低矮、狹長(zhǎng)等不利于防災(zāi)的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救困難，社會(huì)影響大，損失不可預(yù)估[1]，如2003年韓國大邱地鐵火災(zāi)事件、2010年俄羅斯地鐵連環(huán)爆炸事件、2011年上海地鐵列車發(fā)生追尾事故[2]。因此，在地鐵車站設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)對(duì)地鐵疏散的精細(xì)化計(jì)算研究尤為重要。

在貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的地鐵防災(zāi)方針下，結(jié)合實(shí)際工程，利用現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)、數(shù)值模擬等手段對(duì)地鐵的疏散進(jìn)行多方面的研究和分析。劉棟棟等[3]對(duì)北京地區(qū)地鐵運(yùn)行時(shí)段乘客的組成，不同客流密度條件下不同設(shè)施的行走速度、乘客攜帶行李狀況等方面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀察及統(tǒng)計(jì)，并給出了數(shù)據(jù)模型，作為模擬計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 王春雪等[4]對(duì)不同運(yùn)行時(shí)段人群的年齡、攜帶行李情況、速度等特征進(jìn)行觀察記錄，根據(jù)各時(shí)段人群特征，對(duì)地鐵車站進(jìn)行Pathfinder疏散仿真建模分析，并提出不同時(shí)段的差異管理及疏散設(shè)施的瓶頸點(diǎn)； 吳桂慶[5]利用Pathfinder仿真軟件對(duì)北京地鐵4號(hào)線西單站進(jìn)行仿真分析，并提出優(yōu)化措施； 田濤[6]從正常使用、經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)6B地下3層島式標(biāo)準(zhǔn)站公共區(qū)布置進(jìn)行了研究。

以上研究對(duì)地鐵疏散中人員特征、疏散行為進(jìn)行了分析，為具體的站點(diǎn)疏散仿真分析提供了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，而在車站公共布置的設(shè)計(jì)中，更注重了車站的正常使用性、經(jīng)濟(jì)性，防災(zāi)設(shè)計(jì)僅按照規(guī)范進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算。然而，對(duì)于設(shè)置相同疏散設(shè)施的情況下，僅依靠規(guī)范計(jì)算無法對(duì)各方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析。本文結(jié)合12 m單柱島式站臺(tái)車站公共區(qū)布置的設(shè)計(jì)，利用Pathfinder模擬軟件對(duì)不同的方案及其工況進(jìn)行仿真模擬，以確定最優(yōu)方案，從而在設(shè)計(jì)源頭上消除防災(zāi)隱患。

1 地鐵防災(zāi)疏散設(shè)計(jì)方法

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算方法

目前，現(xiàn)行地鐵防災(zāi)疏散計(jì)算規(guī)范中，國內(nèi)應(yīng)用的主要規(guī)范為GB 50517—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]和GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》[8]，2個(gè)規(guī)范既有相同點(diǎn)，但也存在一定的差異。

1.1.1 現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算公式

根據(jù)GB 50517—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，車站站臺(tái)公共區(qū)的樓梯、自動(dòng)扶梯、出入口通道，應(yīng)滿足當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)6 min內(nèi)將遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)1列進(jìn)站列車所載的乘客及站臺(tái)上的候車人員全部撤離站臺(tái)到達(dá)安全區(qū)的要求[7]。提升高度不超過3層車站，計(jì)算公式為：

(1)

式中：Q1為遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)1列車的最大客流斷面流量，人；Q2為遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)站臺(tái)上的最大候車乘客，人；A1為1臺(tái)自動(dòng)扶梯的通過能力，人/(min·臺(tái))；A2為單位寬度疏散樓梯的通過能力，人/(min·m)；N為用作疏散的自動(dòng)扶梯的數(shù)量，臺(tái)；B為疏散樓梯的總寬度，m，每組樓梯的寬度應(yīng)按0.55 m的整倍數(shù)計(jì)算。

根據(jù)GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》，車站站臺(tái)至站廳或其他安全區(qū)域的疏散樓梯、自動(dòng)扶梯和疏散通道的通行能力，應(yīng)保證在遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)最大客流量和1列進(jìn)站列車所載的乘客及站臺(tái)上的候車人員能在4 min內(nèi)全部撤離站臺(tái)，并應(yīng)能在6 min內(nèi)全部疏散至站廳公共區(qū)或其他安全區(qū)域[8]。計(jì)算公式為：

(2)

除了對(duì)疏散時(shí)間進(jìn)行要求外，為保證乘客不在付費(fèi)區(qū)滯留，對(duì)付費(fèi)區(qū)和非付費(fèi)區(qū)之間的自動(dòng)檢票機(jī)和疏散門的通過能力進(jìn)行了要求，計(jì)算公式為：

A3+lA4≥0.9[A1(N-1)+A2B] 。

(3)

式中：A3為自動(dòng)檢票機(jī)門常開時(shí)的通過能力，人/min；A4為單位寬度疏散門的通過能力，人/(min·m)；l為疏散門的凈寬，m，按0.55 m的整倍數(shù)計(jì)算。

1.1.2 疏散公式的對(duì)比分析

從使用范圍、疏散客流、疏散設(shè)施能力、凈疏散時(shí)間要求上對(duì)GB 50517—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 疏散公式對(duì)比表

分析表1可知： 從使用范圍上，《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》的使用更為廣泛； 從計(jì)算方法上，《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中給出了車站設(shè)施疏散時(shí)間4 min的計(jì)算方法和在公共區(qū)付費(fèi)區(qū)和非付費(fèi)區(qū)之間的自動(dòng)檢票機(jī)和疏散門的通過能力計(jì)算公式，但未明確6 min內(nèi)全部疏散至站廳公共區(qū)或其他安全區(qū)域的計(jì)算方法。綜上分析，《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)疏散時(shí)間的要求更為嚴(yán)格，使用范圍更廣，但在設(shè)計(jì)中需要借助模擬等手段對(duì)6 min進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2 仿真模擬方法

Pathfinder是一款基于人員疏散和移動(dòng)模擬的仿真器，它為用戶提供了仿真模擬設(shè)計(jì)和運(yùn)行的圖形用戶界面，以及用于分析結(jié)果的2D和3D可視化工具[9]，可以利用工具進(jìn)行樓層、樓扶梯、障礙物等的模擬。在模擬方式上，通過 SFPE模式或Steering模式的行為模型來控制人員運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)行人設(shè)置不同的行為和屬性參數(shù)，獲取每個(gè)行人進(jìn)行同步跟蹤和車站設(shè)施在疏散中的應(yīng)用效率等數(shù)據(jù)，從而科學(xué)地分析人員疏散的相關(guān)數(shù)據(jù)，使得探究微觀層面的個(gè)體行為和宏觀模式之間的聯(lián)系成為可能，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)分析和研究。由于Steering 模式更接近現(xiàn)實(shí)，因此仿真過程中通常使用Steering模式。

2 車站公共區(qū)設(shè)置案例分析

2.1 車站基本概況

某8A地下車站的有效站臺(tái)長(zhǎng)度為186 m，公共區(qū)設(shè)置4組樓扶梯，站廳層公共長(zhǎng)度為119 m，其中付費(fèi)區(qū)長(zhǎng)度為80 m?；诳土?、功能、周邊制約因素、造價(jià)等多方面的分析，車站擬采用12 m單柱、柱間距為7.5 m島式站臺(tái)形式。車站公共區(qū)4組樓扶梯的布置形式可組合為如表2所示的3種方案。經(jīng)計(jì)算分析，各方案從正常使用功能上均能滿足乘客需求，但由于3種方案疏散設(shè)施相同，按照《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范公式計(jì)算，車站站臺(tái)—站廳樓扶梯疏散所需時(shí)間為3.15 min，滿足規(guī)范不大于4 min的要求。

表2 各方案公共區(qū)布置形式

方案布置中，雙扶并行的運(yùn)行模式為上、下行并行，與樓梯并行的扶梯運(yùn)行方式為上行。由于3種方案中樓扶梯設(shè)施相同，只是在站臺(tái)上的布置位置不同，因此，僅從樓扶梯疏散能力上無法判斷哪種方案對(duì)疏散更有利，哪種布置方式能夠滿足《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的6 min的要求。本文采用Pathfinder仿真軟件對(duì)3種方案不同火災(zāi)工況下的疏散時(shí)間、疏散路徑、樓梯設(shè)施應(yīng)用能力、疏散擁堵情況等進(jìn)行分析，從而確定最優(yōu)方案。

2.2 仿真參數(shù)的選取

2.2.1 模擬時(shí)段及反應(yīng)時(shí)間

工作日客流高峰時(shí)段，乘客在站臺(tái)上反應(yīng)和預(yù)動(dòng)作時(shí)間為30 s。

2.2.2 疏散設(shè)施數(shù)量

車站公共區(qū)內(nèi)共設(shè)置4組樓扶梯，站內(nèi)4組樓扶梯編號(hào)由左至右分別為第1、2、3、4組。按照規(guī)范，要求4組樓扶梯中所有樓梯均可用作疏散，即2部樓梯，每部寬2.5 m。站內(nèi)疏散扶梯數(shù)量按照《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求為疏散方向運(yùn)行的扶梯數(shù)量減1。本站中所有方案疏散方向的扶梯數(shù)量均為4部，扶梯寬度為1 m，運(yùn)行速度為0.65 m/s。按照折減1部上行扶梯，選取3部扶梯進(jìn)行模擬計(jì)算。由于上行扶梯的故障具有隨機(jī)性，因此按照每種方案不同上行扶梯停運(yùn)位置，則存在不同的疏散工況。車站站內(nèi)無障礙電梯不參與疏散。列車火災(zāi)工況下車站屏蔽門在疏散過程中全部打開，在構(gòu)造車站環(huán)境中不予考慮。站內(nèi)所有閘機(jī)、平開門及安檢門均可用于疏散。

2.2.3 疏散客流數(shù)量

按照《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》要求，疏散客流量為客流控制期車站候車人數(shù)+1列進(jìn)站列車乘客。以某站客流為例，控制期高峰小時(shí)上、下行進(jìn)站客流分別為3 344人和13 400人，車站斷面客流為26 620人，控制期行車對(duì)數(shù)為30對(duì)，客流高峰系數(shù)為1.2，則本站疏散客流為[(3 344+13 400)+26 620]/30×1.2=1 735人，仿真模擬采用在站臺(tái)上隨機(jī)分布。

2.2.4 客流屬性

根據(jù)線路特征，本線以通勤客流為主，參照文獻(xiàn)[3-4，10]，客流相關(guān)參數(shù)選取如下。

1)性別組成。根據(jù)客流調(diào)查，本模擬采用工作日高峰時(shí)段，男性占比54.3%，女性占比45.7%。其中，青年占比60%，中年占比30%，其他占比10%。

2)行走速度。根據(jù)客流調(diào)查，青年男性的行走速度為1.35 m/s，青年女性的行走速度為1.25 m/s，中年男性的行走速度為1.28 m/s，中年女性的行走速度為1.18 m/s，其他為1.1 m/s。

3)行人肩寬。根據(jù)客流調(diào)查，男性肩寬為45 cm，女性肩寬為41 cm，均設(shè)置為正態(tài)分布。

4)出入口數(shù)量。本站站廳層設(shè)置3個(gè)出入口，每個(gè)出入口的通道疏散凈寬為5 m。

2.3 仿真過程與分析

按照《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》，需考慮核減1部上行扶梯，垂直電梯不參與疏散。3種方案中，方案1和方案2均為對(duì)稱布置，因此方案1和方案2均有2種工況，即減去第1組上行扶梯和減去第2組上行扶梯； 對(duì)于方案3，根據(jù)減去疏散扶梯位置的不同有4種工況。各方案模擬工況如表3—5所示，均采用Pathfinder進(jìn)行模擬仿真分析。

表3 方案1模擬工況

表4 方案2模擬工況

2.3.1 方案1模擬分析

方案1公共區(qū)布置如圖1所示。本方案樓扶梯為對(duì)稱布置。在模擬時(shí)，工況1為第1組上行扶梯停運(yùn)，根據(jù)計(jì)算，最后一名乘客撤離站臺(tái)至站廳的時(shí)間為362 s； 工況2為第2組上行扶梯停運(yùn)，根據(jù)計(jì)算，最后一名乘客撤離站臺(tái)至站廳的時(shí)間為357 s。

根據(jù)樓扶梯在站臺(tái)的布置，車站每組扶梯理論上承擔(dān)疏散2節(jié)車廂范圍內(nèi)的客流。60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案1中工況1)如圖2所示。工況1第1組上行扶梯折減，根據(jù)站臺(tái)60 s時(shí)密度分布分析，站臺(tái)左側(cè)疏散客流需由第2組和第3組樓扶梯分擔(dān)，站臺(tái)上疏散點(diǎn)僅剩3個(gè)。站臺(tái)客流向中部聚集，乘客疏散距離增加，聚集過程中受到第1組扶梯處的影響，形成瓶頸，密度增加。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從站臺(tái)疏散至出入口平均擁堵時(shí)間為103.4 s，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間為294.3 s，連續(xù)最長(zhǎng)擁堵時(shí)間為251 s，進(jìn)一步延緩了乘客的疏散速度。

60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案1中工況2)如圖3所示。第2組中的上行扶梯折減，站臺(tái)上疏散點(diǎn)仍為4個(gè)，客流疏散相對(duì)分散。但由于第1組中扶梯的疏散能力有限，致使大量客流在第1組扶梯處形成擁堵。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從站臺(tái)疏散至出入口平均擁堵時(shí)間為111.2 s，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間為288.6 s，連續(xù)最長(zhǎng)擁堵時(shí)間為194.9 s，客流無法盡快分流至其他疏散樓梯處，導(dǎo)致疏散延緩。

從疏散時(shí)間上分析，2種工況疏散時(shí)間較長(zhǎng)，差異不大。從擁堵時(shí)間上分析，工況1只有3個(gè)疏散點(diǎn)，從乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間及連續(xù)最長(zhǎng)擁堵時(shí)間分析，工況1在站臺(tái)上形成集中區(qū)。從疏散客流數(shù)量上分析，工況1中，第1組和第2組扶梯疏散總?cè)藬?shù)為769人，工況2疏散總?cè)藬?shù)為805人，疏散人數(shù)提升4.6%。綜合分析疏散時(shí)間，在疏散點(diǎn)的分散度、疏散的距離以及樓扶梯設(shè)施的應(yīng)用方面，工況1均較工況2差，因此工況1，即第1組或第4組樓扶梯中的上行扶梯疏散時(shí)出現(xiàn)事故，為方案1乘客疏散的控制性工況。

2.3.2 方案2模擬分析

方案2公共區(qū)布置如圖4所示。本方案樓扶梯為對(duì)稱布置，按照防災(zāi)計(jì)算存在如下2種工況： 工況1為第1組上行扶梯停運(yùn)，最后一名乘客撤離站臺(tái)至站廳的疏散時(shí)間為319 s，工況2為第2組上行扶梯停運(yùn)，最后一名乘客撤離站臺(tái)至站廳的疏散時(shí)間為321 s。

圖1 方案1公共區(qū)布置圖

圖2 60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案1中工況1)(單位： 人/m2)

圖3 60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案1中工況2)(單位： 人/m2)

圖4 方案2公共區(qū)布置圖

60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案2中工況1)如圖5所示。可知，本工況有4個(gè)疏散點(diǎn)，疏散均勻，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從站臺(tái)疏散至出入口平均擁堵時(shí)間為88.7 s，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間為190.9 s，連續(xù)最長(zhǎng)擁堵時(shí)間為264.75 s。60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案2中工況2)如圖6所示。由于第2組上行扶梯停運(yùn)，下行扶梯不參與疏散，僅剩3個(gè)疏散點(diǎn)，客流不得不在第1組和第3組樓扶梯間重新分布，疏散距離增加，同時(shí)在第1組樓扶梯處形成擁堵。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從站臺(tái)疏散至出入口平均擁堵時(shí)間為88.4 s，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間為197.5 s，連續(xù)最長(zhǎng)擁堵時(shí)間為261.9 s。乘客擁堵時(shí)間較長(zhǎng)，疏散速度下降，疏散時(shí)間略有增加。

圖5 60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案2中工況1)(單位： 人/m2)

圖6 60 s時(shí)站臺(tái)密度分布(方案2中工況2)(單位： 人/m2)

方案2中工況1和工況2的樓扶梯使用云圖如圖7和圖8所示。第1組和第4組樓扶梯處吸引了主要疏散客流，當(dāng)工況2中部扶梯發(fā)生故障，由于距離第1組樓扶梯較近，中部左半邊部分客流會(huì)迅速聚集到第1組。根據(jù)模擬統(tǒng)計(jì)，工況1第1組和第2組扶梯疏散總?cè)藬?shù)為830人(其中扶梯疏散218人)，工況2疏散總?cè)藬?shù)為820人(其中扶梯疏散250人)，疏散總?cè)藬?shù)相當(dāng)。綜合分析，方案2中2種不同的工況疏散時(shí)間相當(dāng)，差異性較小。

2.3.3 方案3模擬分析

方案3各扶梯呈交替布置(如圖9所示)，根據(jù)疏散時(shí)疏散扶梯出現(xiàn)故障的可能性分布，方案3存在4種工況： 工況1為第1組上行扶梯停運(yùn)，工況2為第2組上行扶梯停運(yùn)，工況3為第3組上行扶梯停運(yùn)，工況4為第4組上行扶梯停運(yùn)。對(duì)每種工況下最后一名乘客撤離站臺(tái)至站廳的疏散時(shí)間進(jìn)行模擬分析，模擬結(jié)果如表6所示。

圖7 樓扶梯使用云圖(方案2中工況1)(單位： 人)

圖8 樓扶梯使用云圖(方案2中工況2)(單位： 人)

圖9 方案3公共區(qū)布置圖

表6 方案3各工況疏散時(shí)間

從布置形式上分析，方案3是方案1和方案2的結(jié)合體。對(duì)比方案2與方案3左半部分樓扶梯布置，第1組和第2組布置完全相同，不同的是第3組和第4組相互交換了位置。從模擬結(jié)果分析，第1組和第2組扶梯停運(yùn)的工況與方案2相近。對(duì)比方案3與方案1右半部分樓扶梯布置，第3組和第4組布置完全相同，對(duì)于方案3，從理論上分析，疏散時(shí)間與方案1相近。結(jié)合對(duì)方案2的分析，車站左半部采用樓扶梯+雙扶的布置形式更有利于疏散。

從擁堵時(shí)間上分析，4種工況中，工況3情況下乘客的平均擁堵時(shí)間最短，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間居中，但總的疏散時(shí)間較長(zhǎng)。通過對(duì)站臺(tái)右側(cè)乘客疏散路徑(如圖10所示)的分析，由于在第4組扶梯處擁堵，致使客流自我調(diào)整，疏散路徑增加，雖然擁堵較少，但疏散時(shí)間增加。

圖10 疏散客流流線圖

通過對(duì)以上4種工況的分析可知，采用交替布置的形式，不同工況下疏散時(shí)間最短為321 s，最長(zhǎng)為345 s，疏散時(shí)間最大差異達(dá)7.5%，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間差異達(dá)50 s，車站疏散方案穩(wěn)定性差。

2.3.4 各方案對(duì)比分析

從疏散時(shí)間上分析，方案1最不利工況為第1組上行扶梯出現(xiàn)故障，疏散時(shí)間為362 s； 方案2最不利工況為第1組上行扶梯出現(xiàn)故障，疏散時(shí)間為321 s； 方案3最不利工況為第4組上行扶梯出現(xiàn)故障，疏散時(shí)間為345 s。從車站疏散時(shí)間的角度分析，方案2的疏散時(shí)間最短。

從疏散時(shí)間的差異性分析，對(duì)稱布置的方案1與方案2的差異性較小，交替布置的差異性較大，最大差異達(dá)到7.5%。

從擁堵時(shí)間上分析，方案2平均擁堵時(shí)間為88.4 s，乘客擁堵最長(zhǎng)時(shí)間為197.5 s，連續(xù)最長(zhǎng)擁堵時(shí)間為261.9 s，在各方案中擁堵時(shí)間較短，且各工況擁堵時(shí)間差異較小。

從樓扶梯設(shè)施應(yīng)用情況分析，車站的樓梯寬度較大，更利于吸引疏散客流，在疏散中發(fā)揮著巨大的作用；相反，扶梯凈寬僅為1 m時(shí)，在客流極度擁擠的情況下不利于乘客疏散。

綜合以上對(duì)疏散時(shí)間的差異度、乘客擁堵時(shí)間、樓梯事故狀態(tài)下的使用情況等方面的模擬分析，采用方案2，即樓扶梯+雙扶+垂梯+雙扶+樓扶梯的布置形式為12 m單柱公共區(qū)布置的優(yōu)選方案。

2.3.5 站臺(tái)公共區(qū)不同著火點(diǎn)對(duì)疏散的影響分析

發(fā)生火災(zāi)情況下，火災(zāi)的危害性主要體現(xiàn)在煙氣毒害、高溫危害及低能見度危害3方面[11]。為進(jìn)一步分析站臺(tái)層公共區(qū)不同火災(zāi)地點(diǎn)對(duì)疏散的影響，采用FDS軟件對(duì)3種方案分別進(jìn)行3個(gè)不同火災(zāi)地點(diǎn)的煙氣模擬分析，經(jīng)對(duì)不同方案60 s中部著火煙氣擴(kuò)散對(duì)比分析，3種方案的樓扶梯布置位置基本一致，樓扶梯寬度差異較小，3種布置形式對(duì)煙氣的流動(dòng)影響差異較小。因此，選取最優(yōu)方案2中工況2的車站三維模型[12-13](如圖11所示)，對(duì)站臺(tái)層公共區(qū)進(jìn)行3個(gè)不同火災(zāi)地點(diǎn)，即位置1站臺(tái)中部、位置2站臺(tái)端部、位置3軌行區(qū)車輛進(jìn)行模擬分析，如圖12所示。其中位置1和位置2按照乘客行李著火模擬熱源釋放速率設(shè)定為2 MW/m2，位置3車輛火災(zāi)按照列車著火熱源釋放速率設(shè)定為10 MW/m2。站臺(tái)層公共區(qū)為1個(gè)防煙分區(qū)，排煙量按1 m3/(m2·min)[7]，同時(shí)保證疏散樓梯的風(fēng)速為1.5 m/s[14-15]。經(jīng)過模擬分析，將模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pathfinder，模擬分析60 s內(nèi)站臺(tái)層公共區(qū)煙氣流動(dòng)分布、能見度、溫度上升及擴(kuò)散情況，進(jìn)而分析對(duì)疏散的影響。

圖11 FDS三維模型

圖12 模擬火災(zāi)點(diǎn)

不同火災(zāi)點(diǎn)60 s煙氣擴(kuò)散見圖13。站臺(tái)層的縱向樓扶梯對(duì)煙氣的分隔起到了較大的作用。站臺(tái)中部(位置1)煙氣主要受到中部樓扶梯的影響，在排煙風(fēng)機(jī)的作用下，發(fā)展趨勢(shì)主要控制在站臺(tái)中部區(qū)域，疏散期間煙氣對(duì)兩端樓扶梯影響較小。同樣，站臺(tái)端部(位置2)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣主要受到端部1組樓梯的影響，在排煙風(fēng)機(jī)及擋煙垂壁的影響下，樓扶梯口部的新風(fēng)得到補(bǔ)給，煙氣得到有效隔斷。當(dāng)軌行區(qū)列車(位置3)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣的傳播路徑主要為著火點(diǎn)—列車車廂—各站臺(tái)門—站臺(tái)，煙氣擴(kuò)散速度較快，對(duì)站臺(tái)影響較大。

不同火災(zāi)點(diǎn)60 s溫度擴(kuò)散見圖14。高溫?zé)煔獾臄U(kuò)散致使站臺(tái)層溫度升高，與煙氣蔓延一致的位置1和位置2處煙氣分別集中在中部和端部。根據(jù)模擬，隨著排煙風(fēng)機(jī)的作用以及新風(fēng)的引入，站臺(tái)層溫度升高較慢，對(duì)疏散影響較小。位置3中，由于列車及屏蔽門的影響，車站初期溫度上升較慢，但發(fā)展較快，且影響整個(gè)站臺(tái)，對(duì)疏散影響較大。因此，在列車火災(zāi)進(jìn)站的情況下，應(yīng)加大軌行區(qū)的排煙，避免煙氣的快速擴(kuò)散。

圖13 不同火災(zāi)點(diǎn)60 s煙氣擴(kuò)散(單位： m)

圖14 不同火災(zāi)點(diǎn)60 s溫度擴(kuò)散(單位： ℃)

2.3.6 閘機(jī)平開門布置仿真分析

站廳共設(shè)置閘機(jī)32組，1.2 m平開門4處，兩側(cè)各設(shè)置安檢機(jī)1組?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》和《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中均對(duì)付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)之間閘機(jī)及平開門的通行能力提出了要求，經(jīng)計(jì)算，閘機(jī)及平開門的疏散能力大于各工況的樓扶梯的疏散能力，滿足要求。但由于乘客在疏散中存在恐慌、從眾、盲從等行為[10]，僅僅滿足能力是不夠的。因此，本文基于方案2的布置形式，對(duì)站廳層公共區(qū)閘機(jī)、平開門出入口的疏散進(jìn)行模擬分析。

閘機(jī)平開門使用云圖如圖15所示。疏散客流在實(shí)際疏散時(shí)的分布并不均勻，乘客更傾向于更近的疏散路線，致使在中部設(shè)置的閘機(jī)以及偏離疏散路線的閘機(jī)使用率極低。在同樣位置的閘機(jī)中，疏散乘客更傾向于寬的閘機(jī)通道。平開門與閘機(jī)相比，同樣條件下乘客更傾向于使用平開門疏散。模擬中4個(gè)平開門的疏散總客流達(dá)880人，超過總疏散人數(shù)的50%。平開門疏散人員圖如圖16所示。由于平開門2前方疏散通道較窄，對(duì)乘客吸引較弱，以至于在圖16中無法顯現(xiàn)。

經(jīng)以上模擬分析，付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)之間的平開門在疏散中起到了至關(guān)重要的作用。平開門應(yīng)盡量設(shè)置在乘客疏散流線上以及樓梯等疏散能力較強(qiáng)的部位，并應(yīng)預(yù)留足夠的乘客緩沖空間。閘機(jī)可結(jié)合正常使用狀態(tài)設(shè)置，兼顧火災(zāi)疏散功能，有條件的宜多設(shè)置寬閘機(jī)，以提高站廳層公共區(qū)的疏散能力。

圖15 閘機(jī)平開門使用云圖(單位： 人)

圖16 平開門疏散人員圖

3 結(jié)論與建議

結(jié)合現(xiàn)行的《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中的防災(zāi)設(shè)計(jì)要求，采用Pathfinder對(duì)12 m單柱島式站臺(tái)多種樓扶梯布置方案的不同工況進(jìn)行模擬分析，并導(dǎo)入FDS數(shù)據(jù)分析不同火災(zāi)點(diǎn)煙氣擴(kuò)散、能見度以及溫度對(duì)疏散的影響，得出以下結(jié)論和建議。

1)車站公共區(qū)設(shè)計(jì)多方案比選時(shí)，采用Pathfinder等軟件模擬有利于比選決策和方案優(yōu)化，但受疏散人員的行為、疏散距離、人流密度等多方面的影響，模擬時(shí)間比規(guī)范計(jì)算時(shí)間偏長(zhǎng)。

2)經(jīng)模擬對(duì)比分析，12 m單柱布置采用樓扶梯+雙扶+垂梯+雙扶+樓扶梯的布置形式，在滿足正常使用狀態(tài)的情況下，疏散時(shí)間較短，且疏散方案穩(wěn)定。

3)從不同火災(zāi)位置分析，站臺(tái)樓扶梯對(duì)煙氣流動(dòng)、溫度上升有較大的阻隔作用，可為遠(yuǎn)離火災(zāi)點(diǎn)的樓扶梯提供寶貴的疏散時(shí)機(jī)。

4)從疏散中乘客使用設(shè)施分析，乘客更傾向于使用樓梯疏散，在設(shè)計(jì)有條件的情況下應(yīng)增加樓梯的寬度和數(shù)量。

5)站廳層公共區(qū)疏散平開門在疏散中起到重要的作用，疏散乘客比例大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分分析疏散流線，將其設(shè)置在乘客疏散流線上，便于乘客疏散。

在仿真分析中，火災(zāi)模型及參與疏散人員的特征參數(shù)缺乏實(shí)際疏散驗(yàn)證，為保證仿真分析更貼合實(shí)際，建議通過典型火災(zāi)試驗(yàn)建立適合軌道交通的火災(zāi)模型數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，通過疏散演練等對(duì)疏散人員的行為、疏散特征參數(shù)進(jìn)行深入研究統(tǒng)計(jì)分析，以期為后續(xù)仿真分析提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。