張 歡

(北京市軌道交通設(shè)計研究院 北京 100089)

深埋地鐵車站人員緊急疏散計算

張 歡

(北京市軌道交通設(shè)計研究院 北京 100089)

提出深埋地鐵的新站型，進行緊急疏散演算，探討針對深埋地鐵新站型的人員消防疏散的計算問題，通過計算來驗證和歸納深埋地鐵站在建筑設(shè)計時應(yīng)重視的設(shè)計要點，為未來深埋地鐵車站的設(shè)計提供參考。將兩座車站的客流代入兩個深埋車站的新站型中，根據(jù)國家標準和新地標的疏散公式進行計算。結(jié)果表明:首先，新站型的建筑形式是成立的，可以滿足國家標準疏散的要求;其次，兩個計算公式均反映了客流與疏散設(shè)施的匹配度問題，當客流較大時，需增加通行設(shè)施的數(shù)量以及縮短站廳層至站臺層的距離來滿足疏散要求;再次，通過北京新地標的公式計算發(fā)現(xiàn)，在兩種站型通行設(shè)施數(shù)量相同的情況下，影響深埋車站人員疏散時間的兩大因素是站廳至站臺的距離和客流。

深埋地鐵車站;人員疏散;緊急疏散計算

1 研究的意義和現(xiàn)狀

隨著一個城市軌道交通線網(wǎng)的發(fā)展，未來相互交叉的線路逐漸增多，導致車站的埋深增大，地鐵車站建設(shè)的外部條件可能愈趨于復雜和難以實施。目前，北京地鐵8號線三期王府井站、前門站工程，以及正在研究的北京地鐵R1線工程，結(jié)構(gòu)底板埋深均達32 m之多，部分主體結(jié)構(gòu)已進入微承壓水層，所以標準站型將不適應(yīng)這種埋深增大的情況。通過分析國內(nèi)外地鐵建設(shè)情況，認為開展適應(yīng)深埋的新型化、多樣化地鐵車站的綜合技術(shù)研究，對提高車站施工的可能性、提高施工設(shè)備利用率、降低房屋拆遷和管線改移對整個地鐵工程實施的影響、降低工程風險、提高建設(shè)投資效益具有深遠的意義。

國內(nèi)對深埋地鐵疏散的相關(guān)研究較少。史聰靈等利用深埋地鐵車站模型，實驗研究了列車停靠站臺時發(fā)生火災情況下火災煙氣蔓延的規(guī)律，分析了火災煙氣有效控制的方案，探討了深埋地鐵車站列車火災防控的地鐵設(shè)計必須解決的問題［1］。鐘茂華等通過人員疏散動力學模型對深埋車站的人員疏散過程(1 200人)進行計算機模擬，研究突發(fā)事件時深埋站點內(nèi)人員能否安全疏散［2］。鐘茂華等還介紹了模型實驗的設(shè)計，車站站臺公共區(qū)大系統(tǒng)、軌頂排煙系統(tǒng)、軌底排煙系統(tǒng)、區(qū)間隧道排煙系統(tǒng)、測量系統(tǒng)設(shè)計等［3-4］。這些研究均強調(diào)了深埋地鐵站中對于疏散問題的重視。但是，深埋地鐵車站的站型是復雜而多變的。筆者旨在探討新的深埋地鐵站型的人員消防疏散計算問題，通過計算來驗證和歸納深埋地鐵站在建筑設(shè)計時應(yīng)重視的設(shè)計要點。

2 深埋地鐵車站建筑站型研究

2.1 深埋車站站型

方案設(shè)計的前提條件為:在北京地區(qū)建設(shè)的埋深約30 m(軌行區(qū)結(jié)構(gòu)拱頂外皮至地面的距離)的車站;站臺層與站廳層通過通道連接;設(shè)定列車為6A編組，有效站臺長度為140 m;車站采用島式站臺形式，單側(cè)的站臺寬度為5 m;站臺隧道左右間凈距為1D(D為站臺隧道開挖寬度)。

該種站型的建筑布局所遵循的原則，是將車站深埋部分的體量盡量縮小，采用小斷面形式的車站，達到減小施工難度、降低施工造價和施工風險的目的?？刹捎脙蓚€左右線的站臺，將線路標高無法抬升的站臺層與站廳層分開設(shè)置，廳臺通過專用斜通道連接。此站型的基本特點是:站臺為兩個獨立的深埋隧道;淺埋外掛式站廳層根據(jù)周邊用地條件的不同，可以采用明挖法或暗挖法施工。根據(jù)站臺形式不同，車站站型又可設(shè)計為島式車站、側(cè)式車站(見圖1、2)，還可以根據(jù)實際用地條件將站廳布置為端進式站廳或者外掛式站廳。

圖1 分離島式車站

圖2 分離側(cè)式車站

2.2 新型深埋車站布局方案

基于以上前提條件，對新型深埋地鐵站型布置了兩個建筑方案作為緊急疏散研究的車站模型。

方案1:站廳層與站臺層分開，站廳層垂直設(shè)置在站臺層的正上方(站廳層可采用明挖法、暗挖法施工)。站臺層為兩個單圓隧道，兩隧道之間由聯(lián)絡(luò)通道聯(lián)系。站臺層設(shè)置兩個扶梯通道直接聯(lián)系站廳層，站廳層爬升高度假定為21.6 m，通道內(nèi)為兩部上行扶梯和一部下行扶梯。按北京市地方標準要求，扶梯提升高度超過13 m時扶梯高度分為兩次提升。由于通道提升中沒有轉(zhuǎn)折設(shè)置，兩部扶梯之間的水平段保持最短距離12 m，所以通道長度可設(shè)置為最短63 m(見圖3)。同時利于疏散的考慮，在站臺層中間位置設(shè)置一個梯段寬度為2.4 m的樓梯間和一個無障礙電梯間，方便乘客通行。

圖3 深埋車站方案1剖面

方案2:站廳層與站臺層分開，站廳層設(shè)置在站臺層的斜上方(站廳層可采用明挖法、暗挖法施工)。外掛式站廳層可分為兩層(含設(shè)備層)，或者在用地條件允許的情況下，站廳層與設(shè)備層同層設(shè)置。以外掛式站廳兩層設(shè)計為例，方案中地下一層為設(shè)備層，地下二層為站廳層。站臺層與站廳層的連接方式同方案1，不同之處在于此方案為滿足站廳層在站臺層側(cè)上方設(shè)置的條件，需將扶梯通道做轉(zhuǎn)折處理，轉(zhuǎn)折通道長度為77.6 m(見圖4)。在站臺層中間位置同樣設(shè)置一個梯段寬度為2.4 m的樓梯間和一個無障礙電梯間，均設(shè)置防煙前室。

圖4 深埋車站方案2剖面

深埋地鐵新站型與以往標準式廳臺結(jié)合布置的站型相比，在建筑布局設(shè)計上有很多不同之處。站臺層到站廳層的提升高度增加(普通兩層車站的提升高度一般為5.1 m)，這樣站臺層到站廳層的疏散距離有所增加。車站埋深加大，導致人員疏散距離加長、疏散的難度加大、滅火救援的難度加大等一系列問題。疏散問題一直是地下空間設(shè)計的重中之重，深埋車站的建筑設(shè)計在考慮增加必要的通風排煙設(shè)施的基礎(chǔ)上，更應(yīng)該重視車站建筑的消防設(shè)計。

3 深埋地鐵車站緊急疏散計算

對于深埋地鐵新站型的緊急疏散驗算，將按照GB 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱“國標”)和即將頒布的北京市地方標準《城市軌道交通工程設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱“地標”)兩個規(guī)范的公式來進行計算。選取北京地鐵8號線三期兩座車站(一座為一般性客流的木樨園橋北站，另一座為客流較大的王府井站)的客流為例對新站型進行驗算，試圖找到新站型建筑布局中影響客流疏散的因素，進而對深埋地鐵車站的建筑布局以及疏散設(shè)計提出要求。

3.1 緊急疏散計算(國標)

地鐵車站失火成災的時間很短。國標規(guī)定:“人行樓梯和自動扶梯的總量布置除應(yīng)滿足上、下乘客的需要外，還應(yīng)按站臺層的事故疏散時間不大于6 min進行驗算?！保?］

3.1.1 木樨園橋北站的驗算

以木樨園橋北站為例(見表1)，本站客流以商業(yè)客流為主，超高峰系數(shù)取1.3，高峰小時開行列車對數(shù)初、近、遠期均為30對。

表1 木樨園橋北站遠期(2040年)早高峰小時客流

按國標中的公式計算事故疏散時間如下:

式中:Q1——1列車乘客人數(shù)，本站為 26 436/30=882人;

Q2——站臺上候車乘客人數(shù)，本站為(2 071+4 511)×1.3/30+10=296人;

A1——自動扶梯通過能力，本站為7 300/60=121.7 人/min·m;

A2——人行樓梯通過能力，本站為3 700/60=61.7 人/min·m;

N——自動扶梯臺數(shù)，本站為6臺;

B——人行樓梯總寬度，本站為2.2 m。

代入式(1):T=1+(882+296)/0.9［121.7(6 －1)+61.7 ×2.2］=1+1.76=2.76 min ＜6 min。

3.1.2 王府井站的驗算

疏散計算中客流較大的車站以王府井站為例(見表2)。8號線王府井站與既有1號線換乘，且周邊為大型商業(yè)建筑，以商業(yè)客流和旅游客流為主，因此本站超高峰系數(shù)取1.4，高峰小時開行列車初、近、遠期均為30對。

表2 王府井站遠期(2040年)早高峰小時客流

按國標中的公式進行計算，則

通過計算，深埋車站新方案可以滿足緊急疏散要求，說明此種站型是成立的。

3.2 緊急疏散計算(地標)

地標規(guī)定:“車站公共區(qū)站臺至站廳、站臺至其他安全區(qū)的疏散樓扶梯和疏散通道的通過能力，應(yīng)保證遠期或客流控制期超高峰小時一列進站列車所載乘客及站臺上的乘客在6 min內(nèi)全部疏散至站廳或其他安全區(qū)域，乘客從站臺樓扶梯口或通道口通過全部疏散設(shè)施的時間不應(yīng)大于4 min。即高峰時段該站臺上的候車乘客和進站列車所載乘客通過樓扶梯和疏散通道等安全出口的時間不得超過4 min，這是考核站臺上所有安全出口通行設(shè)施能力的規(guī)定?！?/p>

地標針對上述條文還做出如下解釋:“總的緊急疏散時間中考慮了最后一名乘客從站臺樓扶梯口提升到站廳安全區(qū)所需要的時間Δt1。對層數(shù)超過三層的車站以及大深度的地下車站，由于樓扶梯提升時間對疏散總時間影響較大，因此必須考慮最后一名乘客從站臺提升到站廳的時間 Δt1?！保?］這說明地鐵疏散6 min以及4 min要求的制定考慮了車站埋深較大時的情況。接下來將對新站型的Δt1進行核算，以此衡量深埋地鐵新站型能否滿足地標的安全疏散要求。

地標較國標的疏散計算因素除考慮了扶樓梯的數(shù)目和客流因素外，還考慮了通道的長度以及疏散設(shè)施的匹配度因素。由于新站型的兩個方案中通道長度不同，所以需針對兩個方案分別進行計算。

3.2.1 木樨園橋北站

木樨園橋北站按地標中的公式［6］進行計算。

方案1:站廳層設(shè)置在站臺層正上方。為使通道實現(xiàn)最短化，只需滿足扶梯之間的間距要求即可。則

式中:Tz——疏散乘客從站臺樓扶梯口或通道口通過所有疏散設(shè)施所需時間;

Tl——最后一名乘客從站臺撤離到站廳或其他安全區(qū)所需時間;

Δt1——最后一名乘客從站臺自動扶梯下的水平梯級口或樓梯口(疏散通道口)疏散到站廳或其他安全區(qū)所需時間;

Q1——遠期或客流控制期高峰小時行車間隔內(nèi)一列進站列車的客流斷面流量，本站為26 436/30=882人;

Q2——遠期或客流控制期高峰小時行車間隔內(nèi)站臺上候車的乘客總?cè)藬?shù)，本站為(2 071+4 511)/30=220人;

α——超高峰系數(shù)，本站為 1.3;

As——上行自動扶梯的通過能力，本站為121.7人/min;

Al——人行樓梯的通過能力，本站為61.7人/min;

Ns——上行自動扶梯總數(shù)，本站為4部;

Nx——下行自動扶梯總數(shù)，本站為2部;

Bl——站臺上人行樓梯的總寬度，本站為2.2 m;

t1——離站臺自動扶梯或樓梯(疏散通道)最近的列車車門的第一名乘客走到該自動扶梯水平梯級口或樓梯口(疏散通道口)所需的時間，本站為 19.71/60=0.33 min;

Lz——自動扶梯上基點與扶梯下第一步水平梯級之間的水平投影長度，本站為37.4 m;

Vz——自動扶梯名義速度，本站為 0.65×60=39 m/min。

另:站臺乘客平均步行速度為60 m/min;站臺上如果只設(shè)上行自動扶梯時，上行自動扶梯總數(shù)需減去一臺檢修扶梯，檢修扶梯不參加疏散。則

由上可知，在方案1中，站臺到站廳提升高度為21.6 m，通道長度最短為62 m，可滿足緊急疏散要求。

方案2:站廳層設(shè)置在站臺的斜上方，乘客需在通道內(nèi)轉(zhuǎn)折通行。則

通過計算得知:在本方案中，站臺到站廳的提升高度同樣為21.6 m、通道長度為77.6 m情況下，方案2中Tl較方案1多0.46 min，亦可滿足緊急疏散要求。

3.2.2 王府井站

王府井站按新地標中的公式［6］進行計算。

方案1:站廳層設(shè)置在站臺層正上方。則

通過代入王府井站客流計算，通道長度62 m，可滿足緊急疏散要求。

方案2:站廳層設(shè)置在站臺層的斜上方，乘客需在通道內(nèi)轉(zhuǎn)折通行。則

通過計算得知，在方案2中，站臺到站廳提升高度同樣為21.6 m、通道長度為77.6 m，在客流增加以及通道長度加長的情況下，緊急疏散時間滿足不了規(guī)范要求。

4 結(jié)論

綜上所述，將兩座車站的客流代入兩個深埋車站的新站型中，根據(jù)國標和新地標的疏散公式計算結(jié)果得知:首先，新站型的建筑形式是成立的，可以滿足國標疏散的要求;其次，兩個計算公式中均反映了客流與疏散設(shè)施的匹配度問題，當客流較大時需增加通行設(shè)施的數(shù)量以及縮短站廳層至站臺層的距離來滿足疏散要求;再次，通過北京新地標的公式計算，在兩種站型通行設(shè)施數(shù)量相同的情況下，影響深埋車站人員疏散時間的兩大因素是站廳至站臺的距離和客流因素。

4.1 通道距離因素

地鐵疏散中最后一名乘客從站臺設(shè)施口提升到安全區(qū)域所需要的時間Δt1對是否滿足疏散要求起著重要的作用，而對Δt1起決定作用的是從站臺到安全區(qū)域的距離，即本方案中的通道距離。通道的距離因素又可分為水平長度及垂直高度兩個因素。為使得Δt1時間最短，深埋車站在設(shè)計中應(yīng)盡量減少連接站廳與站臺通道的轉(zhuǎn)折次數(shù)，即通道的長度L。在步行速度v=60 m/min一定的條件下，L越短，Δt1越小。

從樓扶梯設(shè)施的提升高度來看，提升高度越小，扶梯的投影長度越小，在扶梯速度39 m/min恒定的條件下，提升高度越小，Δt1越小。為使通道內(nèi)扶梯提升高度減少，可將站廳層盡量靠近站臺層標高設(shè)置，如可使車站設(shè)備層設(shè)置在站廳層上方，減少站臺層至站廳層通道的提升高度。但如果站廳層埋深過低，會導致出入口提升高度大、通道長等問題。鑒于深埋地鐵站出入口提升高度不宜大于18 m的限制，如站廳層設(shè)置在設(shè)備層上方，客流可先從扶梯輸送到設(shè)備層這一安全區(qū)域再疏散到站廳。北京地標中對安全區(qū)域的定義為:封閉車站配備了事故通風系統(tǒng)的中央大廳以及能為站臺乘客疏散提供保護的場所。如果地下車站站廳配備了事故通風系統(tǒng)，站廳可作為安全區(qū)。由此，可在設(shè)備區(qū)配置事故通風系統(tǒng)，或者在通道的中間部位根據(jù)人員的容納數(shù)量設(shè)置一個配備了事故通風系統(tǒng)的區(qū)域，將此區(qū)域視為安全區(qū)域，乘客疏散至此即認為到達了安全區(qū)。

4.2 客流因素

在車站服務(wù)設(shè)施、建筑布局等一定的情況下，客流的增多勢必增大服務(wù)設(shè)施的排隊長度、排隊人數(shù)、人員疏散密度等，使得人員疏散的時間增長，給車站的客流疏散組織、設(shè)施服務(wù)水平等帶來更大的問題。

由以上客流疏散計算結(jié)果得知:在車站方案相同的前提下，王府井站由于客流較大，所以在第二個方案通道長度達77 m的情況下，不滿足疏散6 min的要求。那么，在未來深埋車站的設(shè)計時，對于客流過大的車站應(yīng)盡量不采用此類站型，以保證使用安全。在用地條件苛刻的車站，在客流量能滿足計算要求的情況下，可以使用此類站型。

在方案前期，可以利用Tz公式對客流進行反證推導。首先需對公式中Δt1進行計算，進而用Tz進行反推演算，可以倒推出Q2站臺需要疏散的人數(shù)以及對斷面客流的預測。這樣對本站客流的數(shù)值有一個初期的判斷，可以作為深埋地鐵車站設(shè)計的另一個依據(jù)。

5 結(jié)語

乘客在復雜的地下建筑空間內(nèi)被疏散，不僅要受到其個人因素、客流密度的影響，同時車站內(nèi)服務(wù)設(shè)施以及建筑方案設(shè)置也是影響車站疏散的重要因素。

以上對新站型的緊急疏散演算是基于現(xiàn)行地鐵設(shè)計規(guī)范和即將頒布的北京地標的演算推導。隨著軌道交通的發(fā)展，深埋地鐵車站將具有更大的發(fā)展前景。為適應(yīng)這一趨勢，新的標準和規(guī)范也會隨之出現(xiàn)。

根據(jù)目前國外地鐵實例來分析:如倫敦地鐵最早采用了深埋的圓形隧道，深埋地鐵車站已經(jīng)在普及推廣建設(shè)。我國與之相比，軌道交通建設(shè)雖初具規(guī)模，但也存在差距，所以研究深埋地鐵新案例將會促進我國對于深埋地鐵站的新建設(shè)標準和技術(shù)要求的研究。軌道交通的發(fā)展要求不斷開拓設(shè)計思路，使地鐵車站不僅是一個運動的載體，更成為一個想象力不斷生長的空間。

［1］史聰靈，鐘茂華，涂旭煒，等.深埋地鐵島式站點火災模型實驗研究(2):列車火災［J］.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2006，2(2):14-18.

［2］鐘茂華，史聰靈，涂旭煒，等.深埋島式地鐵車站突發(fā)事件時人員疏散模擬研究［J］.中國安全科學學報，2007，17(8):20-25.

［3］鐘茂華，史聰靈，涂旭煒，等.深埋地鐵島式站點火災模型實驗研究(1):實驗設(shè)計［J］.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2006，2(1):3-9.

［4］史聰靈，鐘茂華，涂旭煒，等.深埋地鐵島式站點火災模型實驗研究(3):站臺火災［J］.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2006，2(3):33-38.

［5］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003:43.

［6］北京市規(guī)劃委員會和交通委員會.城市軌道交通工程設(shè)計規(guī)范［S］.北京，2013:103.

Study on Human Evacuation Calculation During Urgency in Deeply Buried Metro Station

Zhang Huan
(Beijing Rail and Transit Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100089)

Abstract:The new station type of deep buried underground was put forward.The calculation of emergency evacuation was carried out，through which the main points which should be paid attention to in deep buried underground architectural design in subway station was verified and concluded.According to the national standard and the new landmark of evacuation formula to calculate，the two station passenger flow was put into two types of new buried deep station＇s formula.The results showed that:first，the new stations of architectural form are acceptable，which can meet the requirements of national standards for evacuation;secondly，two formulas reflect the compatibility problem of passenger flow and the evacuation facilities.When the passenger flow is bigger，the number of traffic facilities should be increased，and the distance of station hall layer to the platform should be shortened to meet the requirements of evacuation;thirdly，through the new landmark of Beijing formula，under the same conditions of traffic facilities，it is found that what affects deep station evacuation time lies in two factors:distance between standing hall and passenger flow on platform.

Key words:deeply buried metro station;human evacuation;urgency evacuation calculation

U231+.4

A

1672-6073(2014)01-0019-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.006

收稿日期:2013-06-17

2013-08-09

作者簡介:張歡，女，工程師，碩士，從事軌道交通建筑設(shè)計工作，zhanghuan0317@163.com

北京市科學技術(shù)委員會(Z121100005412005)

(編輯:曹雪明)