劉高坤

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430000）

1 前言

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)軌距、鋼輪鋼軌型客運(yùn)軌道交通體系主要由高速鐵路、城際鐵路、市域鐵路及普通輪軌式城市軌道交通構(gòu)成［1］。由于受到城市規(guī)劃、地形或地面復(fù)雜環(huán)境限制，城市軌道交通線路大多采用地下敷設(shè)，高鐵、城際、市域等不同型式鐵路也越來(lái)越多地采用隧道的敷設(shè)方式。

地下隧道的敷設(shè)形式同時(shí)也帶來(lái)了救援疏散問(wèn)題，如發(fā)生火災(zāi)等事故，隧道內(nèi)半封閉環(huán)境將不利于人員的疏散。不同鐵路制式、不同疏散方式列車(chē)上人員疏散效率也各不相同。本文旨在提出一種研究不同鐵路車(chē)輛疏散仿真的方法，并通過(guò)對(duì)幾種典型鐵路車(chē)輛進(jìn)行疏散仿真，研究其疏散效率，并進(jìn)行分析。

2 鐵路車(chē)輛疏散要求

2.1 不同規(guī)范對(duì)車(chē)輛疏散的要求

（1）地鐵

《地鐵安全疏散規(guī)范》（GB／T 33668—2017）對(duì)區(qū)間疏散要求：可采用應(yīng)急疏散平臺(tái)疏散和道床疏散兩種方式。采用道床疏散時(shí)，列車(chē)端車(chē)應(yīng)設(shè)置前端門(mén)作為乘客緊急疏散門(mén)，并配置下車(chē)設(shè)施，車(chē)輛端門(mén)寬度不小于600 mm，高度不小于1 800 mm；采用應(yīng)急疏散平臺(tái)作為疏散通道時(shí)，車(chē)輛側(cè)門(mén)應(yīng)開(kāi)啟作為緊急疏散門(mén)，疏散平臺(tái)寬度一般不小于700 mm［2］。

而《地鐵快線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ／T 298—2019）對(duì)100 km／h～120 km／h的地鐵地下段單線疏散平臺(tái)寬度要求一般不小于1 m［3］。

（2）市域鐵路

《市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（T／CRSC 0101—2017）對(duì)市域列車(chē)應(yīng)急設(shè)施的要求：車(chē)輛可采用端門(mén)或側(cè)門(mén)疏散方式。車(chē)廂間貫通道寬度不小于1 200 mm，高度應(yīng)不小于1 900 mm；隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)貫通疏散通道，可利用側(cè)向溝蓋板或低于車(chē)廂地板150 mm～200 mm設(shè)疏散平臺(tái)作為疏散通道，單線疏散通道寬度一般不小于750 mm，高度不小于2.2 m［4］。

《市域快速軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》（T／CCES 2—2017）要求車(chē)輛可采用端門(mén)疏散或指定側(cè)門(mén)疏散，采用端門(mén)疏散時(shí)應(yīng)配置下車(chē)設(shè)施。車(chē)廂間貫通道寬度不應(yīng)小于1 200 mm，高度不應(yīng)小于1 900 mm。疏散平臺(tái)寬度單線一般不小于800 mm［5］。

近年來(lái)，隨著人們對(duì)消防安全的重視，軌道交通項(xiàng)目對(duì)隧道內(nèi)的側(cè)向疏散通道寬度標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，一些城市也提出了1.1 m寬的要求（如上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線）。

（3）高鐵和城際鐵路

《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10623—2014）對(duì)隧道內(nèi)疏散通道寬度的要求是不小于1 m［6］。

《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621—2014）要求隧道內(nèi)救援通道寬度不小于1.5 m［7］。

2.2 不同車(chē)型的疏散方式

2.2.1 城市軌道交通列車(chē)疏散方式

按照地鐵安全疏散規(guī)范要求，目前城市軌道交通的主要疏散方式有端門(mén)疏散和側(cè)門(mén)疏散。近幾年發(fā)展迅速的市域鐵路，其運(yùn)營(yíng)模式向地鐵靠近，疏散要求和疏散設(shè)施配置也與地鐵相似。

（1）端門(mén)疏散

由于城市軌道交通車(chē)輛一般運(yùn)營(yíng)速度較低，列車(chē)頭部采用非流線型設(shè)計(jì)，因此可在列車(chē)司機(jī)室前端設(shè)置緊急疏散門(mén)，在緊急情況下作為一種逃生手段，使乘客從列車(chē)兩端安全地疏散至道床。高架或未設(shè)置疏散平臺(tái)的區(qū)域發(fā)生緊急情況利用端門(mén)疏散。

（2）側(cè)門(mén)疏散

側(cè)門(mén)疏散時(shí)，側(cè)門(mén)作為緊急疏散門(mén)，區(qū)間設(shè)置相匹配的疏散平臺(tái)，疏散平臺(tái)貫通整個(gè)區(qū)間，地鐵的疏散平臺(tái)高度一般低于車(chē)廂地板100～200 mm。每隔一段距離設(shè)置臺(tái)階連接疏散平臺(tái)和道床面。當(dāng)列車(chē)發(fā)生火災(zāi)或其他故障停在區(qū)間時(shí)，乘客通過(guò)側(cè)門(mén)疏散到疏散平臺(tái)，再經(jīng)疏散平臺(tái)或道床面步行至車(chē)站、風(fēng)井等安全場(chǎng)所。

2.2.2 國(guó)鐵列車(chē)的疏散方式

國(guó)鐵動(dòng)車(chē)組車(chē)門(mén)寬度一般在660～1 300 mm之間，高速度等級(jí)列車(chē)由于空氣動(dòng)力學(xué)和氣密性要求，頭車(chē)無(wú)法設(shè)緊急疏散端門(mén)，只能采用側(cè)門(mén)疏散方式，并在列車(chē)上配置應(yīng)急疏散梯，緊急疏散時(shí)由乘務(wù)員安裝便攜式疏散梯引導(dǎo)乘客疏散。部分國(guó)鐵車(chē)型（如CRH5）為適應(yīng)低站臺(tái)，車(chē)門(mén)處設(shè)有踏步，亦可實(shí)現(xiàn)乘客緊急側(cè)門(mén)疏散。

3 不同車(chē)型列車(chē)疏散仿真分析

地鐵端門(mén)疏散由于利用道床做疏散通道，可以不再考慮單獨(dú)設(shè)縱向疏散平臺(tái)，從而控制土建規(guī)模，節(jié)省土建投資；從區(qū)間的整體疏散效率來(lái)看，疏散通道寬度決定了整體的疏散時(shí)間，但采用側(cè)門(mén)疏散，則為列車(chē)疏散提供了更多的疏散門(mén)，有利于列車(chē)疏散，尤其在車(chē)廂發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，采用側(cè)門(mén)疏散，能更快地將人員疏散至列車(chē)外［8－9］。采用何種疏散方式通常需要結(jié)合工程條件綜合考慮，而不少地鐵采用了疏散平臺(tái)側(cè)門(mén)疏散＋端門(mén)疏散的組合疏散系統(tǒng)，以提高疏散效率。

國(guó)鐵線路因其速度高、站間距大，隧道占比小，載客量小，且列車(chē)配有乘務(wù)員等特點(diǎn)，從安全性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，采用疏散梯疏散。

疏散時(shí)間是衡量軌道交通列車(chē)因火災(zāi)等事故在區(qū)間故障停車(chē)時(shí)人員安全的重要指標(biāo)，影響疏散時(shí)間的因素主要有：（1）疏散方式；（2）緊急疏散門(mén)的寬度、數(shù)量和位置；（3）車(chē)輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如座椅布置、中部通道寬度、貫通道寬度；（4）載客量。

本次研究提出利用 Pathfinder軟件，以地鐵A型車(chē)、市域D型車(chē)和CRH6F型車(chē)為例，建立車(chē)輛疏散模型，進(jìn)行應(yīng)急疏散仿真和分析［10］。

3.1 疏散模型參數(shù)選取和模型建立方法

在Pathfinder車(chē)輛疏散模型中，車(chē)廂內(nèi)可活動(dòng)區(qū)域、疏散梯和疏散平臺(tái)之間相互連通。疏散平臺(tái)兩端設(shè)有逃生出口，疏散人員則被模擬為圓柱體，疏散人員的行為設(shè)置為走向逃生出口。

根據(jù)《中國(guó)成年人人體尺寸》（GB 10000—1988）［11］中統(tǒng)計(jì)的人體肩寬尺寸，本次仿真研究選取平均值363 mm作為單個(gè)疏散人員模型的肩寬值，疏散時(shí)的人員平均步行速度取1.1 m／s。人員的疏散行為采用更符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)的Steering模式，在該行為模式下，疏散人員體積不可相互重疊，且靠近的人員之間會(huì)相互影響［12］。

本次仿真過(guò)程中，對(duì)相應(yīng)的人員疏散行為和邊界條件假設(shè)如下：

（1）所有乘客服從工作人員的指令，不攜帶行李、無(wú)人員逆行、過(guò)道無(wú)障礙。

（2）不考慮中部車(chē)輛著火等因素影響疏散路徑。

（3）不考慮疏散準(zhǔn)備。

（4）疏散人員數(shù)量為車(chē)輛允許的最大載客量。

3.2 地鐵A型車(chē)側(cè)門(mén)疏散仿真分析

以某城市地鐵A型車(chē)輛特征和參數(shù)為例建立地鐵A型車(chē)疏散仿真模型，主要參數(shù)如表1所示。仿真的疏散過(guò)程為：乘客經(jīng)過(guò)各車(chē)廂的側(cè)門(mén)到達(dá)應(yīng)急疏散平臺(tái)，所有乘客均到達(dá)疏散平臺(tái)時(shí)，則認(rèn)為列車(chē)的疏散過(guò)程結(jié)束。

表1 地鐵A型車(chē)疏散建模參數(shù)

建立仿真模型如圖1所示，通過(guò)計(jì)算分析得到疏散仿真的車(chē)廂剩余人數(shù)－時(shí)間關(guān)系，如圖2所示。

通過(guò)對(duì)車(chē)廂剩余人數(shù)－時(shí)間關(guān)系曲線和仿真三維視頻進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)：超員工況下總疏散時(shí)間為1 350 s；由于列車(chē)疏散的側(cè)門(mén)共有30樘，因此在疏散最初的50 s內(nèi)，從列車(chē)上疏散了近700人，但是由于疏散平臺(tái)的限制，最終車(chē)內(nèi)和疏散平臺(tái)上的乘客擁堵在頭車(chē)的第一樘側(cè)門(mén)處，所以導(dǎo)致整體疏散時(shí)間反而較長(zhǎng)。

3.3 市域D型車(chē)端門(mén)疏散仿真分析

目前國(guó)內(nèi)采用市域D型車(chē)的線路主要有北京大興機(jī)場(chǎng)線、溫州市域S1線、臺(tái)州市域鐵路S1線。本次以某市域D型車(chē)輛特征和參數(shù)為例建立市域D型車(chē)疏散仿真模型，主要參數(shù)如表2所示。車(chē)輛端車(chē)設(shè)置端門(mén)，采用橫縱結(jié)合的座椅布置形式。仿真的疏散過(guò)程為：在緊急疏散時(shí)，乘客經(jīng)過(guò)司機(jī)室與客室之間的門(mén)，進(jìn)入到司機(jī)室，再經(jīng)過(guò)司機(jī)室的緊急疏散門(mén)疏散至道床面，全部人員到達(dá)道床面則認(rèn)為疏散結(jié)束。

表2 市域D型車(chē)疏散建模參數(shù)

建立車(chē)輛疏散模型如圖3所示，通過(guò)計(jì)算分析得到市域D型車(chē)疏散仿真的車(chē)廂剩余人數(shù)－時(shí)間關(guān)系曲線，如圖4所示。由車(chē)廂剩余人數(shù)－時(shí)間關(guān)系曲線可知，整個(gè)列車(chē)人員疏散過(guò)程中，疏散速率基本固定，超員工況下總疏散時(shí)間為1 545 s。

通過(guò)分析仿真的三維仿真結(jié)果，可以看出車(chē)內(nèi)疏散時(shí)乘客擁堵主要發(fā)生在客室通往司機(jī)室的門(mén)通道處，因此增加司機(jī)室與客室之間門(mén)的寬度將有助于提升端門(mén)疏散效率。

3.4 城際動(dòng)車(chē)組疏散仿真分析

相比國(guó)鐵CRH系列的各型動(dòng)車(chē)組，CRH6F城際動(dòng)車(chē)組專(zhuān)為城際線路打造，適應(yīng)大運(yùn)量旅客運(yùn)輸需求。國(guó)內(nèi)運(yùn)行CRH6F動(dòng)車(chē)組的線路主要有長(zhǎng)株潭城際、寧波－余姚鐵路、上海金山鐵路以及珠三角城際等。本次研究以CRH6F城際動(dòng)車(chē)組為例進(jìn)行分析，車(chē)輛主要參數(shù)如表3所示。

表3 CRH6F型車(chē)疏散建模參數(shù)

一般國(guó)鐵車(chē)的緊急疏散梯配置在兩端車(chē)廂，本次仿真按照疏散梯安置在2車(chē)和7車(chē)的1位端車(chē)門(mén)來(lái)考慮，疏散救援通道寬度按規(guī)范要求的最小寬度1 m來(lái)考慮。仿真的疏散過(guò)程為：在緊急疏散時(shí)，乘客經(jīng)過(guò)2車(chē)和7車(chē)緊急救援梯疏散至側(cè)面的疏散救援通道，全部人員到達(dá)疏散通道，則認(rèn)為疏散結(jié)束。

利用Pathfinder建立三維疏散模型如圖5所示，通過(guò)計(jì)算分析，得到CRH6F動(dòng)車(chē)組疏散仿真的車(chē)廂剩余人數(shù)－時(shí)間關(guān)系曲線，如圖6所示。

由圖6可知，整體的疏散速率基本固定，這取決于救援梯的疏散能力，超員工況下總疏散時(shí)間為1 322 s。而疏散仿真結(jié)果則清楚地展示出，由于2＋2的橫排座椅布置，座椅間的過(guò)道寬度較窄，在疏散過(guò)程中，人員主要集中擁堵在座椅間過(guò)道和車(chē)廂貫通道區(qū)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

列車(chē)疏散一般采用應(yīng)急演練方式進(jìn)行，但由于涉及人員較多、組織困難，且存在一定的安全隱患，因此本文提出利用Pathfinder疏散仿真軟件建模的方法研究軌道交通列車(chē)疏散問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)地鐵6編組A型車(chē)側(cè)門(mén)疏散、8編組市域D型車(chē)端門(mén)疏散和8編組CRH6F城際動(dòng)車(chē)組緊急救援梯疏散三種不同類(lèi)型列車(chē)應(yīng)急疏散進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了該方法的可行性，并得出以下結(jié)論：

（1）6編組A型車(chē)側(cè)門(mén)疏散、8編組市域D型車(chē)端門(mén)疏散和CRH6F緊急救援梯疏散的超員疏散總時(shí)間分別約 1 350 s、1 545 s、1 322 s。

（2）地鐵列車(chē)側(cè)門(mén)配合疏散平臺(tái)的疏散方式，雖然可作為疏散的側(cè)門(mén)數(shù)量較多，但受限于疏散平臺(tái)狹長(zhǎng)的條件，經(jīng)側(cè)門(mén)已下到疏散平臺(tái)的乘客容易和列車(chē)上的乘客擁堵在頭車(chē)的第一樘側(cè)門(mén)處。

（3）在端門(mén)疏散中，主要影響疏散效率的是司機(jī)室與客室之間的門(mén)通道和緊急疏散門(mén)的寬度。

（4）CRH6F城際動(dòng)車(chē)組采用緊急救援梯疏散時(shí)，由于其車(chē)廂座椅布置的影響，座椅間過(guò)道較窄，對(duì)疏散效率的影響較大。

本文通過(guò)疏散仿真軟件對(duì)不同類(lèi)型列車(chē)的緊急疏散進(jìn)行仿真研究，結(jié)合不同列車(chē)的疏散過(guò)程，找出影響疏散效率主要因素，對(duì)后續(xù)鐵路項(xiàng)目車(chē)輛選型和車(chē)輛疏散系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。