關鍵詞： 地鐵車站 人員疏散 數值模擬 火災事故

地鐵成為越來越多城市的主要日常交通工具，在上下班的出行高峰期，人員密度高，與外界的聯系主要為出入口，環(huán)境密閉，人員密集，發(fā)生火災時，人員疏散較為困難[1]。由于實地演習時疏散場景難以精確設定，且對疏散人群在不同疏散場景中可能發(fā)生的狀況也難以全面考察[2]。Pathfinder 軟件利用計算機圖形仿真對多個群體中的每個個體運動進行圖形化的虛擬演練，從而可以準確地確定每個個體在災難發(fā)生時的最佳逃生路徑和逃生時間。文章利用Pathfinder 軟件，構建了島式站臺模型，設置了不同地點的火災工況，結合疏散人群的性別與年齡分布，對地鐵車站的安全疏散情況進行分析。

1 試驗平臺設計

為研究島式站臺下人員的疏散效率，文章建立了島式站臺模型，由某地鐵實體車站簡化而得，車站共有地下兩層，地下二層為站臺層，標高-10 m，平面布置圖具體見圖1，簡化后站臺總長110 m，寬10.5 m。站臺層共設6 部寬為1.8 m 的自動扶梯，1、2 號扶梯并列布置，出入口與站臺左端距離25 m，投影長11 m；3 號扶梯出入口與站臺左端距離46.5 m，4 號扶梯出入口與站臺左端距離65.5 m，投影長均為8 m；右側5、6 號扶梯出入口與站臺右端距離25 m，投影長11 m。站廳層位于地下一層，標高-5m，共設A1、B1、C1、D1 這4 個閘機口，每個閘機口均依據情形布置4 個0.5 m 寬和一個0.9 m寬的檢票通道，此外A1、B1 閘機口各設有一個1.2 m 寬的檢查門，火災時均作為疏散門打開。通過閘機后分別設有A、B、C、D 這4 個通向地面的出口，連通的樓梯寬均為6 m。

當城市軌道交通車站發(fā)生火災時，疏散乘客的主要設施設備包括樓梯和扶梯、工作人員通道、進出站通道與出入口的樓梯和扶梯[3]。在應急疏散情況下，這些設施設備的運行狀態(tài)與正常情況下的狀態(tài)有所不同，因此定義應急疏散情況下各類設備的運行狀態(tài)如下[4]。

扶梯的運行狀態(tài)：應急疏散時，由站臺層到站廳層的所有扶梯均處于斷電停運狀態(tài)，作為普通樓梯使[5]。

閘機狀態(tài)：緊急疏散情況下，車站所有閘機均應保持開啟狀態(tài)，同時開放工作人員使用的側門及檢查通道在內的所有的設施，以便在最短時間內使乘客逃生[6]。

出入口通道狀態(tài)：如果火災發(fā)生在進出站通道、出入口處扶梯，則該出入口通道不能作為疏散通道使用[7]。

2 疏散人員設置

在研究車站內人員疏散時，假想火災發(fā)生在車站內的公共區(qū)域，如無列車?？康恼九_邊側、站臺樓梯口處、站廳至地面的安全通道等處。此時只需將站內乘客引導出站，同時事故處理結束之前不允許列車?？炕蜻M入車站。不存在疏散列車上乘客這一情況，被疏散的人員主要為應急時站臺、出入口相連站廳及通道內的乘客及工作人員。

在模擬過程中，模擬方案應考慮人員的最大值，因此需要選取的客流量為高峰時的客流量。在施加人員載荷時，根據相關資料統計，定義站臺層共分布人員500 人，站廳層分布人員170 人。其中人員特征設置如表1 所示。

3 實驗工況設計

城市軌道交通車站在設計和運營時，會考慮不同類型和位置的突發(fā)事件引起的應急疏散情況，在工況設計時，選取了不同的火災發(fā)生地點，進行模擬分析不同路線上人員的疏散情形。模擬時人員可以根據實際情況來選擇路徑，以疏散最短路徑優(yōu)先，當距離最近的出口排隊人數過多時，會根據當前位置和出口的距離對符合自己最優(yōu)的疏散出口進行選擇，并隨時根據外部情況變化進行調整，這與現實情況相符合。文章所設計的模擬實驗工況分別為：M1-火源位于站臺層側邊中間位置、M2-火源位于站臺層樓梯口、M3 位于站廳出口。

3.1 工況M1

工況M1 中火源位于站臺側邊的中間位置，具體如圖1 所示，人員在最短路徑和局部最優(yōu)路徑模式下進行疏散。按照《地鐵設計規(guī)范》第19.1.19 條，城市交通軌道出口樓梯和疏散通道的寬度，應保證在遠期高峰小時客流量時發(fā)生火災的情況下，6 min 內將站臺上候車的乘客及工作人員全部撤離站臺，即安全疏散時間為6 min，工況中整個疏散過程共用時135 s，完全滿足地鐵設計要求。

圖2 為該工況下站臺層滯留人員統計圖，從圖中可以看出，人員全部離開站臺的時間為75 s，從疏散開始至50 s 時，站臺上人員近似呈直線減少，在50 s 以后人員離開站臺的速率有所減緩。這是因為在疏散開始時，站廳及站臺通向站廳的樓梯上旅客很少，火警發(fā)出后，站臺上的乘客便直通過樓梯進入站廳，由于站廳空間足夠大，在閘機口處并未出現人員的擁堵，人員以相對穩(wěn)定的速度減少；在疏散開始50 s 后，由于A1、B1 閘機口處人員的增多，同時在站臺層樓梯口處形成擁堵，影響了1#、5#樓梯上人員進入站廳層的時間，進而降低了人員離開站臺層的速率。

圖3 為站廳層的大廳部分滯留人員統計圖，從圖中可以看出疏散開始時，站廳層人員近似呈直線減少，整體疏散速率約為5 人/s，疏散人員主要為火災發(fā)生前滯留在站廳層的人員。在疏散開始15 s 時，站臺層人員已通過樓梯進入站廳，約20 s 時進入人員速率大于疏散人員速率，站廳層人員逐漸增多，在50～70 s 時達到穩(wěn)定狀態(tài)，隨后又約以5 人/s 速率近似呈直線減少。

根據工況M1 模擬結果的數據統計，站臺層使用樓梯疏散的行人流量和站內使用出口疏散的行人流量如表2 所示。

從表2 數據中可以看出疏散時選擇1#樓梯人員最多為105 人，這主要是因為模擬疏散時，模型中以選擇最短路徑為原則，在整個站臺層距離1#樓梯口較近的空間最大，所以承擔了最大的人流量。模擬結果中以B 出口的疏散人流量最大，從站臺層平面布置圖中可以看出5、6#樓梯與B 出口距離最短，經過這兩個樓梯的人員均選擇B 出口疏散，此外由于站廳層4#樓梯口距離兩個出口的距離基本相當，經過4#樓梯的人員出現了分流現象，一部分人員選擇了B 出口疏散，另一部分人員選擇從C 出口疏散，所以B 出口疏散的人員最多，而C 出口疏散的人員最少。A 出口主要疏散經過1、2#樓梯的人員，D 出口主要疏散經過3#樓梯的人員。

3.2 工況M2

工況M2 中，火源位于3、4 號樓梯中間位置，如圖4所示，疏散時由于火源熱輻射和產生煙氣的影響，這兩個樓梯均處于封閉狀態(tài)，禁止人員通行。車站內裝有智能疏散系統，人員在最短路徑和局部最優(yōu)路徑模式下進行疏散。工況中整個疏散過程用時169 s，處于規(guī)范規(guī)定的安全疏散時間內。

圖5 為該工況下站臺層的模擬疏散結果，站臺層人員全部離開站臺的時間為113 s。從圖中可以看出，疏散開始至70 s 左右，站臺上人員近70 s 以后人員離開站臺的速率有所減緩。

圖6 為站廳層的大廳部分滯留人員統計圖，從圖中可以看出疏散開始時，人員近似呈直線減少，整體疏散速率約為5 人/s，疏散人員主要為火災發(fā)生前滯留在站廳層的人員。

根據工況M2 模擬結果的數據統計，站臺層使用樓扶梯組疏散的行人流量和站內使用通道疏散的行人流量如表3 所示。

從表3 中可以看出疏散時選擇1#樓梯人員最多為136 人，2#樓梯次之，6#樓梯最少為109 人，這主要是因為模擬疏散時，模型中以最短路徑為原則，即在站臺某一點人員會選擇最近的樓梯進行疏散，在整個站臺層距離1#樓梯口較近的空間最大，所以承擔了最大的人流量。

3.3 工況M3

工況M3 中，火源位于站廳層與D 出口連接的樓梯口位置，如圖7 所示，疏散時由于火源熱輻射和產生煙氣的影響，D 出口處于封閉狀態(tài)，禁止人員通行。車站內裝有智能疏散系統，人員在最短路徑和局部最優(yōu)路徑模式下進行疏散。工況中整個疏散過程用時146 s，處于規(guī)范規(guī)定的安全疏散時間內。

圖8 為該工況下站臺層滯留人員統計圖，從圖中可以看出，人員全部離開站臺的時間為81 s，疏散開始至45 s 時，站臺上人員近似呈直線減少，在45 s 以后人員離開站臺的速率有所減緩。

圖9為站廳層大廳部分滯留人員統計圖，從圖中可以看出疏散開始時，人員近似呈直線減少，此時疏散人員主要為火災發(fā)生前滯留在站廳層的人員。在40～65 s時進入站廳層的人員基本等于疏散的人員，人員達到平衡狀態(tài)。在65～83 s時間內，站廳層人員開始不斷減少，此時的人員減少速率基本等于疏散開始時的減少速率。在85 s后，人員的疏散速度又出現減緩現象。

根據工況M3 模擬結果的數據統計，站臺層使用樓扶梯組疏散的行人流量和站內使用通道疏散的行人流量如表4 所示。

4 結論

本文結合實際軌道交通車站模型，對島式車站的建筑結構、疏散參數等進行設置，建立了不同的地鐵車站疏散場景，利用Pathfinder 軟件對不同火災工況下的人員疏散進行了模擬分析，人員疏散的過程基本符合真實情況下的人員疏散情況。文章通過模擬分析和計算得出以下結論。

（1） 地鐵車站的站臺層通向站廳層的樓梯是易產生擁擠的部位，其通過能力直接決定了車站的疏散能力。（2）地鐵車站樓梯等疏散設施的布局，影響了車站內疏散人員分配，科學合理的布局有助于提高火災時人員的疏散效率。