基于数字模拟的地铁车站人员应急疏散优化研究

基于数字模拟的地铁车站人员应急疏散优化研究

宋煜1 黄勇 1

沈阳建筑大学

摘要：本文选取沈阳某地下标准岛式地铁车站，进行基于数字模型的人员应急疏散研究。在满足地铁设计规范的前提下，设置三种不同的情景进行应急疏散模拟，分析在远期地铁客流超高峰时期人员应急疏散结果的影响因素；利用模拟出的数据结果和分布特征，对该地铁车站的设置提出优化改进方案，并进行优化对比研究，提出合理化建议。本文通过数字模型的模拟研究，更加直观地对疏散人员行为与分布情况进行动态的观察，对车站的应急疏散能力进行合理分析，避免了按照规范公式中计算疏散时间的弊端，为车站空间优化布局设计提供可靠的参考。

关键词：地铁车站，数字模拟，应急疏散，优化

1 引言

地铁车站作为城市地下空间的重要组成部分聚集了大量的人群，由于空间环境相对封闭，人员应急疏散也成为了地铁车站建筑设计的重要内容。地铁车站的应急疏散能力受站台宽度、楼扶梯的疏散能力、进出站闸机及车站出入口等条件的制约。现行的地铁相关规范对疏散时间作了相关要求，但这种静态计算方法实际上只考虑了疏散楼梯和自动扶梯的通行能力对疏散时间的影响，且无法获知疏散过程中的人员分布情况。使用计算机模拟疏散的全过程,不仅可以了直观地观察到整个疏散过程的人员状况,而且能够看到在楼扶梯通行能力相同的情况下，不同情景也会产生不同的疏散结果。在各主要关键部位宽度不变的情况下，研究如何利用建筑自身的布局来提高车站的应急疏散能力是非常重要的。

2 数字模型仿真研究

1. 疏散设计规范要求

我国现今地铁车站疏散设计的依据是现行的GB50157-2013《地铁设计规范》^[1]和GB51298-2018《地铁设计防火标准》^[2]。《地铁设计防火标准》^[2]5.1.1规定：“站台至站厅或其他安全区域的疏散楼梯、自动扶梯和疏散通道的通过能力，应保证在远期或客流控制期中超高峰小时最大客流量时，一列进站列车所载乘客及站台上的候车乘客能在4min内全部撤离站台，并应能在6min内全部疏散至站厅公共区或其他安全区域”。并给出乘客全部撤离站台时间的要求：

这种计算时间的方法只考虑了疏散楼梯及自动扶梯的通行能力对疏散时间的影响，而在宽度一定的情况下，无论建筑空间如何布局，建筑面积与疏散距离如何变化，其计算出来的疏散时间都相同。

2.2 数字模型仿真环境

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.2.1沈阳某地铁车站设计数据

图1 站厅层和站台层平面图（图片来源：自绘）

如图1所示，地下一层为站厅层，共设四个出入口，进出站闸机口建模时分别简化为四个3.1m宽的出口；地下二层为站台层，西侧设置2部上下行扶梯，分别命名为StairA、StairC，东侧设置一部上行扶梯和一部疏散楼梯（宽度1.8m），分别命名为StairB、stair2，中间设置一部疏散楼梯（宽度2.4m）和一部垂直电梯，楼梯命名为stair1。自动扶梯的宽度1m,运行速度为0.65m/s。

2.2.2人员参数设定

以既有的客流预测专题报告为依据，该车站站台上参与疏散的总人数为952人。人员静态空间大小是指行人静止时所占空间的投影面积^[3]。人员疏散的步行速度,受疏散人员年龄、性别、心理、着装等因素影响,还与人员的年龄组成比例有关^[4]。基于有关地铁火灾人员疏散行为研究的问卷调查获得的数据资料^[5]，在本次模拟环境综合考虑人员组成、人员比例、疏散速度和人员静态空间参数四个方面，确定该车站的人员仿真环境相关参数，如表1所示。

表1 车站人员特征相关参数

2.2.3情景设置

在火灾工况时，站台的两台上行扶梯和两部楼梯可以用作疏散使用，下行扶梯不能计入疏散用。地铁安全疏散的计算公式中，N-1是假设1台扶梯故障停运，针对此情况设置了以下三种疏散情景方案，如表2所示。

表2 车站应急疏散情景方案设置

2.3 模拟结果分析

通过对疏散过程中楼扶梯的不同使用情况进行模拟，把得到的模拟结果和数据进行汇总。从表3中可以看出，楼扶梯的疏散宽度对疏散时间的影响，疏散宽度越大，疏散时间越短。情景二与情景三的疏散宽度相同，但模拟结果不同，这是由于疏散距离和楼扶梯的空间布局不同造成的，情景三中的楼扶梯在站台中布局均匀，疏散时间较情景二缩短了37s。

自动扶梯受其本身的运行速度和宽度的制约^[6]，从表4的数据可以看出，在不同情景下其通行效率是一定的，而楼梯的宽度决定了其通行能力。情景三中由于东侧人员疏散主要由Stair 2承担，故其通行效率较情景一提升了13.9%。

表3 各情景下的疏散时间汇总数据

表4 各情景下的楼扶梯通行效率汇总数据

3 优化对比分析

在车站各关键部位疏散能力不变的前提下，以缩短疏散时间，提高各关键部位的疏散效率为目标，研究优化楼梯的空间布局对疏散结果的影响。如图2所示把原方案中的Stair 1进行镜像布置，其他参数不变，对疏散情景二进行模拟。

图2 优化方案（图片来源：自绘）

在情景二下，模拟结果显示总疏散时间为320s,和原方案相比减少了11s。乘客全部撤离站台的时间为270s。从表5中可以看到Stair 1的疏散能力在上升，这是由于Stair 1镜像布置减少了西侧站台人员的疏散距离，使其承担了更多的疏散作用。

表5情景二下的Stair1通行效率对比数据

从上述结果可知，情景二的疏散时间在优化前后均不能满足规范要求。故在实际情景发生时，应该考虑下行扶梯停运作为疏散楼梯供乘客使用；或者应考虑在紧急情况下下行扶梯逆转上行来加速疏散过程。

4 结论

本文以沈阳某地下标准岛式地铁车站为例，运用建立数字模型进行不同疏散情景模拟的方法，对地铁车站的应急疏散过程进行研究，并依据模拟结果提出优化布局方案。以上结果表明，参与疏散的楼扶梯宽度和空间布局对疏散时间有着明显的影响。在参与疏散的楼扶梯总宽度不同时，疏散宽度越大，疏散时间越短。在参与疏散的楼扶梯总宽度相同时，疏散时间也会受疏散距离和楼扶梯的空间布局等因素的影响而不同。自动扶梯受其本身的运行速度和宽度的制约，其通行效率基本一定。疏散楼梯的通行效率由宽度决定，宽度越大，通行效率越高。在车站各主要关键部位宽度不变的情况下，可以通过改变楼梯的空间布局的相对位置关系来提高车站的应急疏散能力。

参考文献

[1]北京市规划委员会.GB50157-2013《地铁设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社，2013

[2]中华人民共和国公安部.GB51298-2018《地铁设计防火标准》[S]北京:中国计划出版社,2018

[3]刘梦洁.基于FDS和Pathfinder的地铁车站火灾疏散研究[D].华中科技大学,2016.

[4]刘文婷.城市轨道交通车站乘客紧急疏散能力研究[D].同济大学,2008.

[5]田娟荣.地铁火灾人员疏散的行为研究及危险性分析[D].广州大学,2006.

[6]姚斌,徐晓玲,左剑,刘跃红,刘力.自动扶梯运行方式对地铁站台人员安全疏散的影响[J].火灾科学,2008(01):19-24.

11沈阳建筑大学