馬 輝, 陳 曦, 王欣洋

(1.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，廊坊 065201； 2.北京勞動(dòng)保障職業(yè)學(xué)院，北京 100029)

地鐵及與其連通的商業(yè)空間建筑兩部分使用功能不同，運(yùn)營(yíng)主體不同，屬于兩類人員密集場(chǎng)所的相互疊加，突發(fā)事件中人員疏散難度更大。地鐵及與其連通的商業(yè)空間建筑可能遇到的公共安全事件除火災(zāi)外，還有地震、洪水、恐怖襲擊、車輛故障或停電引發(fā)人員滯留而導(dǎo)致的踩踏事故等，但目前大多學(xué)者關(guān)注火災(zāi)事故的人員疏散，而忽視了除此之外其他類型的突發(fā)事件中地鐵及與其連通的商業(yè)空間人員疏散問(wèn)題。

由于其連通型的要求，在地鐵段與商業(yè)段連接處會(huì)采用防火卷簾作為防火分隔措施，防火卷簾除了可以在火災(zāi)事故中下降起到防火分隔的作用，在除火災(zāi)外其他類型突發(fā)事件中防火卷簾下降與否、下降時(shí)間及高度等也會(huì)對(duì)人員疏散產(chǎn)生影響，因?yàn)榇藭r(shí)原本的連通的空間被分割成地鐵段和商業(yè)段，人員疏散路徑、疏散通道和可選擇的疏散設(shè)施都會(huì)發(fā)生變化，因此研究突發(fā)事件中防火卷簾控制方式對(duì)地鐵及其連通商業(yè)空間兩股人流交匯影響下的人員疏散研究非常必要。

張哲[1]以某大型商場(chǎng)為例，分析從9個(gè)防火分區(qū)優(yōu)化成11個(gè) 防火分區(qū)后人數(shù)疏散時(shí)間的變化，關(guān)注防火分區(qū)數(shù)量變化對(duì)人員疏散的影響；趙武軍等[2]以已有建筑為例重新劃分防火分區(qū)，對(duì)樓梯位置和出口位置進(jìn)行改進(jìn)，分析防火分區(qū)劃分方式對(duì)人員疏散的影響規(guī)律；許彬[3]針對(duì)某地下超市疏散寬度不足的情況下，對(duì)內(nèi)部防火門(mén)的位置和開(kāi)啟方向進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)于防火卷簾控制方式對(duì)安全疏散影響方面，齊桓[4]對(duì)防火卷簾兩部下降和防火卷簾不動(dòng)作兩種控制方式對(duì)大空間商場(chǎng)人員疏散的影響進(jìn)行研究；徐樺[5]通過(guò)分析在疏散走道上設(shè)置的防火卷簾應(yīng)用上存在的問(wèn)題,提出了改進(jìn)防火卷簾功能的設(shè)想；梅秀娟等[6]首先以某商場(chǎng)與輕軌站相連接開(kāi)口處為例,研究當(dāng)防火分隔耐火性能失效后商場(chǎng)內(nèi)人員和輕軌內(nèi)人員疏散問(wèn)題，為后續(xù)學(xué)者的軌道交通與連通商業(yè)防火分隔構(gòu)筑物對(duì)人員疏散影響研究奠定了基礎(chǔ)。

由于與地鐵車站連通型商業(yè)建筑日益增多，其安全疏散問(wèn)題也亟待解決，目前針對(duì)于地鐵車站和商場(chǎng)的人員疏散研究很多，張立茂等[7]基于火災(zāi)模擬器和Pathfinder軟件對(duì)武漢地鐵五號(hào)線司門(mén)口站進(jìn)行仿真研究，對(duì)車站人流量容納能力和火源功率容納能力進(jìn)行了有益的探討；張?zhí)K英等[8]對(duì)蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)大型綜合建筑火災(zāi)疏散路徑規(guī)劃及動(dòng)態(tài)逃生指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考；李建華等[9]分析地鐵擁堵原因，提出改善措施并應(yīng)用AnyLogic模擬驗(yàn)證。但對(duì)于與地鐵車站連通商業(yè)建筑的疏散研究較少；方平等[10]采用Building EXODUS軟件對(duì)某城市軌道交通連通型地下空間(高鐵、地鐵、商業(yè))進(jìn)行仿真模擬，查找疏散瓶頸并提出優(yōu)化策略；韓斌[11]分析地下物業(yè)開(kāi)發(fā)與軌道交通的結(jié)合方式，并提出消防系統(tǒng)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)建議；謝元一等[12]對(duì)商業(yè)功能區(qū)與地鐵車站關(guān)系對(duì)商業(yè)功能區(qū)進(jìn)行分類，并提出了不同的防火分隔措施；張晉等[13-14]首先提出了與地鐵車站連通型商業(yè)概念，并通過(guò)對(duì)與地鐵車站連通的商場(chǎng)的安全容量研究以及對(duì)某連通型地下空間商業(yè)開(kāi)發(fā)對(duì)既有地鐵車站疏散能力的影響得出了該商場(chǎng)的開(kāi)業(yè)可能會(huì)使地鐵車站的部分出口樓梯底部產(chǎn)生擁堵，局部長(zhǎng)時(shí)間高密度人群會(huì)給車站疏散帶來(lái)一定的不利影響以及商業(yè)開(kāi)放對(duì)部分出口疏散無(wú)影響，但增加了部分出口的疏散人數(shù)和疏散時(shí)間的結(jié)論；趙哲等[15]對(duì)相連商業(yè)街火災(zāi)對(duì)地鐵車站影響進(jìn)行研究，主要關(guān)注火災(zāi)煙氣流動(dòng)規(guī)律及防排煙策略；王寬[16]研究商業(yè)建筑與地鐵連通道氣流控制，關(guān)注點(diǎn)在于解決氣流往復(fù)流動(dòng)導(dǎo)致空調(diào)能耗過(guò)高問(wèn)題。

國(guó)外方面，Yamamoto等[17]研究洪水淹沒(méi)地下商場(chǎng)時(shí)人員疏散問(wèn)題，提出分隔垂直疏散空間的方法，并與傳統(tǒng)的最短疏散距離方法進(jìn)行綜合比較；Han等[18]關(guān)注地下空間的淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)，提出了一種同時(shí)考慮洪水強(qiáng)度和疏散難度的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)方法，判斷疏散難度及緊急程度；Niira等[19]關(guān)注地震和海嘯災(zāi)害中地下空間災(zāi)害防災(zāi)及疏散；Li等[20]針對(duì)地鐵故障應(yīng)急疏散問(wèn)題，提出了一種多模式應(yīng)急疏散模型框架。

綜上，以上研究仍存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)多以單一獨(dú)立建筑作為研究對(duì)象，對(duì)地鐵連通商業(yè)空間此類特殊的人員密集場(chǎng)所安全疏散研究較少；

(2)中國(guó)學(xué)者多考慮火災(zāi)條件下防火卷簾控制方式對(duì)人員疏散影響，忽視其他類型突發(fā)事件中地鐵及其連通型商業(yè)空間這類特殊建筑中防火卷簾動(dòng)作對(duì)人員疏散有無(wú)影響及影響程度。

基于以上分析，以某地鐵站及與其連通的商業(yè)綜合體為例，運(yùn)用Pathfinder仿真軟件，探討非火災(zāi)的突發(fā)事件(簡(jiǎn)稱“突發(fā)事件”)中連通通道防火卷簾“一步降”“兩步降”控制方式下卷簾下降時(shí)間及疏散延時(shí)時(shí)間對(duì)人員疏散的影響，以期為該類建筑突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案制定、應(yīng)急指揮決策等提供基礎(chǔ)。

1 地鐵連通商業(yè)建筑安全疏散時(shí)間

對(duì)于地鐵車站連通商業(yè)空間，為連通型建筑，運(yùn)營(yíng)主體不同，應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)也各自獨(dú)立，但屬于互相可能影響對(duì)方安全的狀況。一旦地鐵或者其連通商業(yè)發(fā)生突發(fā)事件，突發(fā)事件發(fā)生段人員即刻開(kāi)始疏散，其他段人員延時(shí)疏散，因此導(dǎo)致地鐵及與其連通的商業(yè)空間疏散開(kāi)始時(shí)間不同，這段時(shí)間稱為“延時(shí)疏散時(shí)間”，地鐵連通商業(yè)建筑突發(fā)事件發(fā)生段與其他段所需安全疏散時(shí)間分別表示為

TRSET=T探測(cè)+T報(bào)警+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng)

(1)

TRSET=T探測(cè)+T報(bào)警+T延時(shí)疏散+T預(yù)動(dòng)作+T運(yùn)動(dòng)

(2)

2 Pathfinder模型構(gòu)建

Pathfinder 2018是一種基于人員運(yùn)動(dòng)和進(jìn)出的緊急出口模擬器，能夠較好地對(duì)人員密集場(chǎng)所中各類人群疏散行為進(jìn)行仿真。

2.1 模型建立

2.1.1 地鐵車站X

以某地鐵車站X為例，建立地鐵車站人員疏散物理模型如圖1所示。地鐵車站X全長(zhǎng)171 m，站臺(tái)寬4.5 m，車站設(shè)有3個(gè)出入口。出口A與出口C分別為地鐵站的東、西出口，且直線距離為319.5 m。總平面面積6 089 m2，由負(fù)一層站廳層和負(fù)二層站臺(tái)層兩部分組成，共有閘機(jī)21個(gè)，其中西側(cè)8個(gè)，東側(cè)13個(gè)。

圖1 地鐵站平面圖Fig.1 Plan of subway station

主體車站的建筑層數(shù)兩層，內(nèi)含有樓梯4個(gè)，自動(dòng)扶梯4組，且自動(dòng)扶梯位于樓梯的兩側(cè)。

2.1.2 商業(yè)建筑Y

與地鐵連通的商業(yè)建筑Y面積為100 402 m2，商場(chǎng)為4層建筑，層高5.3 m，共四層，客梯6部，貨梯10部，自動(dòng)扶梯5組、疏散樓梯11個(gè)，商業(yè)建筑各層平面圖如圖2所示。

圖2 商場(chǎng)平面圖Fig.2 Plan of the shopping mall

2.1.3 地鐵車站連通型地下空間商業(yè)XY

地鐵車站X與連通商業(yè)Y直線距離75 m，地鐵車站B口通過(guò)地下通道連接商業(yè)建筑一層，通道直線距離長(zhǎng)30 m，通過(guò)樓梯和自動(dòng)扶梯向上，再通過(guò)L形通道進(jìn)入連通商業(yè)內(nèi)部，立體圖如圖3所示。

圖3 地鐵車站相連通地下空間商業(yè)XY立體圖Fig.3 Commercial stereogram of underground space connected with subway station XY

2.2 參數(shù)確定

2.2.1 疏散人數(shù)

(1)地鐵疏散人數(shù)。根據(jù)《2019北京市交通發(fā)展年度報(bào)告》，2018年北京軌道交通早高峰進(jìn)站量最大的站及軌道交通換乘量最大的站均是宋家莊站，早高峰7：00—9：00進(jìn)站量2.57萬(wàn)人次，占全天比例44.23%，考慮到最不利疏散條件，以宋家莊站早高峰最大值作為疏散人數(shù)，即25 700÷120×2=428.33(人)，因此平均每一班車上下車人數(shù)為428人，考慮到428人屬于兩分鐘通過(guò)內(nèi)地鐵閘門(mén)的人員數(shù)，并不能涵蓋地鐵車站內(nèi)的所有人，因此在本研究擬定地鐵車站內(nèi)的乘客數(shù)值修正參數(shù)為2，即856人，其中2人為坐輪椅的老人及其監(jiān)護(hù)人員，另外地鐵站中還有18名工作人員。綜上，地鐵車站X內(nèi)共有疏散人員874人。

(2)連通商業(yè)疏散人數(shù)。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018版)，結(jié)合商業(yè)建筑實(shí)際，確定商業(yè)段疏散人數(shù)，如表1所示。

表1 面積折算結(jié)果及最終疏散人數(shù)

2.2.2 移動(dòng)速度

綜合年齡、性別等多因素，最終確定人員移動(dòng)速度如表2所示。

表2 各年齡段男女移動(dòng)速度表[21]

2.2.3 乘客分布

地鐵段按兒童5% 青少年51%，中年38%，老年6%[21]，連通商業(yè)中的人員分布按青年40%、兒童20%、中年20%，老年20%的比例進(jìn)行仿真。

3 防火卷簾控制方式對(duì)人員疏散影響分析

3.1 “一步降”和“兩步降”控制方式對(duì)疏散的影響

對(duì)于地鐵及與其連通的商業(yè)廣場(chǎng)，一般情況下時(shí)地鐵段與商業(yè)段在連通處各設(shè)置一道防火卷簾，由兩方分別控制，為了簡(jiǎn)化模擬條件，所指“一步降”“兩步降”及下降的高度均指兩道卷簾耦合動(dòng)作后的情況。

當(dāng)連通通道防火卷簾“一步降”時(shí)，防火卷簾下降后完全分隔成地鐵段和商業(yè)段兩個(gè)獨(dú)立疏散主體，當(dāng)采用“兩步降”控制方式時(shí)，防火卷簾不動(dòng)作或防火卷簾下降到距樓板1.8 m處，不會(huì)影響疏散路徑，當(dāng)?shù)诙絼?dòng)作后卷簾下降至樓板面，因此從人員疏散角度，“一步降”或“兩步降”的控制方式影響不大，關(guān)鍵的影響因素是卷簾動(dòng)作后下降到底的時(shí)間。

3.2 防火卷簾下降時(shí)間對(duì)人員疏散影響

不考慮突發(fā)事件報(bào)警信號(hào)的延遲，假定地鐵及與其連通的商業(yè)建筑疏散同時(shí)進(jìn)行，為探究地鐵與其連通的商業(yè)間防火卷簾下降時(shí)間對(duì)人員疏散的影響，設(shè)定如表3所示7種疏散工況。

表3 不同防火卷簾下降時(shí)間工況仿真結(jié)果

商場(chǎng)由于出口多，模擬結(jié)果顯示無(wú)商業(yè)段人員借用地鐵出口進(jìn)行疏散，但地鐵人員疏散中會(huì)借用商場(chǎng)出口疏散，印證了張晉等[14]的研究結(jié)論——“與地鐵連通型商業(yè)空間的開(kāi)發(fā)與利用不會(huì)對(duì)地鐵人員疏散造成影響”。從表3可知，卷簾下降延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，人員所需安全疏散時(shí)間越長(zhǎng)，在卷簾180 s下降到底的情況下，地鐵疏散時(shí)間最長(zhǎng)，連通商業(yè)段疏散時(shí)間也最長(zhǎng)，原因在于疏散118.4 s時(shí)有7名地鐵人員選擇通過(guò)防火卷簾從商場(chǎng)出口疏散，但此時(shí)防火卷簾已下降到底，此人群不得不折返回地鐵，導(dǎo)致地鐵人員疏散時(shí)間增加，特別是折返的7人，貽誤了疏散的最佳時(shí)機(jī)。當(dāng)防火卷簾300 s下降到底的情況下，與卷簾不動(dòng)作工況下人員疏散時(shí)間接近，僅增加4.2 s，增加0.56%，且地鐵段疏散用時(shí)246.2 s，較卷簾不動(dòng)作工況減少23.2 s，減少9.34%。卷簾下降時(shí)間超過(guò)300 s后，由于地鐵段疏散已經(jīng)完成，商業(yè)段人員獨(dú)立疏散，總體疏散時(shí)間不再變化。因此綜合總體安全疏散時(shí)間、地鐵疏散時(shí)間角度，防火卷簾分別控制的情況下不論采取“一步降”還是“兩步降”，只要保證突發(fā)事件發(fā)生后采用300 s下降到底的控制方式是最優(yōu)的。

經(jīng)過(guò)7種工況下的仿真，所有情況下都是連通型商業(yè)段疏散時(shí)間最長(zhǎng)，雖然地鐵段安全出口2個(gè)，連通商業(yè)段安全出口25個(gè)，表明安全出口數(shù)量不是決定疏散時(shí)間的唯一因素，初始疏散位置人員密度對(duì)疏散影響巨大。

3.3 延時(shí)疏散時(shí)間對(duì)人員疏散影響

地鐵及與其連通的商業(yè)建筑應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)分別獨(dú)立設(shè)置，若突發(fā)事件發(fā)生在地鐵或商業(yè)段兩者之一的區(qū)域，根據(jù)突發(fā)事件發(fā)生區(qū)域和其他區(qū)域所需安全疏散時(shí)間模型，突發(fā)事件發(fā)生后信息傳遞導(dǎo)致其他區(qū)域人員疏散要晚于突發(fā)事件發(fā)生區(qū)域人員，為分析此段延時(shí)時(shí)間對(duì)人員疏散影響，本部分將以“突發(fā)事件發(fā)生在地鐵，商業(yè)延時(shí)疏散”及“突發(fā)事件發(fā)生在商業(yè)，地鐵延時(shí)疏散”兩種情況探討疏散延時(shí)時(shí)間的影響，擬定仿真情景如表4所示。

表4 延時(shí)疏散仿真工況及疏散時(shí)間

突發(fā)事件發(fā)生在地鐵時(shí)，商業(yè)段延時(shí)疏散60 s和120 s兩種情況下，商業(yè)段延時(shí)60 s時(shí)總體疏散時(shí)間767.9 s，較同時(shí)疏散模式增加17.3 s，增加了2.25%，地鐵段疏散時(shí)間246.3 s，較同時(shí)疏散模式增加0.2 s，增加了0.08%，商業(yè)段延時(shí)120 s時(shí)總體疏散時(shí)間834.9 s，較同時(shí)疏散模式增加84.3 s，增加了11.23%，地鐵段疏散時(shí)間254.9 s，較同時(shí)疏散模式增加8.8 s，增加了3.58%?？偟膩?lái)說(shuō)，商業(yè)段延時(shí)導(dǎo)致總體疏散時(shí)間和地鐵段疏散時(shí)間都較同時(shí)疏散模式下所需疏散時(shí)間增加，且商業(yè)段延時(shí)時(shí)間增加幅度明顯，對(duì)地鐵及其連通商業(yè)疏散不利。

突發(fā)事件發(fā)生在商業(yè)，地鐵延時(shí)疏散時(shí)間越長(zhǎng)，雖然總疏散時(shí)間相對(duì)同時(shí)疏散模式的750.6 s有所減少，但地鐵段人員疏散時(shí)間增幅過(guò)大，且兩種地鐵延時(shí)疏散情況下，地鐵疏散時(shí)間均超過(guò)了《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.10條規(guī)定的6 min事故疏散時(shí)間要求。

綜上，對(duì)于地鐵連通商業(yè)建筑，不論突發(fā)事件發(fā)生在地鐵段還是商業(yè)段，都是兩個(gè)部分同時(shí)疏散時(shí)對(duì)疏散最有利，要求地鐵及其連通的商業(yè)建筑在突發(fā)事件響應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫對(duì)接”。

4 結(jié)論

(1)地鐵連通型地下空間商業(yè)建筑緊急情況下，無(wú)商業(yè)段人員借用地鐵出口進(jìn)行疏散，但地鐵人員疏散中會(huì)借用商場(chǎng)出口疏散，印證了“與地鐵連通型商業(yè)空間的開(kāi)發(fā)與利用不會(huì)對(duì)地鐵人員疏散造成影響”的結(jié)論。

(2)地鐵及與其連通型地下空間商業(yè)建筑緊急情況下人員疏散過(guò)程中，雖然地鐵出口數(shù)量少于商業(yè)段，但地鐵段疏散用時(shí)短，連通商業(yè)建筑段疏散用時(shí)長(zhǎng)，表明疏散場(chǎng)所人員密度對(duì)疏散影響巨大。

(3)地鐵及與其連通型地下空間商業(yè)建筑的防火卷簾“一步降”或“兩步降”控制方式對(duì)于人員疏散影響不大。

(4)防火卷簾下降延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，人員所需安全疏散時(shí)間越長(zhǎng)，在卷簾180 s下降到底的情況下，地鐵及連通商業(yè)建筑疏散時(shí)間均最長(zhǎng)，是最不利的控制方式。

(5)當(dāng)防火卷簾300 s下降到底的情況下，與卷簾不動(dòng)作工況下人員疏散時(shí)間接近，僅增加4.2 s，增加0.56%，且地鐵段疏散用時(shí)246.2 s，較卷簾不動(dòng)作疏散模式減少23.2 s，減少9.34%。從總體安全疏散時(shí)間、地鐵疏散時(shí)間角度，防火卷簾分別控制，不論采取“一步降”還是“兩步降”的控制方式，突發(fā)事件發(fā)生后采用300 s下降到底的控制方式是最優(yōu)的。

(6)對(duì)于地鐵連通商業(yè)建筑，不論突發(fā)事件發(fā)生在地鐵段還是商業(yè)段，都是兩個(gè)部分同時(shí)疏散對(duì)疏散最有利。