劉鑫

摘要：隨著當(dāng)前我國(guó)地鐵建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，各大城市的地鐵車(chē)站紛紛投入使用，方便了人們的生活和工作。但是地鐵車(chē)站作為人員聚集的區(qū)域，一旦發(fā)生火災(zāi)所帶來(lái)的后果是比較嚴(yán)重的，為了避免火災(zāi)發(fā)生造成損失，以及最大程度降低人員傷亡，通過(guò)仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用對(duì)人員疏散狀況進(jìn)行分析，可以為實(shí)際地鐵車(chē)站火災(zāi)以及人員疏散的優(yōu)化應(yīng)對(duì)提供依據(jù)。本文首先對(duì)地鐵車(chē)站火災(zāi)發(fā)生的特征以及對(duì)人員疏散的影響進(jìn)行分析，然后就火災(zāi)和人員疏散仿真模擬技術(shù)的發(fā)展詳細(xì)探究，希望能從理論層面就地鐵車(chē)站火災(zāi)以及人員疏散仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用研究，進(jìn)一步深化了解仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)站;人員疏散;仿真模擬技術(shù)

1 引言

地鐵車(chē)站是人流量大，密集度高的區(qū)域，是城市基礎(chǔ)設(shè)施中比較重要的內(nèi)容，當(dāng)前的各大城市地鐵的客流量比地面公共汽車(chē)高幾倍。從人流量大以及作為重要的中轉(zhuǎn)站的角度進(jìn)行分析來(lái)看，一旦出現(xiàn)火災(zāi)很容易造成人員傷亡，所以人員疏散效率的提高就顯得比較重要，需要通過(guò)仿真模擬技術(shù)加以科學(xué)運(yùn)用，對(duì)人員疏散的狀況進(jìn)行闡釋。

2 地鐵車(chē)站火災(zāi)發(fā)生的特征以及對(duì)人員疏散的影響

2.1地鐵車(chē)站火災(zāi)發(fā)生的特征

地鐵車(chē)站火災(zāi)發(fā)生有著鮮明的特征，地鐵是城市交通比較重要的人員輸送力量，地鐵的內(nèi)部空間比較大，但只有較少的通風(fēng)井和車(chē)站出入口與外界連接，疏散的通道也比較狹長(zhǎng)，并且出入口的布局都比較類(lèi)似，這就使得火災(zāi)一旦發(fā)生，蔓延速度極快，這對(duì)人員的疏散也會(huì)增加很大的難度[1]。地鐵事故中火災(zāi)的發(fā)生率比較高，所造成的事故災(zāi)害也是最為嚴(yán)重的，從其火災(zāi)發(fā)生的特點(diǎn)來(lái)看體現(xiàn)在幾點(diǎn)：

其一，煙大，溫高，易擴(kuò)散。由于地鐵的空間特殊性，通風(fēng)口比較少，火災(zāi)發(fā)生后大量的煙氣以及熱量不能有效擴(kuò)散，這樣就比較容易在短期內(nèi)充滿整個(gè)地下空間，煙氣的擴(kuò)散方向也會(huì)和人員的疏散方向一致，增加了人員疏散的難度。

其二，火勢(shì)蔓延速度快。地下空間中的氧含量是不足的，所以在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候會(huì)存在不完全燃燒，空間中的一氧化碳在高溫下隨著煙氣擴(kuò)大，新的空氣在補(bǔ)進(jìn)之后就容易出現(xiàn)新的燃燒，所以在火勢(shì)方面容易發(fā)生擴(kuò)大以及蔓延[2]?；馂?zāi)發(fā)生后，在車(chē)廂中的火災(zāi)溫度上升的速度極快，有限空間的體積容易發(fā)生膨脹的狀況，壓強(qiáng)在增加的時(shí)候就容易出現(xiàn)轟燃。

其三，滅火救援比較有難度。由于地鐵的空間是相對(duì)封閉的，所以在進(jìn)行滅火救援的時(shí)候就會(huì)存在很大的難度?；馂?zāi)發(fā)生產(chǎn)生的濃煙對(duì)起火點(diǎn)的確定會(huì)存在很大的難度，工作人員在火災(zāi)救援的時(shí)候有著諸多不便。高溫以及熱輻射會(huì)使得救援人員很難進(jìn)入到起火點(diǎn)的范圍，造成了火災(zāi)救援時(shí)間長(zhǎng)以及效率低的問(wèn)題。

2.2地鐵車(chē)站火災(zāi)對(duì)人員疏散的影響分析

近些年我國(guó)地鐵建設(shè)的速度加快，地鐵在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中火災(zāi)的事件也偶有發(fā)生，這對(duì)乘車(chē)人員的安全造成了很大的威脅，地鐵車(chē)站火災(zāi)發(fā)生后對(duì)人員疏散產(chǎn)生的影響是比較大的。在正常的情況下人員所使用的平均疏散時(shí)間比火災(zāi)下用的時(shí)間長(zhǎng)，人員的速度是重要的影響因素，每個(gè)人都想要及早的脫離危險(xiǎn)的環(huán)境，這就使得前進(jìn)的速度加快，火災(zāi)沒(méi)有達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)候，對(duì)人員的疏散影響是不明顯的，其他設(shè)施管理都正常的時(shí)候，車(chē)站在正常狀況下疏散相應(yīng)數(shù)量人員需要的時(shí)間，能夠作為火災(zāi)下疏散相同數(shù)量人員需要時(shí)間的參考[3]。火源的強(qiáng)度不同對(duì)疏散產(chǎn)生的影響也是不同的，火災(zāi)發(fā)生速率需要對(duì)可燃物以及材料和墻等進(jìn)行充分的考慮，地鐵的火災(zāi)場(chǎng)景當(dāng)中采用的大多是5-50MW火災(zāi)熱釋放的速度，地鐵列車(chē)內(nèi)起火通常是采取10MW，可移動(dòng)的是采用5MW，火源的強(qiáng)度在達(dá)到10MW的時(shí)候需要疏散的時(shí)間就要比5MW需要的時(shí)間長(zhǎng)，火勢(shì)越大對(duì)人員的疏散產(chǎn)生的不利影響也是越大的，需要的疏散時(shí)間就相對(duì)比較長(zhǎng)。除此之外，地鐵中的樓梯寬度因素也會(huì)影響人員的疏散效果，以及出口條件因素也會(huì)影響人員的疏散，自動(dòng)檢票閘機(jī)對(duì)人員疏散的影響也比較大[4]。

3 地鐵車(chē)站火災(zāi)和人員疏散仿真模擬技術(shù)發(fā)展

3.1仿真模擬技術(shù)發(fā)展

地鐵車(chē)站火災(zāi)和人員疏散仿真模擬技術(shù)的研究愈來(lái)愈深入，當(dāng)前在地鐵車(chē)站火災(zāi)煙氣流動(dòng)的規(guī)律以及控制研究的方法上有①現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn);②CFD數(shù)值模擬;③比例模型試驗(yàn)。相關(guān)的研究都有利于地鐵車(chē)站以及區(qū)間設(shè)計(jì)參考?，F(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)以及比例模型的試驗(yàn)就地鐵車(chē)站火災(zāi)有著化學(xué)反應(yīng)等模擬，就要比較多的人力物力的投入，并且也只能進(jìn)行局部的測(cè)定，不能對(duì)整體建筑火災(zāi)過(guò)程進(jìn)行再現(xiàn)。通過(guò)CFD火災(zāi)數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用和數(shù)值分析以及傳熱學(xué)等諸多的理論進(jìn)行結(jié)合起來(lái)運(yùn)用，可以對(duì)火災(zāi)科學(xué)研究起到積極作用。

火災(zāi)煙氣流動(dòng)計(jì)算模擬的方法是多樣的，其中的①區(qū)域模擬;②網(wǎng)絡(luò)模擬;③場(chǎng)模擬是比較重要的類(lèi)型，每個(gè)模擬的方法都對(duì)應(yīng)著不同場(chǎng)合。區(qū)域模擬是對(duì)單房間的諸多參數(shù)均勻控制體，求解方程的方式獲得控制體參數(shù)隨時(shí)間變化，計(jì)算量實(shí)際比較小，顯然對(duì)地鐵車(chē)站這一狹長(zhǎng)建筑是不適合的[5]。而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模擬的方法應(yīng)用是把整個(gè)建筑為一系統(tǒng)，每個(gè)房間是控制體，這樣的方法應(yīng)用精度相對(duì)比較低，能夠就多房間以及計(jì)算距離起火房間遠(yuǎn)區(qū)域狀況。最后場(chǎng)模擬的方法應(yīng)用主要是通過(guò)對(duì)區(qū)間劃分控制體的計(jì)算，對(duì)內(nèi)部參數(shù)變化進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于建筑類(lèi)型多以及實(shí)用性強(qiáng)的比較適合。對(duì)于地鐵車(chē)站火災(zāi)發(fā)生不同火災(zāi)的煙氣流動(dòng)計(jì)算模擬方法所對(duì)應(yīng)的CFD模擬軟件，主要有以下的內(nèi)容，如下表1所示。

表1 不同火災(zāi)煙氣流動(dòng)數(shù)值模擬軟件類(lèi)型

3.2仿真模擬建模的不足

從仿真模擬建模的不足之處來(lái)看，主要是由在近似算計(jì)軟件技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展下，相應(yīng)軟件的應(yīng)用不足之處愈來(lái)愈突出。如FDS火災(zāi)模擬的軟件應(yīng)用過(guò)程中，整體效果不強(qiáng)，對(duì)于建筑模型當(dāng)中每個(gè)房間都要明確輸入模型三維數(shù)據(jù)，而地鐵車(chē)站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較多，有著諸多層次，屬于多層的建筑，在不斷重復(fù)輸入XYZ數(shù)據(jù)的頻繁度比較大，而樓梯臺(tái)階層級(jí)多的模型，要多次坐標(biāo)輸入，在這一軟件的模型構(gòu)建圖形方面有著一定的限制，方便性方面不是很好。建模按鈕數(shù)量以及形狀因素的影響下使得建模的不便利愈來(lái)愈突出[6]。

另外，仿真模擬建模中在應(yīng)用人員疏散軟件的時(shí)候，采用Pathfinder的軟件應(yīng)用也同樣存在著一些不便之處。界面當(dāng)中的工具圖標(biāo)，構(gòu)造建筑模型方式上面多邊形以及長(zhǎng)方形數(shù)量少，缺乏坐標(biāo)以及交點(diǎn)拾取功能，使得建筑模型的不同部位就容易出現(xiàn)縫隙。Z軸方向以層為單位輸入高度參數(shù)才能有助于多層的構(gòu)建，而在單層當(dāng)中有不同標(biāo)高建筑的時(shí)候，就要進(jìn)行再次的確定坐標(biāo)才能重復(fù)構(gòu)建模型，所以在便利性方面也受到了很大的影響。

3.3仿真模擬軟件的創(chuàng)新應(yīng)用

地鐵車(chē)站火災(zāi)和人員疏散仿真技術(shù)的應(yīng)用中，通過(guò)Revit建模軟件以及火災(zāi)和人員疏散軟件的結(jié)合應(yīng)用下，就能有助于提高仿真模擬的應(yīng)用效果。建筑信息模型在2004年進(jìn)入我國(guó)，將三維數(shù)字技術(shù)作為基礎(chǔ)，集成建筑工程各數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維軟件的運(yùn)用，將各工程項(xiàng)目的信息包含的比較全面，建立數(shù)字模型提供了便利。模型的構(gòu)建當(dāng)中，項(xiàng)目所有信息都能采用數(shù)字參數(shù)設(shè)定以及修改，通過(guò)立體圖形形式呈現(xiàn)有助于三維協(xié)同設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制，這樣就能有效避免不同單位間的信息對(duì)接出現(xiàn)誤差的問(wèn)題[7]。運(yùn)用Revit軟件和火災(zāi)人員疏散軟件的結(jié)合也是這樣，Revit軟件的應(yīng)用中通過(guò)三維建模軟件的科學(xué)運(yùn)用，將虛擬模型構(gòu)建的工具加以科學(xué)運(yùn)用下，就能充分發(fā)揮軟件中的各種功能作用，如其中的墻體材料以及熱傳導(dǎo)率等都能進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)該軟件的運(yùn)用繪制三維立體圖形保存成DWG等格式，就能直接導(dǎo)入FDS、Pathfinder相應(yīng)軟件當(dāng)中，模型導(dǎo)入的時(shí)候?qū)τ谛畔⒌陌踩钥梢员ＷC。通過(guò)仿真模擬的方式研究地鐵車(chē)站火災(zāi)和人員疏散的情況有一定弊端，由于不同年齡以及性別和人員身體形態(tài)差異，步行速度不同，也有的是殘障人士使用地鐵，所以無(wú)法準(zhǔn)確反映每個(gè)人疏散中行為特征，這就需要對(duì)焦點(diǎn)集中人員模型優(yōu)化上，能夠在心理學(xué)的角度方面對(duì)人員彼此容忍度以及擁擠造成的躁動(dòng)不安等方面的內(nèi)容展開(kāi)研究，避免采用單一化的思路。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，地鐵車(chē)站火災(zāi)和人員的疏散仿真模擬技術(shù)的發(fā)展將隨著各類(lèi)仿真軟件的出現(xiàn)以及理論研究的進(jìn)一步深化，獲得更大的進(jìn)步。地鐵車(chē)站發(fā)生火災(zāi)人員疏散是比較突出的難題，在各因素的影響下建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及火源點(diǎn)和數(shù)量位置等方面因素相互作用影響，并有隨機(jī)性，技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用方面要多方面考慮優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張穎，張彪，侯佳麗.地鐵區(qū)間列車(chē)中部火災(zāi)人員疏散受煙氣影響分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2020（02）：65-68.

[2] 姜學(xué)鵬，張帆，陳欣格.地鐵隧道火災(zāi)人員疏散可靠度研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2020，39（01）：9-13.

[3] 鐘茂華，劉暢，史聰靈.地鐵火災(zāi)全尺寸實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展綜述[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2019，29（10）：51-63.

[4] 李丹辰，鐘茂華，梅棋，劉暢，肖衍.地鐵同站臺(tái)高架換乘車(chē)站火災(zāi)人員疏散研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2019，15（06）：5-11.

[5] 呂希奎，白嬌嬌，陳瑤.基于建筑信息模型與Pyrosim軟件的地鐵車(chē)站火災(zāi)模擬仿真方法[J].城市軌道交通研究，2019，22（06）：147-151.

[6] 王建國(guó)，劉穎，蘇俊凱，殷雄.地鐵火災(zāi)人員疏散行為影響因素研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2019，38（05）：706-709.

[7] 邢志祥，張瑩，錢(qián)輝，張淑淑，汪李金，顧凰琳.地鐵車(chē)站火災(zāi)和人員疏散仿真模擬技術(shù)發(fā)展的新思路[J].安全與環(huán)境工程，2018，25（03）：130-135.