地鐵車站增設人員流動物理干預設施安全風險研究

賈天耀，張 波，孫春光，張文德

（1. 浙江省安全生產(chǎn)科學研究院，浙江杭州 310012；2. 杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 310003）

0 引言

地鐵作為一種便捷、高效、大運量的公共交通方式，一旦建成便成為各個大中城市公共交通運輸?shù)拇髣用}。隨著各地軌道交通逐漸形成網(wǎng)絡化運營，地鐵線路所承擔的客流規(guī)模也逐步增大。不斷增加的客流規(guī)模使得部分車站出現(xiàn)了大客流疏運能力相對不足、人員進出站緩慢的狀況。而車站已然建成，通過增加出入口通道寬度等改變空間結構的方式來加快客流疏運往往難以實施。有研究[1-6]認為，通過在通道出口前增加物理干預設施（如障礙墻、鐵欄圍擋等）可以提高通行效率和安全性，因為這些設施可以起到人群分流的作用，降低擁擠出口處人員流動沖突，進而緩解人群之間的擠壓力，使得疏散者外出流增加。對于這些物理干預設施設置要求，如在什么位置設置、設置何種形式、采用何種尺寸，以及增設人員流動物理干預設施后的安全風險等缺少相關研究，且國內外尚無統(tǒng)一標準或規(guī)定。有些車站為了提高車站通行效率，隨意在車站站臺層通往站廳層的樓扶梯口增設了長度不等的鐵馬[7-8]（圖 1）等臨時性人流管制設施。鐵馬大多用于體育賽事、游行集會等戶外場所的人群臨時管制，多為可移動式，其單個長度在 1.5～3.0 m 不等，形式結構等均沒有統(tǒng)一的標準。

圖1 站臺層樓扶梯入口處布置的鐵馬

地鐵站多處在地下相對密閉的環(huán)境，在車站設計建設之前就已對其樓扶梯、通道等部位的通過能力進行了嚴格的核算，即使后續(xù)對建成地鐵車站建筑空間進行細微改變或增加臨時設施，若非經(jīng)過充分論證，都可能成為影響緊急疏散新的風險點。這是因為，當?shù)罔F發(fā)生緊急事件進行疏散時，將會有大量的人群在短時間內到達樓扶梯入口等待疏散，慌亂的人群瞬間填滿樓扶梯出入口的空間。據(jù)相關研究，密集、混亂、擁擠的人群相互擁擠時會產(chǎn)生高達 4 500 N 的作用力，足以使得鋼制護欄彎曲或推倒磚墻[9]。鐵馬等臨時性人員流動管制設施很容易在有意或無意間被急于疏散的人群擠動，進而縮減出入口通道原有寬度，加劇通道入口處堵塞。加之疏散的人群往往處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生的任何小事故都將加劇人群恐慌情緒，同時大規(guī)模人群本身具有復雜關聯(lián)效應及擴散效應等因素[10]，隊伍后面人員會越發(fā)不理智，出現(xiàn)跨越欄桿逃生或進一步推開這些人員流動管制設施以盡快逃離的現(xiàn)象。這些運動沖突最終會沿著人群傳播并釋放毀滅性力量，造成災難性擁擠踩踏事故的發(fā)生。

針對以上分析，采用 Pathfinder 模擬仿真某地鐵車站在站臺層設置鐵馬后的人員疏散過程，以探究樓扶梯出口前增設人員物理干預設施后在緊急疏散過程中的安全風險程度。Pathfinder 是美國 Thunderhead Engineering公司研發(fā)的人員緊急疏散逃生評估系統(tǒng)軟件[11]，主要用于建筑防災系統(tǒng)優(yōu)化設計、災難逃生科學研究等。

1 仿真建模

1.1 車站布局

以某地下二層標準島式地鐵站為研究背景，該車站地下二層為站臺層，地下一層為站廳層。站臺的有效長度為 120 m，站臺有效寬度 10 m。站臺層通過 2 組樓扶梯以及 1 處垂直樓梯連接站廳層，每組樓扶梯包括上行、下行自動扶梯各 1 部，自動扶梯中間設人行樓梯 1 處。自動扶梯額定速度 0.65 m/s，梯級標準寬度1 000 mm，傾斜角度 30°，理論輸送能力為 1 1700 人/h；人行樓梯寬度為 2.0 m，最大通過能力為 7 200 人/h；樓扶梯的垂直提升高度為 5.0 m。當車站發(fā)生緊急事件時，所有下行自動扶梯可自動反轉為上行模式，同時垂直電梯停運，站臺層內人員經(jīng)由樓梯、自動扶梯進行疏散。所建立的車站布局仿真模型見圖 2。

圖2 車站布局仿真模型

1.2 模擬參數(shù)

根據(jù)客流預測資料，該車站的遠期超高峰小時 1 列進站列車的最大客流斷面流量為 1 802 人。因此仿真設定一列滿載 1 800 人的 6 節(jié)編組列車?？吭谲囌具M行疏散，列車全部打開站臺側 24 個車門對人員疏散，全部人員經(jīng)站臺層兩端的 2 組樓扶梯疏散出站臺層即為安全。Pathfinder 軟件疏散模式選用 SFPE 模式，人員自由選擇逃生路徑。

1.3 模擬場景

假定該車站在站臺層兩端的 2 組樓扶梯入口前沿樓扶梯扶手延伸方向均設置了 4 列鐵馬（圖 3），每列鐵馬的長度一致。分別模擬鐵馬長度為 1.5 m、3.0 m 情形下，樓扶梯入口寬度保持不變、樓扶梯入口寬度減少 1/3、樓扶梯入口寬度減少 1/2 情況下的人員疏散過程（圖 4）。各種模擬場景中樓扶梯疏散可用入口寬度見表 1。

圖3 鐵馬布置形式

圖4 鐵馬被推移導致自動扶梯入口寬度縮減

表1 不同場景中樓扶梯疏散可用入口寬度

2 結果分析

2.1 設置 1.5 m 鐵馬不同場景下疏散情況

圖5 為樓扶梯入口處設置 1.5 m 長的鐵馬各個模擬工況下 1 800 人全部疏散至站廳層所用時間。當樓扶梯入口寬度未發(fā)生變化時，全部人員撤離站臺層至站廳層的總疏散行動時間為 346.0 s；當一端樓扶梯入口寬度縮減 0.33 m 時，總疏散用時增加了 4.8 s；當兩端樓扶梯入口寬度均縮減 0.5 m 時，疏散時間較寬度未變化時增加了 8.67%，疏散效率出現(xiàn)下降。

圖5 1.5 m 長鐵馬各模擬工況下站臺層人數(shù)變化圖

2.2 設置 3.0 m 鐵馬不同場景下疏散情況

圖6 為樓扶梯入口處設置 3.0 m 長的鐵馬各個模擬工況下站臺層人數(shù)變化圖。由圖 6 可知，當樓扶梯入口寬度未變化時，全部人員從站臺層撤離至站廳層的總疏散行動時間為 350.3 s；當一端樓扶梯入口寬度縮減 0.33 m 時，總疏散用時增加了 9.5 s；當兩端樓扶梯入口寬度均縮減 0.5 m 時，疏散時間較寬度未變化時增加了 8.34%，疏散效率亦出現(xiàn)下降。

2.3 疏散時間要求

《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定，車站站臺公共區(qū)的樓梯、自動扶梯、出入口通道，應滿足當?shù)匕l(fā)生火災時，在6 min內將遠期或客流控制期超高峰小時1列進站列車所載的乘客及站臺上的候車人員全部撤離站臺[12]。各個模擬工況下在 6 min 后仍未疏散出站臺層的人數(shù)分布如圖 7 所示。針對 3 m 長鐵馬，當該車站站臺層兩端兩處樓扶梯入口寬度均縮減 0.5 m 時，在疏散開始 6 min 后仍有 34 人滯留在站臺層，若這些人未能得到及時疏散造成傷亡，則會導致特別重大事故發(fā)生。

3 結論與建議

圖6 3.0 m 長鐵馬各模擬工況下站臺層人數(shù)變化圖

圖7 6 min 后未疏散出站臺層的人數(shù)

（1）地鐵車站樓扶梯、通道等部位的通過能力有嚴格的要求，在運營中車站的樓扶梯入口等處隨意設置人員流動物理干預設施不僅占用車站內有限疏散空間，且在突發(fā)事件或人員恐慌情形下，這些臨時性人員流動物理干預設施極易被推移，縮減通道原有寬度，導致疏散效率下降，增加了疏散風險性。

（2）沿樓扶梯扶手延伸方向設置的固定式欄桿人員分流設施在人員推擠下能保持較好穩(wěn)定性，但長度不宜過長，且在保證強度的條件下應盡量縮小垂直投影寬度，避免過多占用疏散面積。

（3）盡快開展相關標準研究，對車站樓扶梯入口等處設置人員流動物理干預設施的必要性、安全性進行研究和論證，規(guī)范和統(tǒng)一人員流動物理干預設施在地鐵站的合理使用。

（4）本研究僅對人員流動物理干預設施失效導致樓扶梯出入口寬度縮小的部分工況進行了研究。若 1 條通道或多條通道被完全堵塞等極端情況出現(xiàn)，將會大幅增加災難性擁擠踩踏事故發(fā)生的可能性。