周百靈，徐 亮，毛前軍

(武漢科技大學 城市建設(shè)學院，湖北 武漢 430065)

0 引言

地鐵在城市交通系統(tǒng)中扮演重要角色，憑借準時準點、客流運輸大、方便快捷等特點，成為乘客出行首選交通方式，地鐵安全性、可靠性也引發(fā)社會關(guān)注。

趙金龍等[1]通過模擬不同工況下人流特征得出站內(nèi)疏散瓶頸區(qū)域，并推算出需采取限流措施的人員界限；陳娜等[2]通過模擬某地鐵站不同區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時情況，分析對比國內(nèi)外疏散規(guī)范差異；王春雪等[3]選取不同運行時段人群特征，建立疏散仿真模型，得出在高峰、平峰、低峰等工況下不同數(shù)量列車到站時擁堵情況；王起全等[4]利用仿真軟件建模研究影響應(yīng)急疏散效率相關(guān)因素，以期提高應(yīng)急疏散效果；Qin等[5]利用Pathfinder軟件模擬不同工況下疏散情況，得出列車乘客與車站人數(shù)預(yù)警閥值關(guān)系；Chen等[6]模擬4種客流場景下疏散過程，提出地鐵站內(nèi)相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計方案；Nouri等[7]討論地鐵站應(yīng)急疏散中有效環(huán)境和組織管理因素；Wang[8]通過模擬不同條件和參數(shù)下人群疏散，記錄人群速度以及通過出入口人數(shù)和疏散路徑選擇，為地鐵空間設(shè)計和消防方案制定提供建議。現(xiàn)有研究樣本大部分以中間站為主，研究內(nèi)容主要集中在疏散模型關(guān)鍵參數(shù)分析、乘客疏散行為分析等方面，建議優(yōu)化對象多集中于閘機通道、導流欄桿等內(nèi)部設(shè)施布局與管理措施等方面[9-10]。

本文以武漢軌道交通武昌火車站為例，根據(jù)實地調(diào)研數(shù)據(jù)，建立突發(fā)性客流地鐵站疏散仿真模型，通過模擬不同時期節(jié)點下疏散場景，確認最不利工況，并分析此種工況疏散過程中瓶頸區(qū)域和具體擁堵位置，據(jù)此從站臺層疏散口分布位置和樓梯開口朝向、高選擇度站廳層出入口的垂直交通核構(gòu)成等方面提出地鐵站疏散口設(shè)計優(yōu)化建議。

1 案例分析

軌道交通武昌火車站是武漢地鐵4號線和7號線換乘站，站廳總長329 m、寬34.5 m，7號線站臺長150 m、寬12 m，4號線站臺長120 m、寬10 m，目前地鐵站已開通9個出入口。

武昌火車站位于地鐵站東南方向，人流量在節(jié)假日與非節(jié)假日期間存在明顯差異，地鐵站東北方向為宏基客運站，是武漢重要的客運樞紐站。總的來看，軌道交通武昌火車站是武漢目前最為復雜的地鐵換乘站，研究價值較高。

地鐵站主體結(jié)構(gòu)由2部分組成，如圖1所示，圖中字母表示站廳層出入口位置。其中，一部分是4號線區(qū)間地下2層島式結(jié)構(gòu)，另一部分是7號線區(qū)間地下3層島式結(jié)構(gòu)。

圖1 地鐵疏散仿真模型Fig.1 Simulation model of subway evacuation

站廳層由公共區(qū)與4號線換乘廳組成，連接地面疏散口有7個，不同疏散口疏散樓梯均有自動扶梯與普通樓梯，其數(shù)量和寬度略有不同，站臺層由7號線與4號線2個站臺組成。

該地鐵站點內(nèi)乘客數(shù)量隨時期節(jié)點不同而有所差異，在特定時期節(jié)點內(nèi)，進入地鐵站的客流量陡增，由于地鐵站位于交通樞紐站附近，乘客攜帶行李數(shù)較多且人員結(jié)構(gòu)較復雜，因此，本文以節(jié)假日與非節(jié)假日區(qū)分不同時期節(jié)點。

2 場景模擬

2.1 工況選擇

該地鐵站點為2條線路換乘站，列車到站數(shù)量不同。據(jù)觀察統(tǒng)計[3]，相同線路下往返2列列車同時到站概率較小，因此研究1列列車到站與不同線路下2列列車同時到站情況。

2.2 不同工況模擬下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

地鐵站4號線區(qū)間采用6節(jié)編組的B型列車，7號線區(qū)間采用6節(jié)編組的A型列車，根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157—2013)[11]，6節(jié)編組的B型列車定員1 380人，6節(jié)編組的A型列車定員1 860人，由于攜帶行李乘客較多，會占據(jù)車廂內(nèi)部分空間，故在列車乘客取值中均設(shè)置為列車定員的50%，即A、B型列車乘客人數(shù)分別為930，690人。

由于A、B型列車均為6節(jié)車廂，其中A型列車每節(jié)車廂5個車門，B型列車每節(jié)車廂4個車門，且站臺有柱、樓梯等結(jié)構(gòu)占用部分空間，假設(shè)每個車門前排2隊，則7號線站臺層最多可排120隊，4號線站臺層最多可排96隊[12]。

基于此，模擬節(jié)假日工況時，設(shè)置每隊候車人數(shù)為4人，7號線站臺層候車人數(shù)為480人，4號線站臺層候車人數(shù)為384人，此時站臺層總?cè)藬?shù)為864人。同時結(jié)合實測數(shù)據(jù)，假定站廳層人數(shù)為站臺層人數(shù)的75%。模擬非節(jié)假日工況時，設(shè)置每隊候車人數(shù)2人，7號線站臺層候車人數(shù)240人；4號線站臺層候車人數(shù)192人，此時站臺層總?cè)藬?shù)為432人，假定站廳層人數(shù)為站臺層人數(shù)的50%，模擬結(jié)果如表1所示。

由表1可知，無論哪種工況，在整個疏散過程中，離開站臺層的疏散時間占比約為65%～70%，離開站廳層疏散時間占比約為30%～35%。這是因為受實際情況約束，站臺層面積比較固定，疏散口(樓梯)數(shù)量有限，而此類地鐵站站廳層面積一般遠大于各站臺層面積，甚至大于其面積之和，并且由于其多為交通樞紐，站廳層安全出口數(shù)量較多且空間分布較廣，導致站廳層疏散人數(shù)容許值具有一定彈性空間[13]。因此，優(yōu)先優(yōu)化站臺層疏散效率更有利。

此外，根據(jù)現(xiàn)行《地鐵安全疏散規(guī)范》(GB/T 33668—2017)[14]第4.3條規(guī)定：地鐵車站應(yīng)按6 min內(nèi)將乘客全部疏散至安全區(qū)為原則。由表1可知，節(jié)假日A1、節(jié)假日A2、節(jié)假日A3 3種工況均不符合規(guī)范要求。下文將以耗時最多的節(jié)假日A3為典型工況進行優(yōu)化分析。

3 典型工況數(shù)據(jù)分析

典型工況下(節(jié)假日A3)需疏散人員共3 132人，疏散時間為388 s。根據(jù)仿真模型，在第185 s時，已疏散人員數(shù)量占總疏散人員數(shù)量的1/2。整個疏散過程中，前期疏散響應(yīng)與后期人員擁堵是影響疏散時間的重要因素[15]。

在疏散過程中，站廳層每個出入口使用情況與累計疏散人數(shù)均有所不同，由于A,G1,G2等出入口位于站廳層邊緣，使用率較低。

表1 不同工況下的模擬統(tǒng)計Table 1 Simulation statistics under different conditions

總體疏散效率較高的出入口為B，C，E，F(xiàn)，H。其中C，E出入口總體疏散寬度接近合理區(qū)間上限，改進空間較?。籋出入口在中間層，人員會優(yōu)先選擇最短疏散路徑，這也導致H出入口累計疏散人員相對較多；F出入口處在站廳層中間位置，具有良好的視野及通行能力，故累計疏散人員也較多；B出入口靠近4號線區(qū)間，在大客流工況下，其疏散能力相對不足。

綜上，在整個疏散過程中，列車車門、站臺層疏散口和站廳層疏散口為瓶頸區(qū)，其中站廳層疏散口的選擇度分化明顯?？紤]列車車門處擁擠時間與列車所載乘客和站臺層候車人數(shù)直接相關(guān)，且車門改造空間較小，應(yīng)以站臺層疏散口以及疏散能力不足的高選擇度站廳層疏散口為主要優(yōu)化對象[13]。

4 優(yōu)化措施

4.1 站臺層疏散口優(yōu)化

由于7號線站臺層最右側(cè)疏散口為2部直達站廳層的自動扶梯，在中間層結(jié)構(gòu)與圍欄不變條件下，應(yīng)保持最右側(cè)盡端疏散口位置不變，僅對其余3個疏散口進行相應(yīng)位置優(yōu)化[16]。7號線站臺層的疏散口位置調(diào)整如圖2所示。

圖2 7號線站臺層疏散口的位置調(diào)整Fig.2 Adjustment on location of evacuation entrances at platform floor of Line 7

根據(jù)模擬后的數(shù)據(jù)可知，優(yōu)化方案7-a為524 s，優(yōu)化方案7-b為457 s，均大于原始的388 s。如果左側(cè)2個疏散口能將人員引流到G1，G2，E，F(xiàn)等使用率較低的出口，減少H出口的疏散荷載，可能效果更好。

4號線站臺層疏散口的位置調(diào)整如圖3所示。4號線站臺層中間5根結(jié)構(gòu)柱無法移動，導致疏散口位置調(diào)整受限，主要考慮右側(cè)疏散口的位置優(yōu)化。通過比較圖3中不同方案，模擬后發(fā)現(xiàn)原始方案最優(yōu)(原始布置388 s，優(yōu)化方案4-a為394 s，優(yōu)化方案4-b為438 s)。

圖3 4號線站臺層疏散口的位置調(diào)整Fig.3 Adjustment on location of evacuation entrances at platform floor of Line 4

綜上，在本文案例中站臺層疏散口位置平移對疏散效率提升沒有正面效果。這是因為現(xiàn)有疏散口在站臺層的長向分布相對均勻，且站臺層疏散口在其上部站廳層的開口位置與站廳層的高選擇度出入口B，C，E，F(xiàn)相互對應(yīng)，聯(lián)系緊密。

結(jié)合圖1可知，7號線站臺層左側(cè)2個疏散樓梯朝向(朝右)與中間層導流樓梯(朝左)朝向相反，4號線站臺層右側(cè)2個疏散樓梯朝向與就近出口處閘機相反，而疏散口開口朝向優(yōu)化可引導分流，提升效率作用。改進后的朝向如圖4所示。

圖4 站臺層疏散口朝向優(yōu)化Fig.4 Optimization on orientation of evacuation entrances at platform floor

在原有仿真模型基礎(chǔ)上進行疏散樓梯開口朝向優(yōu)化設(shè)計，模擬結(jié)果見表2。

表2 站臺層疏散口朝向優(yōu)化前后的疏散時間Table 2 Evacuation time before and after optimization on orientation of evacuation entrances at platform floor

由表2可知，A3工況下站臺層疏散口朝向優(yōu)化后的疏散時間為352 s，相比原始朝向減少36 s，效率提升9.3%。結(jié)果說明，適當調(diào)整站臺層疏散口朝向，使其與對應(yīng)疏散口、疏散設(shè)施朝向保持一致，能夠有效減少疏散總耗時，提高疏散效率。

4.2 高選擇度站廳層出入口優(yōu)化

受地面道路、建筑物位置以及經(jīng)濟因素等影響，站廳層出入口位置、開口朝向較為固定，需盡量將其疏散寬度調(diào)整至合理區(qū)間的最大值。

自動扶梯常用型號相對成熟，且突發(fā)狀況下疏散樓梯更為可靠。供日常主要交通用樓梯的梯段凈寬應(yīng)根據(jù)其使用特征，按每股人流寬度為0.55(肩寬)～0.7 m(擺幅)的人流股數(shù)確定，且不能少于2股人流。顯然，地鐵站廳層出入口人流眾多，擺幅應(yīng)取上限值?？紤]人的行為心理因素，梯段過寬緊急狀況下可能導致人員摔倒、踩踏，梯段凈寬達4股人流時應(yīng)為梯段寬度極限(應(yīng)加設(shè)中間扶手)[17]。

綜上，本文選擇高使用率B出入口為優(yōu)化對象，將其現(xiàn)有2 m寬樓梯(約3股人流)改為3 m寬的樓梯(4股人流)。通過模擬發(fā)現(xiàn)，改進后的疏散時間由原來的388 s減少到330 s。在節(jié)假日期間A3工況下，可以滿足現(xiàn)行規(guī)范疏散要求。

4.3 管理措施優(yōu)化

在突發(fā)性客流工況下，站臺層應(yīng)限制客流，具體可在站廳付費區(qū)內(nèi)對人流量進行監(jiān)控和引導，避免進入站臺層人數(shù)超過容納警戒值，若超過警戒值，需限制人員進入站臺層，短暫關(guān)閉閘機入口，直至客流恢復至可控范圍內(nèi)。為防止站臺層在疏散過程中因人員過多而發(fā)生擁擠、恐慌等現(xiàn)象，可增加工作人員引導人群疏散，從而避免疏散過程中次生傷害。除以上管理措施外，對于地鐵列車的運營也要做到“增加列車次數(shù)、減少間隔時間”，以此減緩地鐵站內(nèi)各區(qū)間疏散壓力[3]。

站廳層可在常見擁擠地段采取分流措施，例如安檢、扶梯前面布置導流欄桿，確保擁擠地段保持通行順暢，避免擁堵滯留現(xiàn)象[17]。

5 結(jié)論

1)突發(fā)性客流地鐵站點多為城市交通樞紐，各站臺層面積遠小于站廳層面積；同時，站臺層疏散口受限較多，其數(shù)量、位置相對固定，而此類樞紐型地鐵站點的站廳層出口數(shù)量較多、空間分布廣。因此，人員離開站臺層到達站廳層的疏散耗時要大于離開站廳層到達安全地面耗時，前者應(yīng)為優(yōu)先優(yōu)化區(qū)間。

2)通過比較不同時期節(jié)點下?lián)矶虑闆r，發(fā)現(xiàn)疏散過程中瓶頸區(qū)域為列車車門、站臺層疏散口和站廳層的高選擇度疏散口。

3)站臺層疏散口可針對空間位置分布、樓梯開口朝向等進行優(yōu)化。站臺層疏散口應(yīng)沿站臺層長邊均勻分布，且其在上部站廳層的垂直開口位置應(yīng)盡量與站廳層的高選擇度出入口相對應(yīng)；樓梯開口朝向設(shè)置應(yīng)與人員到達站廳層后的下一步疏散方向保持一致。

4)站廳層高選擇度出入口應(yīng)在設(shè)計初始盡量增加寬度至合理區(qū)間(4股人流)上限，同時，可在擁堵地段前增設(shè)導流欄桿，緩解疏散壓力。