上海地铁15号线疏散仿真研究

上海地铁15号线疏散仿真研究

孔维凤，孙勇，张学斌，佟年

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062）

摘要：本文根据上海地铁15号线车辆设计尺寸和上海地铁15号线武威东路地铁站实际建造尺寸，在Pathfinder软件中建立了仿真模型，通过仿真模拟计算出了列车组满员状态下的自身疏散时间以及从列车组和站台上的人员到B1层检票口的完全疏散时间，经过与在实际疏散测试中Predtetschenski和Milinski的测量值相比，自动扶梯和楼梯上的流量模拟值与正常条件下的测量值相符,从而进一步验证了本次仿真模拟的有效性，也为列车组与站台人员疏散仿真积累了经验。

关键词：上海地铁15号线；疏散仿真；

1使用软件

Pathfinder是一个基于模拟人员主体的、微观的出口和人类运动模拟器。该软件在建筑、海事、飞机和铁路部门各种应用中得到了很好的验证和确认。因此，它被认为可以提供可靠的、能代表真实疏散情况的仿真结果。本文使用了"Pathfinder"2021版（2021.2.0525 x64版本）。

2边界条件

边界条件选择利用德国联邦铁路局的EBA指南。应用于上海15号线车辆模型中的人员数量为2670，武威东路地铁站台上人员数量801。站台上的人员是作为在地铁的整个长度上等待地铁停靠（图1）。疏散的开始时间被设定为0秒，因为在模拟中不包括由于烟雾发展或乘客广播系统（扩音器系统）的任何延迟对人员的影响。然而，为了考虑单个独立人员对警报的不同识别情况，实施了最大为10s（正态分布）的初始延迟。

3仿真模型

仿真模型是根据上海15号线地铁列车信息以及对上海15号线具有代表性的地铁站武威东路站自行测量得出的。图1显示了输入数据和模型的概况。模型的边界，即疏散人员的出口设定为B1层的检票口，因为在这些检票口后面，没有可能影响来自列车组的疏散人员的障碍物。

关于楼梯和自动扶梯，设定边界条件为正常运行。这意味着，例如自动扶梯没有因为维修工作等原因而被关闭。疏散模拟过程中不使用已安装的垂直电梯，因为在火灾情况下，禁止任何乘客或工作人员使用垂直电梯。

图1：上海15号线车辆（上），武威东路站平面图（中），仿真模型站台和三维视图（下）

4仿真结果

至少进行10次模拟运行，以获得统计上合理的疏散期间的结果。如果结果的偏差大于10%，则进行额外的模拟运行,直到结果的偏差低于10%。

4.1疏散时间

通过10次模拟运行，站台的最长总疏散时间（从列车到站台B2层，再到B1层和出口检票口）为628.2秒。所有模拟期间，站台的平均疏散时间为616.7秒。每次模拟的最大偏差是1.84%（第10次），这低于进行更多模拟运行的阈值。由于偏差很低，仿真模型和软件被认为能提供合理的结果。

就列车组本身而言，最长的总疏散时间（从列车到站台B2层）为316.2秒。在所有模拟运行中，车站的平均总疏散时间为292.7秒。每次模拟的最大偏差是8.06%（第5次），这低于进行更多模拟运行的阈值。由于是可接受的偏差，仿真模型和软件被认为提供了合理的结果。

4.2仿真结果

以下是模拟运行第4次的详细仿真结果，该次从列车通过B2层和B1层平台到检票口的疏散时间最长。

4.2.1 自动扶梯/楼梯的流量

为了详细分析模拟结果并进行评估，如果结果有效且能反映真实情况，则应对自动扶梯和楼梯的流量进行了检查，并与类似情况下的真实疏散测试进行了比较。图2中的结果显示，在站台每个地点的两个固定楼梯附近的1至4号自动扶梯的平均流速为0.80人/(m*s)。自动扶梯5和6的平均流量为0.93人/(m*s)。

图2：自动扶梯示意（上），自动扶梯1至4的流量（左中），自动扶梯5和6的流量（右中），楼梯1和2的流量（下）

自动扶梯5和6的流量较高是合理的，因为疏散人员更多的是直奔自动扶梯，没有向任何其他方向的移动。与此相反的是，自动扶梯1至4的人员流量更大，人员有更多的选择来决定他们将移动的方向。最终，他们仍然可以直接在自动扶梯前决定，宁愿选择使用楼梯或走到自动扶梯上。这种行为对于真实的人类行为来说是合理的，但它降低了自动扶梯的流量以及楼梯的流量。

1号和2号楼梯的平均计算流速为0.69人/(m*s)，分别为0.51人/(m*s)。与自动扶梯相比，楼梯的流量相对较低，这是因为楼梯的使用率较低。人员倾向于使用自动扶梯来处理巨大的高度差。就任何实际情况而言，这种行为似乎是合理的，代表了正常的人类行为。

与在实际疏散测试中Predtetschenski和Milinski的测量值相比，自动扶梯和楼梯上的流量模拟值与正常条件下的测量值相符。因此，计算出的流量被认为是有效的，并代表了真实的疏散情况。

4.2.2 人员密度

人员密度提供了关于车辆和车站的几何形状相互作用的情况，以及人员人流是否顺利运行的信息。结果显示，自动扶梯和楼梯的客流分布均匀，由于楼梯和自动扶梯的容量有限，预计在前面会出现拥堵。此外，在柱子和方向变化点的预期拥堵也得到了确认。自动扶梯和楼梯前的拥挤的平均人员密度显示为每平方米3.5-4.5人。

进一步评估这些数值是否对乘客安全至关重要不在本文件的范围之内。

4.2.3 路径利用率

路径利用率的可视化可以提供模拟关于人员如何使用不同出口的信息，以及对结果如何发生的更深层次的了解。图3显示了某一特定区域被人员占据的累计时间。

图3：人员密度，时间步长为0s，100s，150s（从上到下），详细视图和1号楼梯及1号和2号自动扶梯的拥堵情况（下）

结果显示，大面积的拥堵导致这些区域的占用时间很长。这些区域主要位于楼梯和自动扶梯前面。但由于拥堵，区域也扩散到了更多的平台上。

特别是外侧楼梯和自动扶梯前的拥堵持续了很长时间，同样也蔓延到最大的区域。拥堵甚至蔓延到列车上，主要是列车组每个站点的第一和第二节车厢。因此，乘客甚至没有离开列车组就已经站在了楼梯/自动扶梯的拥堵处。这就是列车组疏散时间相对较长的主要原因。

总之，列车人员疏散平稳进行，但由于车站的楼梯和自动扶梯容量有限，很快就会受到拥堵的影响。

5结语

结果显示，列车组自身的疏散时间为316.2秒，从列车组到B1层检票口的完全疏散时间为616.7秒。研究发现，如果优化站台的几何形状以及楼梯和自动扶梯的容量，列车组本身的疏散时间可以更短。

参考文献

[1]Guideline for Microscopic Evacuation Analysis

[2]Simulation of the RIMEA test cases with Pathfinder

[3]Pathfinder Verification and Validation

[4]Pathfinder Technical Reference

[5]Pathfinder User Manual

[6]Handbook flows of people in buildings - calculation methods for project planning