穆娜娜，史聰靈，胥 旋，李 建

(中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 地鐵火災(zāi)與客流疏運(yùn)安全北京市重點實驗室，北京 100012)

0 引言

近年來，我國地鐵建設(shè)發(fā)展迅速，由于地鐵具有運(yùn)量大、速度快、準(zhǔn)時、舒適等特點，同時隨著公民綠色出行意識逐漸增強(qiáng)，越來越多的市民選擇地鐵出行，地鐵客流量逐年攀升，因此地鐵在承擔(dān)整個城市主要交通量的同時也面臨著大客流的沖擊。地鐵車站作為客流的主要集散地，需要通過科學(xué)合理的客流流線組織來提高乘客集散效率，特別是解決在高峰客流時如何緩解車站內(nèi)大客流擁擠和緊急疏散時客流流線沖突等問題。在正常運(yùn)營情況下，由于高峰客流時客流具有復(fù)雜性和多向性，車站工作人員最簡單直接的措施是根據(jù)經(jīng)驗在人流密集和人流沖突處設(shè)置導(dǎo)流欄桿進(jìn)行客流疏解。但在緊急情況下，所有乘客客流流向較單一，客流密度較大，導(dǎo)流欄桿的設(shè)置可能會影響行人流的整體運(yùn)動特性。因此，如何科學(xué)合理地設(shè)置導(dǎo)流欄桿以及如何協(xié)調(diào)處理不同運(yùn)營狀態(tài)下的客流組織關(guān)系，是制定地鐵車站客流組織方案必須要解決的問題，也是城市軌道交通運(yùn)營管理中的重要課題之一。張丹丹[1]通過數(shù)值模擬的方法，研究了不同行人流量站外限流欄桿的布局形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對行人流的影響，得出S型欄桿較通道型欄桿顯著降低了大客流時通行區(qū)域的行人密度，能夠有效控制進(jìn)站客流；張劭陽等[2]通過同向行人流、側(cè)向交織行人流、對向沖突行人流等仿真實驗，得出在一定流量條件下導(dǎo)流欄桿的設(shè)置可避免對向行人沖突、削弱側(cè)向行人沖突、加劇同向行人沖突的結(jié)論；李楊楊[3]對地鐵車站進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，歸納車站內(nèi)外導(dǎo)流欄桿常見的布置形式并分析了導(dǎo)流欄桿的作用；吳君尚等[4]在對站外限流欄桿設(shè)置分類的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬的方法研究各類站外導(dǎo)流欄桿在突發(fā)情況下對疏散效率的影響程度；肖慧雅[5]分析了西直門地鐵站存在的限流設(shè)施不足之處，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施；吳嬌蓉等[6]提出了地鐵行人交織區(qū)運(yùn)行狀態(tài)三級的劃分方法及其交織區(qū)的控制和調(diào)節(jié)流程。

站臺列車發(fā)生火災(zāi)時，必須疏散人員為超高峰小時1列進(jìn)站列車所載的乘客及站臺上的候車人員[7]，站臺列車火災(zāi)疏散時的站臺人員密度最大，因此站臺列車火災(zāi)時的人員疏散顯得尤為重要，而且站臺乘客安全疏散對于整個疏散過程來說也是至關(guān)重要的。在正常運(yùn)營過程中，為了充分利用站臺空間，車站工作人員為引導(dǎo)乘客分散候車，會將導(dǎo)流欄桿設(shè)置在站臺2側(cè)靠近樓扶梯的位置，但在緊急情況下進(jìn)行人員疏散時，導(dǎo)流欄桿可能會影響人員疏散效率。對此，采用BuildingEXODUS 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，以某地鐵車站為對象，研究導(dǎo)流欄桿對站臺人員密度、疏散時間的影響程度，對地鐵站臺導(dǎo)流欄桿的設(shè)置提供參考和借鑒。

1 導(dǎo)流欄桿風(fēng)險分析

導(dǎo)流欄桿是地鐵車站為方便引導(dǎo)乘客進(jìn)站、安檢、換乘、候車等設(shè)置的隔離設(shè)施，一般設(shè)在樓扶梯處、售票處、安檢處、換乘通道內(nèi)、出入口處等位置[1,3-4]。

導(dǎo)流欄桿按設(shè)置方式可分為固定導(dǎo)流欄桿、可推拉導(dǎo)流欄桿、可移動導(dǎo)流欄桿。固定導(dǎo)流欄桿是指預(yù)埋固定在地下的一種常態(tài)性、不易挪動的隔離設(shè)施，主要是用來避免經(jīng)常性沖突的行人流以及緩解大客流沖擊，一般設(shè)在換乘通道處；可推拉導(dǎo)流欄桿是指一種常態(tài)時固定、必要時可滑動的與固定導(dǎo)流欄桿組合存在的一種隔離設(shè)施，主要是用于緩解高峰客流，一般設(shè)在站廳；可移動導(dǎo)流欄桿是一種動態(tài)性的隔離設(shè)施，根據(jù)不同客流情況和需求進(jìn)行擺放具有一定的使用靈活性，主要是為了維持行人流秩序，一般設(shè)在出入口處、安檢處。

導(dǎo)流欄桿按作用可分為受限式導(dǎo)流欄桿和分流式導(dǎo)流欄桿。受限式導(dǎo)流欄桿是指在行人流2側(cè)設(shè)導(dǎo)流欄桿使其活動受限，行人按照導(dǎo)流欄桿設(shè)定的路線行走，有利于控制客流量，一般設(shè)置在安檢、出入口處，如圖1所示；分流式導(dǎo)流欄桿是指在行人流之間設(shè)導(dǎo)流欄桿，用于分隔客流，有利于避免客流交叉，一般設(shè)在換乘通道內(nèi)，如圖2所示。

圖1 受限式導(dǎo)流欄桿Fig.1 Restricted diversion railings

圖2 分流式導(dǎo)流欄桿Fig. 2 Diverting diversion railings

地鐵車站通過設(shè)置導(dǎo)流欄桿能夠起到較好的限流和分流作用，但在緊急情況下，乘客容易產(chǎn)生恐懼心理、驚慌心理、沖動心理、僥幸心理、從眾心理等[8-10]，當(dāng)遇到導(dǎo)流欄桿阻礙時，求生心理可能會使人員出現(xiàn)翻越導(dǎo)流欄桿的行為進(jìn)而導(dǎo)致混亂現(xiàn)象，最終造成不必要的人員傷亡。因此，在考慮設(shè)置導(dǎo)流欄桿的同時，應(yīng)考慮到導(dǎo)流欄桿對于車站人員緊急疏散時可能帶來的安全隱患，需通過科學(xué)合理的手段設(shè)置地鐵車站導(dǎo)流欄桿。本文以某地鐵車站為例，研究站臺導(dǎo)流欄桿對人員安全疏散的影響。

2 模型構(gòu)建

2.1 站臺概況

研究站臺為某市軌道交通換乘車站的1個站臺，該站臺為島式站臺，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層，站臺2端門長度為116 m，寬度為11.6 m，車輛采用6B編組，每節(jié)車輛設(shè)4個(8扇)列車門。站臺通向站廳的樓扶梯共4部，其中2部為上行扶梯(扶梯1、扶梯2)，2部為疏散樓梯(樓梯1常態(tài)下用于進(jìn)站、出站、換入客流，樓梯2常態(tài)下用于進(jìn)站客流、出站客流、換出客流)。扶梯寬度均為1 m，速度均為0.65 m/s，樓梯寬度均為3.6 m，臺階數(shù)為32個，樓梯平臺長度為1.2 m。在緊急疏散時，考慮扶梯2處于檢修狀態(tài)，扶梯1保持上行。站臺示意如圖3所示。

導(dǎo)流欄桿設(shè)置在站臺右側(cè)樓扶梯口，采用不銹鋼材質(zhì)，高度為1.1 m，長度(從站臺右側(cè)樓扶梯組的樓梯口開始算起)為14 m，具體位置見圖3。其作用是分散站臺右側(cè)樓扶梯的進(jìn)站客流和換乘客流進(jìn)行站臺候車。

圖3 研究站臺示意Fig.3 Sketch map of the research platform

2.2 客流特性

站臺列車發(fā)生火災(zāi)時，需將超高峰小時1列進(jìn)站列車所載的乘客及站臺上的候車人員全部撤離站臺到達(dá)站廳層[11-12]。通過客流觀測，其中中青年男士約占45%，中青年女士約占38%，老人及兒童約占17%，不同年齡、性別人員的運(yùn)動速度參考規(guī)范[12]。按照早高峰(8：00-9：00)客流觀測結(jié)果，上行方向高峰小時最大斷面客流為31 110人/h、進(jìn)站客流為665人/h、換入客流為6 385人/h，最小行車間隔為125 s，線路通過能力28對/h，超高峰系數(shù)取值1.1。通過計算，上行列車載客為1 223人，站臺候車乘客277人，高峰客流時期上行列車火災(zāi)時站臺必須疏散乘客為1 500人。

2.3 模擬工況

BuildingEXODUS為精細(xì)網(wǎng)格模型，模型采用0.5 m×0.5 m的正方形網(wǎng)格點，每個網(wǎng)格可與相鄰8個網(wǎng)格相連[13]。本文對固定導(dǎo)流欄桿(A1～A8)、可推拉導(dǎo)流欄桿(B1～B4)下的12種工況進(jìn)行數(shù)值模擬[14-15]，如表1所示。其中，固定導(dǎo)流欄桿長度是指從樓梯口開始設(shè)置固定導(dǎo)流欄桿的長度，如圖4所示；可推拉導(dǎo)流欄桿長度是指14 m長的導(dǎo)流欄桿從樓梯口開始設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿的長度，在緊急疏散時可推開導(dǎo)流欄桿，如圖5所示。

3 結(jié)果分析

3.1 站臺人員分布分析

圖6為A1工況下疏散時間為60，120，210 s時的人員密度分布圖。由圖6可見，A1工況時人員按照站臺左右2側(cè)樓扶梯的通行能力合理選擇樓扶梯進(jìn)行疏散，60 s時人員幾乎全部進(jìn)入站臺；120 s時站臺右側(cè)人員大部分集中在樓扶梯口、站臺門與樓扶梯之間的區(qū)域并進(jìn)行排隊。

表1 人員疏散數(shù)值模擬工況Table 1 Numerical simulation of evacuation

圖4 固定導(dǎo)流欄桿長度示意Fig.4 Diagram of the length of fixed diversion railings

圖5 可推拉導(dǎo)流欄桿長度示意Fig.5 Diagram of the length of push-pull diversion railings

圖7為A8工況下疏散時間60，120，210 s時的人員密度分布圖。由圖7可見，A8工況時站臺左側(cè)樓梯疏散和A1工況基本一致，區(qū)別主要在于站臺右側(cè)樓扶梯，60 s時人員基本全部進(jìn)入站臺；120 s時站臺右側(cè)人員大部分集中在固定導(dǎo)流欄桿內(nèi)、站臺門與固定導(dǎo)流欄桿之間的區(qū)域并進(jìn)行排隊；210 s時站臺右側(cè)人員在固定導(dǎo)流欄桿內(nèi)達(dá)到相對飽和。

圖6 A1工況下疏散時間為60,120,210 s時的人員密度分布Fig. 6 Distribution of personnel density at 60, 120 and 210 s at A1 operating mode

圖7 A8工況下疏散時間為60，120，210 s時的人員密度分布Fig. 7 Distribution of personnel density at 60, 120 and 210 s at A8 operating mode

在疏散過程中，人員逐漸到達(dá)樓扶梯口，設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時(工況A8)比不設(shè)固定導(dǎo)流欄桿時(工況A1)到達(dá)出口的距離增大，疏散時間增加。由圖6可見，不設(shè)固定導(dǎo)流欄桿時，人員排隊出現(xiàn)在樓梯口、站臺門與樓扶梯之間的區(qū)域，在樓扶梯口處存在客流交叉；由圖7可見，設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時，人員排隊出現(xiàn)在固定導(dǎo)流欄桿入口處、固定導(dǎo)流欄桿形成的通道內(nèi)、站臺門與固定導(dǎo)流欄桿之間的區(qū)域，在固定導(dǎo)流欄桿處和樓扶梯口處出現(xiàn)客流交叉現(xiàn)象，人員在導(dǎo)流欄桿內(nèi)呈現(xiàn)通道型排隊現(xiàn)象，由于排隊長度和寬度較大，人員在相對封閉空間容易出現(xiàn)極端心理行為，客流交織和沖突增加，這些心理行為會導(dǎo)致行走時間增加、行走路徑偏移增加、人員之間避讓沖突概率增大，容易產(chǎn)生次生災(zāi)害。

3.2 人員疏散時間分析

在客流高峰時期，對固定導(dǎo)流欄桿不同工況下(A1～A8)的地鐵站臺列車火災(zāi)人員疏散進(jìn)行數(shù)值模擬，得到人員疏散時間折線圖和柱狀圖，如圖8和圖9所示。圖8可以看出，隨著導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員到達(dá)樓扶梯出口的時間略有增加。由圖9可以看出，導(dǎo)流欄桿長度為0 m(工況A1)時，人員疏散時間最短，疏散時間為298 s；固定導(dǎo)流欄桿長度為14 m(工況A8)時，人員疏散時間最長，疏散時間為360 s，人員疏散時間隨著固定導(dǎo)流欄桿長度的增加呈現(xiàn)增加趨勢。

圖8 A1～A8工況的人員疏散時間折線Fig.8 Staff evacuation time line diagram A1～A8 working condition

圖9 A1～A8工況的人員疏散時間柱狀圖Fig.9 Evacuation time histogram for A1～A8 working condition

在客流高峰時期，對可推拉導(dǎo)流欄桿不同工況下(B1～B4)的地鐵站臺列車火災(zāi)人員疏散進(jìn)行數(shù)值模擬，得到人員疏散時間的柱狀圖，如圖10所示。由圖10可見，隨著可推拉導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員疏散時間呈減少趨勢。設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿長度為6 m(工況B4)時，人員疏散時間最短，疏散時間為325 s，人員疏散時間隨著可推拉導(dǎo)流欄桿長度的增加而減小。

圖10 B1～B4工況的人員疏散時間柱狀圖Fig.10 Evacuation time histogram for B1～B4 working condition

由圖9和圖10可見，設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時(工況A8)比不設(shè)導(dǎo)流欄桿時(工況A1)疏散效率降低了20.8%；設(shè) 6 m可推拉導(dǎo)流欄桿時(工況B4)比設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時(工況A8)疏散效率提高了9.7%，降低了導(dǎo)流欄桿對疏散時間的影響。地鐵車站在突發(fā)情況下開展人員緊急疏散時，若固定導(dǎo)流欄桿設(shè)置不當(dāng)，在某種程度降低了疏散效率；若合理設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿，人員疏散時間低于固定導(dǎo)流欄桿設(shè)置下的疏散時間，提高了人員疏散效率。

4 結(jié)論

1)通過BuildingEXODUS軟件對12種不同疏散工況進(jìn)行數(shù)值模擬，分析地鐵站臺列車火災(zāi)時導(dǎo)流欄桿設(shè)置對人員疏散時間的影響。

2)設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時，人員在導(dǎo)流欄桿內(nèi)呈現(xiàn)通道型排隊現(xiàn)象，由于排隊長度和寬度較大，人員在相對封閉空間容易出現(xiàn)極端心理行為，客流交織和沖突增加，容易產(chǎn)生次生災(zāi)害。

3)隨著固定導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員安全疏散時間增加；設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿比不設(shè)導(dǎo)流欄桿時疏散效率降低了20.8%；隨著可推拉導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員疏散時間降低，設(shè)6 m可推拉導(dǎo)流欄桿比設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時疏散效率增加9.7%。合理設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿時的人員疏散時間，小于設(shè)固定導(dǎo)流欄桿時的疏散時間，進(jìn)而提高了人員疏散效率。