軌道站火災(zāi)疏散安全區(qū)域界定研究

吳嬌蓉,胡山川,馮建棟

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點實驗室,上海 201804)

由于軌道站內(nèi)人群密集,人員流量大,空間相對封閉,且乘客容易迷路,一旦發(fā)生緊急情況,若疏散行動不夠有效極易導(dǎo)致人員傷亡.例如2003年2月,韓國大邱市地鐵發(fā)生人為縱火事件,導(dǎo)致198人死亡,147人受傷[1].最大限度減少傷亡的方法就是提高疏散效率.因此關(guān)于軌道站緊急疏散和路徑選擇的研究日益增多.我國對于軌道站疏散的安全區(qū)域、安全地點沒有明確定義,現(xiàn)行的《地鐵設(shè)計規(guī)范》[2](下文簡稱《規(guī)范》)指出,發(fā)生火災(zāi)情況下,應(yīng)在6m in內(nèi)將一列車乘客和站臺上候車的乘客及工作人員全部撤離站臺.《規(guī)范》只是提出了撤離站臺層的疏散要求,卻未說明撤離站臺層后,是否就脫離了險情,到達(dá)了安全區(qū)域或安全地點.文獻(xiàn)[3]認(rèn)為我國現(xiàn)行《規(guī)范》應(yīng)在軌道站疏散人數(shù)界定、疏散時間要求、疏散安全區(qū)域規(guī)定、步行設(shè)施緊急疏散條件下通行能力和通行速度等方面進(jìn)一步完善和修正.

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外在軌道站火災(zāi)疏散方面的研究多著眼于疏散時間的計算、火災(zāi)煙霧擴(kuò)散的模擬和火災(zāi)情況下人員的疏散行為及心理特點.1955年日本學(xué)者K.Togawa提出結(jié)合數(shù)值與實驗結(jié)果的逃生時間公式是目前估算建筑物最短疏散時間的常用工程方法[4].Kai Kang和Jacobs利用仿真軟件從火災(zāi)煙霧的擴(kuò)散角度分析了地鐵站臺層各個出口隨時間推移的可用性和封閉情況[5].張莉運(yùn)用仿真技術(shù)展開地鐵站火災(zāi)中人員的反應(yīng)及運(yùn)動規(guī)律、人員的疏散時間計算模型和人員疏散的影響因素分析[6].閻衛(wèi)東綜合運(yùn)用安全科學(xué)和行為學(xué)等理論分析了人的社會屬性因素對疏散的影響[7].

美國對于軌道站緊急疏散的安全區(qū)域位置在其現(xiàn)行《軌道交通客運(yùn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》2007版[8]中有明確的陳述:在交通運(yùn)輸體系中,安全區(qū)域是指一個通向公共道路、車站、鐵道或者汽車之外的安全地點的封閉式消防出口,或者是汽車、任何封閉式車站、鐵道或車輛以外的地面點,或者是另一種足夠保障旅客安全的區(qū)域.

軌道站屬于建筑范疇,可以利用空間句法對其內(nèi)部空間進(jìn)行分析.本文將在國內(nèi)外已有研究的基礎(chǔ)上,通過空間句法理論的分析結(jié)果尋找軌道站火災(zāi)情況下的安全區(qū)域,綜合考慮站內(nèi)人流動線的特征、行人感知等因素,對安全區(qū)域設(shè)定的依據(jù)提出合理的解釋.

2 空間句法的形態(tài)分析變量

空間句法理論產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代末,空間句法按照空間分割→形態(tài)分析變量計算→空間形態(tài)分析變量解析的過程對空間進(jìn)行分析.現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃和建筑分析當(dāng)中.

2.1 空間分割

空間分割是空間句法的基本原則,本文采用適用于建筑物內(nèi)部的凸多邊形分割方法對軌道站空間進(jìn)行分割,將分割的每一部分空間作為圖的節(jié)點,然后導(dǎo)出連接圖(或相對深度圖).連接圖是對空間構(gòu)形進(jìn)行量化的重要途徑,是一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖解,它不強(qiáng)調(diào)歐氏幾何中的距離、形狀等概念,而注重在表達(dá)由節(jié)點間的連接關(guān)系組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[9].

2.2 形態(tài)分析變量

通過對空間進(jìn)行分割,生成相對深度圖(圖1),可以導(dǎo)出一系列形態(tài)分析變量.通過連接值、控制值、平均深度值和集成度表達(dá)空間之間的相互關(guān)系.

圖1 空間分割及相對深度圖Fig.1 Space division and depth

(1)深度值(dep th value):規(guī)定兩個鄰接節(jié)點間的距離為一步,則從某一節(jié)點到另一節(jié)點的最短路程(即最少步數(shù))就是這兩個節(jié)點間的深度.平均深度值是指某一節(jié)點距其他所有節(jié)點的平均最短距離,是計算集成度的一個中間值.平均深度值計算公式為式中:dij為節(jié)點i距節(jié)點j的深度;n為系統(tǒng)中節(jié)點的個數(shù).

(2)集成度(integration value):即便捷度,它描述了系統(tǒng)中某一節(jié)點與其他節(jié)點集聚或離散的程度.空間節(jié)點的集成度Ii值越大,代表其位置便捷度越高,該節(jié)點到達(dá)其他空間節(jié)點越方便.計算公式為Ii=0.285(n-2)/2(M Di-1)

空間節(jié)點便捷度與平均深度成負(fù)相關(guān).當(dāng)句法系統(tǒng)中甲節(jié)點的便捷度值比乙節(jié)點的便捷度值大時,則表示甲節(jié)點的相對深度圖比乙者淺,由甲節(jié)點到其余所有節(jié)點間最短路徑(即相對深度的平均值)小于乙節(jié)點的相對深度平均值,甲節(jié)點相較于乙節(jié)點居于較便捷的位置.以圖1為例,節(jié)點①的相對深度圖只有兩層(第一層為節(jié)點①,第二層為節(jié)點①至節(jié)點②、節(jié)點③),而節(jié)點⊕的相對深度圖共有三層,因此,節(jié)點①在系統(tǒng)中處于較便捷的位置,而節(jié)點⊕在系統(tǒng)中處于較不便捷的位置.此處的便捷度與各個節(jié)點之間的實際距離無關(guān),它表示的是一個節(jié)點與整個系統(tǒng)內(nèi)其他節(jié)點的組合關(guān)系.

3 軌道站空間分析

不失一般性,分別對單線運(yùn)行軌道站和三線共同運(yùn)行軌道站進(jìn)行站點內(nèi)空間分析.軌道站選自上海的軌道3號線上?；疖囌菊竞腿€軌道站人民廣場站(本文所示站點平面圖為截至2008年9月的軌道站點的使用情況).空間句法關(guān)注的是空間單元的相對關(guān)系,認(rèn)為空間的實際尺寸對空間相對關(guān)系的影響不大.

3.1 單線站點運(yùn)營空間分析

3.1.1 軌道3號線火車站站點平面分割

軌道站內(nèi)部與普通建筑相比有其特殊性,在空間劃分過程中,將各種欄桿和閘機(jī)作為空間的邊界的同時保證被分開的兩個空間相連.站臺層分隔為一個空間.根據(jù)站點平面圖2進(jìn)行空間分割(圖3).圖中接口A表示與1號線火車站站的連接通道,陰影代表墻體,4個出入口用數(shù)字編號表示,其他空間用英文字母表示.

3.1.2 軌道3號線火車站站點空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立

根據(jù)軌道3號線火車站站點的空間簡化分割圖可以得到空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖.每個劃分后的小空間成為拓?fù)鋱D中的一個節(jié)點.可以得到3號線火車站站點以站臺層節(jié)點?為根節(jié)點的相對深度圖(圖4).同理,可以得到其他各個空間節(jié)點的相對深度圖,進(jìn)而進(jìn)行各項形態(tài)分析變量的計算.

圖2 火車站3號線站點平面圖Fig.2 Railw ay station's layout of Line 3

圖3 火車站3號線站點空間便捷度示意圖Fig.3 Railw ay station's integration value of Line 3

3.1.3 形態(tài)分析變量計算

根據(jù)上文的空間節(jié)點相對深度圖4,按照2.2所述方法計算,節(jié)點D的集成度為1.568,而節(jié)點B的集成度為1.254,故可知節(jié)點D相較于節(jié)點B處于較便捷的位置.

圖4 節(jié)點?相對深度圖Fig.4 Depth value of Node I

3.1.4 空間便捷度示意圖

根據(jù)計算結(jié)果,將軌道站的空間便捷程度用圖5表示,圖中網(wǎng)格越密代表該空間的便捷度(集成度)越高,圖中曲線表示不同空間節(jié)點之間相連,下文不再說明.

3.2 三線同時運(yùn)營軌道站空間分析

三線共站的軌道站人民廣場站平面圖見圖5,空間便捷性示意圖見圖6.

圖5 人民廣場站平面圖Fig.5 L ayout o f Peop le's Square Railw ay Station

4 緊急情況下軌道站內(nèi)安全區(qū)域分析

4.1 緊急情況下人的行為特點

人的行為是動機(jī)的結(jié)果、目的的手段.通常動機(jī)、行為、目的三者的指向是一致的,即使在過程中出現(xiàn)三者指向的偏移,系統(tǒng)會通過反饋自動調(diào)整修正.在火災(zāi)情況下,軌道站內(nèi)乘客由于遠(yuǎn)離地面的焦慮與對煙火的恐懼交織在一起,“心理-行為”系統(tǒng)將 會發(fā)生異常[10]:

圖6 人民廣場站便捷度示意圖Fig.6 Integration va lue of Peop le's Square Railw ay Station

4.2 緊急情況下軌道站安全區(qū)域的設(shè)定要求

根據(jù)火災(zāi)情況下軌道站內(nèi)人群的行為特點歸納出選定的安全區(qū)域必須具備的條件:

(1)該區(qū)域所處環(huán)境沒有危險,且人們的安全不受威脅.

(2)在該區(qū)域內(nèi)人們擺脫了憂慮,恐慌.

對于以上所述的第一個條件包括兩方面內(nèi)容:一是安全區(qū)域處不受火災(zāi)等緊急情況的直接危害,遠(yuǎn)離火災(zāi)等地點;二是在繼續(xù)發(fā)展的火災(zāi)等緊急情況下,該區(qū)域仍然安全.第二個條件說明安全區(qū)域能讓人們感受到安全,停止疏散和逃逸行為,即該區(qū)域秩序較好.

4.3 安全區(qū)域確定方法

4.3.1 對現(xiàn)行《地鐵設(shè)計規(guī)范》中安全區(qū)域的解讀

我國現(xiàn)行《規(guī)范》中指出,發(fā)生火災(zāi)情況下,應(yīng)在6 min內(nèi)將一列車乘客和站臺上候車的乘客及工作人員全部撤離站臺[2].即《規(guī)范》認(rèn)為站臺層是不安全區(qū)域,應(yīng)撤離出該區(qū)域,但卻未進(jìn)一步明確安全區(qū)域,因此解讀為站臺層以外區(qū)域為安全區(qū)域.對于單線運(yùn)行軌道站和三線共同運(yùn)行軌道站,發(fā)生火災(zāi)乘客撤離站臺后,所到達(dá)的位置如表1所示,絕大多數(shù)為站廳層或換乘區(qū)域,而這些“安全區(qū)域”(由《規(guī)范》解讀出)的便捷度在各個站點中差異很大.同時,此類區(qū)域處于軌道站相對內(nèi)部的位置,與外部一般不直接連通,行人缺乏足夠的安全感,不符合上文所述安全區(qū)域的要求,需要重新界定火災(zāi)情況下的安全區(qū)域.

4.3.2 安全區(qū)域劃定

單線和三線運(yùn)營的軌道站點空間便捷度見表2.無論是單線還是三線運(yùn)營的車站,空間句法分析出的結(jié)果都有一定的相似性,即便捷度排在前20%的空間節(jié)點都集中在連接作用的空間;便捷度排在后20%的空間節(jié)點都是處于靠近軌道站外部的空間,如出入口等.按照空間句法理論,排在前20%的便捷度高的空間節(jié)點(如站廳或換乘區(qū)域)到達(dá)整個軌道站其他空間較為方便;同樣其他各個空間節(jié)點到達(dá)該區(qū)域也較為方便,于是造成這些空間節(jié)點滯留乘客多,人群密度高,秩序混亂.發(fā)生緊急情況時,這些秩序不良的空間就會變得更加混亂,而且此類區(qū)域處于軌道站相對內(nèi)部的位置,一般與外部不直接連通,空間相對封閉和局促,很難給人以寬松的環(huán)境,缺乏足夠的安全感,顯然不適合作為安全區(qū)域.

便捷性較低的區(qū)域(排在后20%的)包括站臺層和出入口附近區(qū)域,站臺是軌道站內(nèi)部最封閉的空間,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,站臺層不能作為安全區(qū)域.對于站點出入口附近區(qū)域來說,站內(nèi)發(fā)生火災(zāi),乘客會毫不猶豫的沖向軌道站外部空間,此時乘客流線一致,混亂性相對較低,且站點出入口往往容易提供安全感.另外,出入口處遠(yuǎn)離站內(nèi)的火災(zāi)發(fā)生點,在站點內(nèi)緊急情況持續(xù)發(fā)生時,該區(qū)域仍然安全.因此,軌道站出入口的特點符合安全區(qū)域的設(shè)置要求.

表1 與站臺直接相連的空間節(jié)點形態(tài)變量值Tab.1 Space syn tax resu lts of some nodes linking to p latform directly

表2 軌道線站點便捷度計算結(jié)果匯總Tab.2 Space syntax resu lts of a ll station s

根據(jù)站點的平面圖和現(xiàn)場觀測,可以得到站點的乘客流線圖,如圖7,8所示.圖中,實線代表入站客流流線,虛線代表出站客流和換乘客流流線.對站臺的乘客流線按照如下原則簡化:以樓梯和自動扶梯處為分割線,對站臺進(jìn)行分割,并以分割后的區(qū)域內(nèi)部的一點(淺色圓環(huán))代表該區(qū)域的乘客流線的源點和終點.圖中黑色圓點代表流線的分流點、匯流點和交叉點,統(tǒng)稱為沖突點.對站點的各個功能分區(qū)內(nèi)部流線沖突點進(jìn)行統(tǒng)計,如表3所示.

表3 軌道線站點流線沖突點匯總Tab.3 Numbers o f con f lict points o f all stations

圖7 火車站3號線站點流線圖Fig.7 Railway station's stream line of Line 3

所研究的兩個軌道站點流線沖突點個數(shù)最高值都集中在站廳區(qū),而沖突點個數(shù)最低值都集中在站點出入口,即說明站點出入口處乘客行走沖突最小,秩序性最佳,符合安全區(qū)域的要求.

圖8 人民廣場站點流線圖Fig.8 Stream line of Peop le's Square Station

綜合空間句法的形態(tài)分析變量與實測流線的分析結(jié)果表明,軌道站點出入口都符合安全區(qū)域的特點,因此將站點出入口界定為火災(zāi)情況下的安全區(qū)域,同時可滿足火災(zāi)情況下人群主觀感受安全的典型心理和行為的需求.

4.4 軌道站火災(zāi)疏散過程解析

參考《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和國外有關(guān)規(guī)定,應(yīng)將各車站與地面相連的出入口之外側(cè)地面部分以及能夠為乘客提供足夠保護(hù)的其他區(qū)域作為疏散的安全目標(biāo)區(qū)域.如果設(shè)置了通往車站以外的公共道路或安全地點的封閉的消防出口,該消防出口也可以作為疏散安全區(qū)域.

通過對疏散過程和安全區(qū)域的分析,軌道站站臺發(fā)生火災(zāi)等事故時,疏散可簡化為兩個階段:首先,位于站臺上的人員應(yīng)迅速從事故第一現(xiàn)場所在空間撤離至較近的相對安全的區(qū)域,為進(jìn)一步疏散至安全區(qū)域提供足夠的時間和其他必要的準(zhǔn)備;然后,這些疏散至相對安全區(qū)域的人員繼續(xù)疏散至最終目標(biāo)安全區(qū).因而,對于地鐵車站,除了應(yīng)規(guī)定站臺的疏散時間,還應(yīng)規(guī)定將站內(nèi)人員疏散至站外安全區(qū)域的時間要求.

5 結(jié)語

利用空間句法對單線運(yùn)營軌道線路和三線運(yùn)營軌道線路的空間進(jìn)行分析,得到了各個空間節(jié)點的便捷度以及每個功能分區(qū)的形態(tài)分析變量.在明確火災(zāi)情況下安全區(qū)域的設(shè)置要求后,分析軌道站點空間形態(tài)分析變量,用實際的乘客進(jìn)站、換乘、出站流線沖突點估算值加以驗證,確定軌道站的出入口為火災(zāi)情況下的安全區(qū)域,為今后軌道站制定突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案和《地鐵設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定的修訂與完善提供了理論依據(jù).

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