地鐵特殊事件成因及人群疏散影響因素分析

潘福全，亓榮杰，王 健，張麗霞，泮海濤

(青島理工大學 汽車與交通學院，山東 青島 266520)

我國自改革開放以來已取得了舉世矚目的成果，大中型城市經(jīng)濟和社會發(fā)展水平得到了進一步提高，隨著城市化進程的加快，人均機動車保有量也呈現(xiàn)出逐年上升趨勢，導致在一些交通規(guī)劃不合理的城市中經(jīng)常出現(xiàn)交通擁堵問題。各地政府主管部門為緩解交通需求與道路交通擁堵的矛盾，大力發(fā)展公共交通設(shè)施，其中軌道交通相對于路面公共交通設(shè)施擁有運行時間嚴格、運行速度快、價格相對合理、載客量大、高密度運行等優(yōu)勢，在城市交通規(guī)劃中得到了政府部門的大力支持。地鐵建設(shè)是利用地下空間進行施工，建筑空間相對密閉，只能通過通風井和進出入口通道與外界互通。其次，我國地鐵建設(shè)由于起步時間較晚、缺乏建設(shè)和運營經(jīng)驗，所以面臨著更多挑戰(zhàn)。特別是在地下建筑結(jié)構(gòu)復雜、燈光照明和通風條件有限、行人密度高度集中的特殊運行條件下，如果發(fā)生火災、重大客流、爆炸、行車事故、恐怖襲擊、雨水倒灌、地震等特殊事件，地鐵站內(nèi)人群的情緒將會受到影響，表現(xiàn)出驚慌、急躁、僥幸等心理特點，因此，制定將人群疏散至安全地帶的應(yīng)急預案十分必要。一旦應(yīng)急救援工作不到位，人群將會自行尋找疏散路線，造成通道內(nèi)擁擠堵塞，引發(fā)踩踏及群死群傷事件的發(fā)生，會帶來巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外對地鐵站特殊事件的研究較早，在將近60多年的研究過程中收獲了很多研究成果，研究成果主要集中表現(xiàn)為一般情況下的行人流運動特性研究和特殊事件下的緊急疏散模型研究。1955年，Kikuji Togawa等最早根據(jù)自己的經(jīng)驗構(gòu)建了建筑物內(nèi)的人群疏散時間公式[1]。1958年，Hankin和Wright研究了地鐵站通道內(nèi)行人的速度、密度與流量的關(guān)系，提出了構(gòu)建行人流模型的設(shè)想，將兩個寬度為4.3英尺、內(nèi)徑為30英尺的環(huán)豎立在路面上，形成環(huán)形通道，200多名學生相繼進入通道內(nèi)，行人速度隨著密度增加而降低，當行人密度增加到0.5人/英尺時，行人速度降為0[2]。在1971年，由J. Fruin等提出了宏觀人群疏散模型，得出了人群疏散速度與區(qū)域人群密度之間的關(guān)系曲線[3]。1986年，Cremer和Ludwig在研究車輛交通流時提出并構(gòu)建了元胞自動機模型，更多學者依據(jù)人的主動性對模型進行創(chuàng)新，建立了許多考慮行人流的元胞自動機模型[4]。1992年，Okazaki等提出并建立磁場力模型，模型中將行人與障礙物(地鐵站內(nèi)建筑設(shè)施)當做正極，目的地當做負極，根據(jù)磁場中“同性相斥、異性相吸”的原理，行人同時受障礙物的斥力作用和目的地的引力作用，行人在經(jīng)過通道到達目的地前不斷地調(diào)整步行速度[5]。2000年，Helbing等提出并建立社會力模型，模型中考慮了行人之間、行人與地鐵站建筑設(shè)施之間力的相互作用，通過參數(shù)設(shè)置進行了仿真分析，研究了地鐵站內(nèi)不同建筑設(shè)施對行人運動的影響[6]。2008年，Chieh-Hsin Tang等人在突發(fā)事件的環(huán)境下，選擇了113名參與者，男女比例為2∶1，測試建筑物的疏散指示圖同疏散人員選擇疏散路線的時間關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)女性規(guī)劃路線的時間是男性的3倍，路線規(guī)劃是影響疏散時間的主要因素[7]。

國內(nèi)對于特殊事件下的緊急疏散研究較晚，以學習國外人員疏散理論和方法為主。隨著研究的深入，在疏散時間、疏散行為、疏散因素及疏散模型等方面取得了一定成果。2004年，謝灼利等提出并建立了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，建立了以緊急疏散總時間、疏散路徑長度、成功疏散人數(shù)等指標來評價緊急疏散效率的緊急疏散系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)仿真各種特殊事件下應(yīng)急疏散方案并進行方案優(yōu)化。設(shè)定站臺層人數(shù)為1 523人，由站臺層疏散至安全出口所需總疏散時間為303.8s，小于可用疏散時間，驗證了模型的合理性[8]。2005年，楊立中等為研究疏散過程中人群的從眾行為[9]、親情行為[10]等，運用元胞自動機模型和格子氣模型將外部建筑構(gòu)造與內(nèi)部服務(wù)設(shè)施參數(shù)進行設(shè)定，對疏散過程進行模擬，從而研究建筑物緊急疏散能力。2008年，陳紹寬等提出并建立基于行人流密度的地鐵車站人群疏散時間計算模型，通過觀測的實驗方法，獲得行人流數(shù)據(jù)，分析行人流密度與疏散時間的關(guān)系[11]。2008年，姚斌等運用計算機仿真軟件模擬分析了特殊事件下自動扶梯停止運行用作疏散路徑時的通行能力，通過研究發(fā)現(xiàn)，在特殊情況下自動扶梯通行能力下降，疏散效果和樓梯無較大差別[12]。2009年，何理等考慮乘客個人、車站建筑設(shè)施、車站運營管理等方面，設(shè)計了包括乘客安全意識、緊急疏散行為、疏散路徑的選擇等內(nèi)容的調(diào)查問卷。在對有效的調(diào)查問卷進行整理后，從調(diào)查問卷的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中進行乘客疏散行為、心理與疏散時間的關(guān)聯(lián)性分析[13]。2010年，唐明、賈洪飛等選定長5.1 m、寬1.5 m的矩形區(qū)域，利用視頻調(diào)查的方法獲得了地鐵車站行人流數(shù)據(jù)，運用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行分析并得到速度-密度函數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)行人流速度和密度呈負相關(guān)關(guān)系，并設(shè)置了社會力模型參數(shù)[14]。2010年，任常興等分析了公眾場所疏散水平的影響因素，介紹了不同場所、不同情況下行人的疏散速度取值：乘客熟悉車站環(huán)境和疏散路線時水平疏散速度為1.2 m/s，乘客在陌生車站時的水平疏散速度為1.0m/s，疏散過程中需要別人幫助的乘客水平疏散速度為0.8 m/s，三種情況下的樓梯疏散速度為水平疏散速度的一半。2012年，張艷芬選擇北京南站高架層為例，運用計算機仿真軟件Anylogic開展緊急疏散過程研究，模擬分析了不同疏散方案的疏散時間和疏散瓶頸等，研究結(jié)果對提高北京南站的應(yīng)急管理水平具有重要意義。2016年，田鑫等利用模擬軟件比較隧道疏散和站臺疏散兩種疏散方式的時間，設(shè)疏散總?cè)藬?shù)為1 400人，通過模擬發(fā)現(xiàn)站臺疏散時間為252.8 s、隧道疏散時間為663.3 s，可知隧道疏散不滿足疏散標準。張惠玲等研究了交叉口下不同性別、年齡行人的行走特性，研究發(fā)現(xiàn)性別對交叉口下行走沒有影響，年齡影響行人的步行速度。2017年，潘應(yīng)久等在行人交通流理論的基礎(chǔ)上，運用迭代思想改進Togawa模型，改進后的模型充分考慮了人群緊急疏散時的個人特性。以陜西省體育館為例進行驗證，選取29、30號貓洞所臨看臺的1 728人進行疏散，實際疏散時間為431 s，改進Togawa模型計算疏散時間為450 s，模型具有較高的精確度。唐海梁等定義了地鐵的運營效率，分析地鐵運營效率的影響因素，提高地鐵運營安全[15]。

國內(nèi)外學者從地鐵站建筑結(jié)構(gòu)、特殊事件下行人的心理特性和行為特性等方面對地鐵站特殊事件人群疏散進行研究。

2 特殊事件成因與特性

特殊事件是指在地鐵站臺的站廳層或是正在運行的列車上，由于人為原因或自然原因而造成的突發(fā)性事件。這類事件的嚴重程度超乎地鐵站工作人員和乘客的想象，為避免造成人員安全、經(jīng)濟財產(chǎn)和建筑設(shè)施的巨大損失，需要在事件發(fā)生后第一時間啟動并實施應(yīng)急預案，常見的特殊事件主要有火災、重大客流、爆炸、行車事故、恐怖襲擊、雨水倒灌、地震等。

2.1 特殊事件的成因

2.1.1 人為原因

地鐵相對于路面公共交通設(shè)施具有運行時間嚴格、運行速度快、載客量大、高密度運行、環(huán)境舒適等優(yōu)勢，越來越多的乘客選擇乘坐地鐵出行，客流量隨著地鐵運營網(wǎng)絡(luò)的完善也會越來越大。在工作日早、晚高峰及大型活動(演唱會、體育賽事、報告會等)時存在著安全隱患，主要表現(xiàn)在以下幾方面：上、下列車和通過樓梯時由于擁擠擾動容易發(fā)生踩踏事件；恐怖分子發(fā)動打、砸、搶等暴力事件威脅公共安全；恐怖分子攜帶危險品進站點燃或釋放，從而造成火災或爆炸、毒氣泄漏、生物化學制劑傳染等危險事故；恐怖分子干擾或夾持司機正常駕駛導致列車偏離正常軌道，發(fā)生側(cè)翻；地鐵運營單位職工在車輛檢修和線路維護時敷衍塞責，導致列車在運行過程中出現(xiàn)技術(shù)故障而被迫停車等。

2.1.2 自然原因

地鐵站建筑設(shè)施相對于路面公共交通設(shè)施具有地下建筑結(jié)構(gòu)復雜、燈光照明和通風條件有限的特殊運行條件，由于臺風、強降水、地震、塌方等不可準確預見的自然災害造成的地鐵站內(nèi)部建筑墻體崩塌或雨水倒灌入地鐵站內(nèi)，導致大量乘客被滯留在地鐵站或埋壓在墻體下。

2.2 特殊事件特點

特殊事件在發(fā)生時大多會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，且具有以下幾方面特點。

2.2.1 突然性

特殊事件發(fā)生前沒有明顯征兆，由一個事故點迅速擴大影響范圍，直至影響到整個地鐵站，此時給地鐵站帶來的后果十分嚴重，是特殊事件發(fā)生時最突出的特征。其中員工不可原諒的操作失誤引發(fā)列車停運、出軌或者乘客不經(jīng)意間按下火災報警引發(fā)恐慌等都會迅速擴大事態(tài)發(fā)展，盡管地鐵站建立了預警機制與緊急救援預案，但在乘客得到救援之前，很可能造成群死群傷后果。

2.2.2 連鎖性

由于地鐵運營跨線、并線組織方案的實施，可能會導致在跨線時發(fā)生側(cè)撞事件引發(fā)前方列車脫軌。采取應(yīng)急預案時由于處置方式不合理、對衍生事件處理不及時，不僅會影響到整條線的運行，而且會給地面交通帶來巨大壓力。

2.2.3 后果嚴重性

由于地鐵站建筑結(jié)構(gòu)復雜、人群密度大，如果在步行通道內(nèi)發(fā)生火災事件或爆炸，熟悉路線的乘客可能在最短時間內(nèi)逃生，對于其他不熟悉路線及結(jié)構(gòu)的乘客，將會對突然發(fā)生的事件產(chǎn)生恐慌心理，影響乘客的身心健康與人身安全；如果在隧道內(nèi)發(fā)生滑坡等自然災害，由于地鐵列車密閉且救援通道較少，救援難度大，為避免增加經(jīng)濟和財產(chǎn)的損失，乘客的生存率和隧道建筑的修復難度是必須要考量的。

2.2.4 社會影響性

火災、重大客流、爆炸、行車事故、恐怖襲擊、地震等特殊事件發(fā)生后，如果事件比較嚴重會造成較大規(guī)模人員傷亡，可能會對乘客的家庭造成致命性打擊，市民、記者通過自媒體和新聞媒體報道事件影響將進一步擴大，政府及地鐵運營單位需要及時按照緊急疏散預案展開救援，降低因發(fā)生火災、爆炸、恐怖襲擊等特殊事件造成的經(jīng)濟損失和社會影響。

2.2.5 疏散難度大

在重大客流人群緊急疏散情況下，地鐵站內(nèi)的人群密度較高，容易聚集到向光、通風的安全出口，而疏散通道狹長，在燈光條件不足的情況下樓梯、通道處可能因為擁擠而發(fā)生踩踏事件，增加了疏散難度。另外，在發(fā)生火災時如果火勢在第一時間得不到有效控制繼而蔓延，材料著火產(chǎn)生的有毒氣體濃度會增加，將威脅乘客的呼吸從而導致中毒現(xiàn)象的發(fā)生，會增加救援的難度。

3 緊急疏散影響因素分析

地鐵站內(nèi)發(fā)生特殊事件時，人群緊急疏散效率受多方面影響，主要歸納為以下幾點。

3.1 事件發(fā)生地點

3.1.1 隧道內(nèi)

列車在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災時，由于列車內(nèi)空間封閉，空氣流動性差，隨著可燃物大量被燃燒產(chǎn)生的有毒氣體迅速擴散，乘客可吸入的氧氣不足導致窒息，直接威脅乘客的生命安全。列車在區(qū)間隧道內(nèi)因線路故障被迫停車后，調(diào)度室需要及時調(diào)度本條線路上的其他車輛，在后方車輛沒有收到降速指令的情況下，很有可能導致制動不及時，發(fā)生追尾事故。列車在區(qū)間隧道內(nèi)遭遇地震、塌方等地質(zhì)災害時，由于地鐵在修建時只留有通風井和疏散通道與外界相連，因此，在采取緊急救援時需要花費較多時間和精力來查清隧道內(nèi)部情況，使救援難度增大。

3.1.2 站臺站廳層

相對于區(qū)間隧道內(nèi)自然災害影響地鐵列車的運營，在站臺站廳內(nèi)發(fā)生特殊事件的人為原因較大，如恐怖分子發(fā)動暴力事件、節(jié)日或體育賽事等重大客流下發(fā)生踩踏事件、乘客不遵守規(guī)則跳下站臺前往對面站臺或在屏蔽門關(guān)閉時沒能上車而被夾在中間等事件。

3.2 建筑構(gòu)造

3.2.1 樓梯寬度

在地鐵站內(nèi)部建筑中，進、出站乘客通過樓梯出入站臺層與站廳層，由于樓梯有一定的傾斜角，在乘客從站臺層進入站廳層時一般選擇自動扶梯，相反，乘客由站廳層進入站臺層時會選擇步行速度較快的樓梯。

在地鐵站發(fā)生特殊事件時，乘客會選擇樓梯作為緊急疏散通道，樓梯的寬度和坡度會影響疏散效率的高低?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：人行樓梯和自動扶梯的總量布置除應(yīng)滿足上、下乘客的需要外，還應(yīng)按站臺層的事故疏散時間不大于6min進行驗算。以1m寬樓梯為例，上行樓梯最大疏散能力要求達到每小時3 700人，當樓梯寬度增加時，其疏散能力隨之提高，呈線性關(guān)系，但當寬度達到一定值時，疏散能力飽和。因此，在設(shè)計樓梯坡度和寬度時，要考慮到乘客步行速度和樓梯的疏散能力。

3.2.2 閘機

閘機是區(qū)分已購票乘客與未購票乘客的設(shè)備，閘機識別乘客手中的IC卡和磁卡進入站臺層。很多城市采用識別速度快的門扉式閘機，單位時間內(nèi)可通過人數(shù)較多，提高了重大客流時的人群疏散效率。

在地鐵站內(nèi)發(fā)生特殊事件時，從站臺層疏散而來的人群經(jīng)過閘機前往出口時，工作人員確保閘機長期處于開啟狀態(tài)，否則在閘機處很快會因為人群迅速集中而出現(xiàn)沖破閘機、翻越閘機的危險現(xiàn)象，既損壞了閘機，又降低了疏散效率。

此外，在地鐵站內(nèi)設(shè)置閘機的數(shù)量也會影響緊急疏散的效率，隨著閘機數(shù)量的增加，緊急疏散時的通過能力也會線性增加。

3.2.3 報警裝置

地鐵站內(nèi)報警裝置的設(shè)置對特殊事件發(fā)生時人群緊急疏散起著重要作用，當?shù)罔F站內(nèi)發(fā)生火災時，乘客緊急按下火災報警裝置，及時引起其他乘客注意，縮短了特殊事件下的乘客反應(yīng)時間，對開展緊急疏散有幫助。此外，如果有乘客不小心被夾在地鐵站臺屏蔽門和列車中間，其他站臺上的乘客也可以及時按下報警按鈕，通知司機和調(diào)度室，避免事故的發(fā)生。

3.2.4 疏散標志

在地鐵站內(nèi)合理布局并設(shè)置蓄光疏散指示標志、燈光疏散指示標志及利用站內(nèi)廣播引導人群緊急疏散，可提高疏散效率、節(jié)省疏散時間。地鐵站內(nèi)發(fā)生特殊事件時，乘客的心理將會出現(xiàn)較大波動，如果在火災發(fā)生時乘客心理比較恐懼，將會影響其疏散行為，在選擇疏散路線時無法選擇離他最近的安全出口，延長疏散時間。因此，在地鐵站內(nèi)正確設(shè)置疏散標志可提高疏散效率、降低疏散時間。

3.3 乘客疏散心理

3.3.1 恐懼心理

在乘客出行過程中如果突發(fā)火災、地震、爆炸等特殊事件，心理的第一反應(yīng)是恐慌、害怕。地鐵站內(nèi)乘客高度密集、步行速度慢、火災產(chǎn)生的煙氣迅速傳播、地震摧毀地鐵站內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)等因素會加劇乘客的恐慌程度，使乘客的判斷力下降，影響自己及他人的逃生行為。

3.3.2 從眾心理

乘客在恐懼心理下判斷力和意志力會明顯下降，出于對生存的渴望和對危險的懼怕，往往選擇向光、跟隨別人逃生的路線，當大量個體乘客匯聚形成人群時，抱著眾人安全性較高的心理狀態(tài)，將希望寄托于人群的一起逃生，這種情況下很容易出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，錯過最近的安全出口，降低疏散效率。

3.3.3 僥幸心理

地鐵站內(nèi)發(fā)生爆炸、暴力等事件時，如果乘客對地鐵站內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)不熟悉，身邊又沒有其他可以引導自己疏散的同伴，乘客出于僥幸心理選擇原地等待或無目的逃生，既對自己的生命安全不負責任，又延長了總體疏散時間。

3.4 乘客疏散行為

3.4.1 自私行為

自私行為是針對最早發(fā)現(xiàn)特殊事件發(fā)生的乘客而言，在火災、危險氣體泄漏蔓延之前，如果發(fā)現(xiàn)特殊事件后出現(xiàn)恐慌心理選擇最近的安全出口逃生，將無法及時報警并進行緊急疏散。他們的行為直接影響整個地鐵站點的緊急疏散快慢。相反，如果他們第一時間告知工作人員或積極報警，在事態(tài)發(fā)展之前進行有效的疏散工作，能避免造成更大的損失。

3.4.2 引導行為

對熟悉地鐵站建筑構(gòu)造的車站工作人員和乘客，發(fā)揮自己參加緊急疏散演練與緊急疏散知識培訓的優(yōu)勢，在特殊事件發(fā)生時積極幫助其他乘客逃生，最快地引導乘客達到安全出口，盡可能地減少因特殊事件而帶來的財產(chǎn)損失與人員傷亡。

3.4.3 親情行為

親情行為出現(xiàn)在結(jié)伴出行的人群中，一般以家庭或者朋友幾個人為主，他們以購物、探親、旅游為目的，步行速度較慢，精神比較放松，運動能力較弱，在特殊事件發(fā)生時需要尋找并幫助同伴逃生。當發(fā)生火災、地震等特殊事件需要進行緊急疏散時，他們往往會尋找同伴一起逃生，如果在疏散過程中落下同伴回去尋找，將會增加疏散難度。

3.4.4 群集行為

群集行為主要發(fā)生在緊急疏散開始時，乘客由于恐懼不知所措，在通風性好、向光的安全出口處迅速聚集大量人群，他們希望能快速通過疏散通道到達安全區(qū)域，在疏散過程中聚集大量的乘客個體。但在到達閘機處和地鐵站出口時，由于閘機和

出口通過能力比較低導致大量的人群聚集，出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，降低疏散效率。

3.5 乘客生理因素

3.5.1 性別

男性乘客第一反應(yīng)參與滅火、引導乘客疏散、搶救財產(chǎn)等引導行為較普遍，女性乘客第一反應(yīng)等待救援、大聲呼喊等恐懼行為較普遍，男性相對于女性更冷靜、更有判斷力、更有領(lǐng)導力，更有利于發(fā)生特殊事件時開展人群疏散工作。

3.5.2 年齡

乘客的年齡也會影響在特殊事件發(fā)生時的行為，小學生乘客沒有判斷能力，他們大多數(shù)會因為恐懼而在原地哭喊、等待救援；青年人和中年人在此時比較冷靜，反應(yīng)速度快，善于尋找疏散標志和疏散通道，積極引導其他乘客疏散，在疏散過程中能幫助照顧運動能力差的老人和小孩；老年人運動能力差，疏散速度慢，需要工作人員和青年乘客協(xié)助疏散。

3.5.3 健康狀況

乘客的健康狀況也會影響特殊事件下地鐵人群的疏散效率，聽力、視力、身體協(xié)調(diào)能力、運動能力等方面的劣勢，限制了在特殊事件發(fā)生時他們的路線選擇、疏散速度以及在疏散過程中不能及時規(guī)避障礙物，在疏散過程中如果身體健康狀況差的乘客人數(shù)占比較高的話，將在一定程度上增加疏散的難度。

4 結(jié) 論

通過定義火災、爆炸、恐怖襲擊、重大客流、行車事故等特殊事件的含義，歸納上述特殊事件發(fā)生時存在的共同特性。分析了在特殊事件發(fā)生后緊急疏散過程中可能影響緊急疏散效率的因素，形成了以下結(jié)論：

1)當上述特殊事件發(fā)生在隧道內(nèi)部時，由于空氣流動性差、空間小而使救援難度增大；如果發(fā)生在站臺站廳層時，可充分利用安全出口進行緊急疏散。

2)在緊急疏散過程中應(yīng)及時打開閘機，并通過報警裝置提醒乘客，或者通過疏散標志引導乘客疏散，通過一系列操作來提高疏散效率。

3)乘客疏散時男性乘客、良好的健康狀況及引導行為等都有利于緊急疏散；女性乘客、地鐵站內(nèi)狹長的通道、年齡較小的乘客、恐懼、僥幸和從眾心理、自私和群集行為等卻會降低緊急疏散效率。

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