天津地铁东南角站应急疏散仿真研究

天津地铁东南角站应急疏散仿真研究

姜娜

姜娜

中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300308

摘要：本文以天津地铁东南角站为例，借助Pathfinder软件建立了车站紧急疏散仿真模型，研究分析了步行设施对人员疏散的影响，指出了影响人员疏散的瓶颈部位，提出了优化措施，通过步行设施的合理布置，缩短站台疏散时间33.1s，达到规范要求的4min内全部撤离站台的标准，并指出步行设施的布置原则，对工程设计具有一定的指导意义。

关键词：地铁；应急疏散；Pathfinder；模拟计算

SimulationResearchofEmergencyEvacuationofDongnanjiaoStationinTianjinMetro

JIANGNa

（ChinaRailwayLiuyuanGroup，Co.，Ltd，Tianjin300308，China）

Abstract：BasedonPathfinder，theemergencyevacuationmodelofDongnanjiaoStationinTianjinMetrowasestablished，theeffectofwalkingfacilitiesonevacuationwasanalyzed，thebottleneckthataffectstheevacuationwaspointedout，optimummethodswereputforward，theevacuationtimeoftheplatformisshortened33.1sandthestandardforallplatformstobeevacuatedwithin4minisreachedthroughthereasonablearrangementofpedestrianfacilities，andtheprinciplesofpedestrianfacilitiesarrangementwerepointedout，whichhassomeguidingsignificancefordesign.

Keywords：Metrostation；Emergencyevacuation；Pathfinder；Simulation

引言

截至2018年底，我国内地累计有35个城市建成投运城市轨道交通线路5766.6公里。随着我国轨道交通进入现代化高速发展阶段，地铁作为大运量轨道交通制式已实现网络化布局，地铁车站特别是换乘车站，作为人员密集场所，如果应急疏散措施不当，极易发生群死群伤事故。开展地铁车站应急疏散研究在保障乘客安全方面具有重要意义。国内外学者针对地铁人员疏散做了大量的研究。文献[1][2]通过问卷调查，分析了影响疏散行为的因素，利用应急疏散软件对地铁车站进行了人群仿真，分析了影响疏散的因素，提出了疏散方案改进建议。文献[3]从主观和客观两个方面对地铁应急疏散过程的影响因素进行了分析，利用Pathfinder建立仿真模型，分析了人员特性和站内结构对疏散过程产生的影响，并提出综合因子的概念将尽可能多的影响因素反映在疏散人员速度上。文献[4]通过问卷调查、客流录像分析等方法，总结出换乘站人员疏散能力影响因素及最大待疏散人数计算方法，并以重庆两路口地铁站为例，通过模拟计算，提出了保证人员安全疏散的方案。文献[5][6]分别对北京和西安的两个“十字”换乘车站进行了应急疏散仿真，分析了影响换乘站人员疏散的瓶颈，并针对性的提出了客流疏散完善方案。影响地铁人员疏散的主要因素有人员心理及车站步行设施布置等，其中，步行设施的设置是地铁建筑设计人员考虑的重点内容。本文借助Pathfinder软件，以天津地铁4号线与2号线十字换乘车站东南角站为研究对象，着重研究步行设施对人员疏散的影响，为车站步行设施的设计和布局、车站应急疏散方案的制定提供参考。

1工程概况

东南角站位于和平区东马路与南马路交叉口处，为M2线与M4线换乘站，采用岛岛式十字换乘形式，车站共设置5个出入口。其中A出入口为4号线远期预留口，与控制中心地块建筑结合建设，由于远期工程建设的不确定性，本次研究不计A出入口；B、C、D出入口为2号线与4号线共用出入口，M2出入口为2号线独立出入口。站位详见图1。2号线已通车运营，无优化条件；本文以后建线路4号线为主要研究对象，利用人员应急疏散仿真工程软件Pathfinder，建立东南角站实体模型，对车站人员应急疏散过程进行仿真研究，寻求疏散方案优化措施。4号线为地下两层岛式车站，车站的地下一层为站厅层，与2号线的付费区与非付费区分别实现连通，在付费区与非付费区之间设安检设备、进出站闸机、活动栏杆分隔；车站的地下二层为站台层，站台形式为13.0m岛式站台，站台长度158.0m，B型车8辆编组，站台中间设置3部上行扶梯（FT01~03）、1部下行扶梯（FT04）、3部楼梯（LT01~03）和1部垂直电梯与车站站厅层连通，并设置1部换乘楼梯与既有线2号线车站站台层连通。车站实体模型如图2所示。

图1东南角站站位图

图2东南角站模型图

2仿真参数设定

2.1步行设施

本站主要步行设施包括安检机、进出站闸机、出入口、楼扶梯等，详细参数见表1。从表中可以看出，出入口通道的通行能力远远大于车站需要的疏散宽度，因此，本文在仿真过程中暂不考虑通道的影响。

表1车站步行设施

2.2疏散人数

根据东南角站客流数据计算得出远期超高峰小时1列进站列车的预测最大客流断面流量（人）为1087人，远期超高峰小时站台上最大候车乘客（人）为642人。

2.3人员特征

人员特征主要包括人员构成、人数比例、行走速度、行人肩宽等因素。《地铁安全疏散规范》[7]将地铁人员构成分为4类，分别为儿童、中青年男士、中青年女士、老人，并给出了相应的行走速度，考虑在应急状态下，疏散人员行走速度会加快，行走速度按提升1.2倍考虑[8]。人数比例根据前人研究成果确定[4]。根据《中国成年人人体尺寸》[9]、《中国未成年人人体尺寸》[10]，考虑穿着修正量等因素[8]，行人肩宽设定为50百分位以上的随机分布。人员特征详细参数见表2。

表2人员特征参数表

3结果分析

3.1计算疏散时间

《地铁设计防火标准》5.1.1规定[11]：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。乘客全部撤离站台的时间应满足式（1）要求。

根据公式可计算出全部乘客撤离站台的疏散时间为177s。

《地铁设计规范》28.2.11规定[12]：车站站台公共区的楼梯、自动扶梯、出入口通道，应满足当发生火灾时在6min内将远期或客流控制期超高峰小时一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区的要求。乘客从站台层疏散至站厅公共区或其他安全区域的时间应满足式（2）要求。

根据公式可计算出全部乘客撤离站台到达安全区域的疏散时间为237s。

3.2步行设施对人员疏散的影响

根据规范要求，火灾工况时逆向运转的自动扶梯不能计入疏散用，本站FT04参数疏散，上行扶梯FT01~03均参与疏散，规范要求疏散计算时需扣除一台参数疏散的上行扶梯，因此，本文分别计算不同扶梯发生故障时对人员疏散的影响。

1）疏散时间分析

不同扶梯故障情况下疏散时间如表3所示，FT01故障情况下，乘客全部离开站台的时间最短，为246.4s；FT03故障情况下，乘客全部离开站台的时间最长，为264.6s，均大于理论计算疏散时间177s，且不满足规范要求的4min内全部撤离站台的标准。FT01故障情况下，乘客全部到达站厅的时间最短，为257.7s；FT03故障情况下，乘客全部到达站厅的时间最长，为279.6s，均大于理论计算疏散时间237s，但是满足规范要求的6min内将乘客从站台层疏散至站厅公共区或其他安全区域的标准。理论计算仅从步行设施的理论通行能力出发，未考虑人员行为特征、拥堵程度、步行设施位置、疏散路径选择等因素的影响，因此，仿真计算结果更加符合实际疏散情况。

表3不同扶梯故障人员疏散时间表

2）疏散路径分析

不同扶梯故障情况下步行设施通行能力如图3所示。不同扶梯故障情况下，D出入口均吸引了50%以上的乘客。三组楼梯（LT01~03）吸引了75%以上的乘客疏散，说明楼梯是站内疏散的主要设施，扶梯宽度仅有1m，实际通行能力较弱。中部LT02吸引乘客最多，楼扶梯位置布置对疏散有较大影响。

3）疏散瓶颈分析

FT03故障情况下，疏散时间最长，本文对FT03故障下疏散仿真过程进行分析，研究疏散瓶颈存在的部位，车站步行设施人员疏散情况如图4所示。

楼扶梯在车站的布置位置及楼扶梯宽度对人员疏散有重要的影响，因车站换乘方案限制，站台层主要步行设施集中设置在车站左半部分，分别设置了两组宽度为2.75m的楼梯（LT01、LT02）及宽度为1m的上行扶梯（FT01、FT02），车站右半部分仅有一组1.6m宽的楼梯（LT03）可供疏散，疏散人员集中通过LT02、FT02及LT03进行疏散，站台层楼扶梯布置位置是乘客疏散的瓶颈之一，为给乘客提供更有利的疏散路径，站台层楼扶梯有条件情况下应尽量均匀布置。

站厅层乘客疏散主要聚集在闸机口部及安检通道处，通过LT01、FT01到达站厅的乘客主要分为两部分进行疏散，一部分通过车站左上部设置的进站闸机、安检通道后，通过C出入口进行疏散，另一部分通过车站左下部设置的出站闸机后，通过D出入口进行疏散；通过LT02、FT02到达站厅的乘客主要分为两部分进行疏散，一部分通过车站中上部设置的进站闸机后，经安检通道后通过C出入口和B出入口进行疏散，另一部分通过车站中下部设置的出站闸机经D出入口进行疏散；通过LT03到达站厅的乘客，一部分通过车站右上部设置的出站闸机后，经B出入口进行疏散，另一部分通过车站右下部设置的进站闸机，经安检通道后经M2出入口进行疏散；因D出入口正对出站闸机，疏散人员不受安检通道的限制，同时由于车站左半部分设置楼扶梯对站台层乘客疏散吸引作用，通过D出入口的疏散人员占总疏散人员的54.9%，通过B、C、M2出入口的疏散人员分别占总疏散人员的11.5%、21.9%、11.7%，出入口利用率不均衡，站厅层安检设备及闸机布置是影响乘客疏散的另外一个瓶颈。站内步行设施是一个有机整体，互相影响，站内步行设施的布置应统筹考虑对疏散的影响，合理布局，减少步行设施利用不均衡率，才能最大限度的发挥步行设施的疏散作用。

图3不同扶梯故障步行设施通行能力图

图4车站累积疏散人员图图5车站累积疏散人员图（优化后）

3.3步行设施优化配置

根据前述仿真结果，影响人员疏散的主要瓶颈为站台层楼扶梯口部、站厅层闸机口部及安检通道部位。由于本站换乘型式和空间的限制，无法通过调整楼扶梯布置提高疏散能力，因此考虑通过站厅层步行设施优化提高整体疏散能力，考虑安检通道隔离一般为便于拆卸的临时隔离设施，应急疏散时安检隔离带予以拆除；公共区付费区与非付费区通过栅栏隔离，一般不宜拆除，根据规范要求，在栅栏上设置平开疏散门，应急疏散时人员可通过疏散门进行疏散，提高步行设施的疏散能力。疏散门的布置原则为：疏散距离尽量短，疏散人员不通过安检通道进行疏散，站厅闸机、安全出口等步行设施尽量均衡利用。从而提高疏散效率。优化后的人员疏散情况如图5所示。

1）疏散时间

优化后乘客全部离开站台的时间为231.5s，比优化前方案缩短了33.1s，满足规范要求的4min内全部撤离站台的标准。到达站厅的时间为241.2s，满足规范要求的6min内全部疏散至站厅公共区或其它安全区域的要求。全部离开的时间为302.5s，比优化前方案缩短了73.3s。优化前后的疏散时间详见表4。

表4FT03故障情况下人员疏散时间表

2）疏散瓶颈分析

优化前后步行设施通行能力详见图6。优化后，各楼扶梯通行人数变化不大，各楼扶梯通行人数更加趋于均匀，楼扶梯综合利用率及通行效率有所提升；B、M2出入口通行人数变化不大，这两个出入口主要疏散通过

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