地鐵站臺導(dǎo)流欄桿對人員疏散的影響研究*

穆娜娜，史聰靈，胥 旋，李 建

(中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 地鐵火災(zāi)與客流疏運安全北京市重點實驗室，北京 100012)

0 引言

近年來，我國地鐵建設(shè)發(fā)展迅速，由于地鐵具有運量大、速度快、準(zhǔn)時、舒適等特點，同時隨著公民綠色出行意識逐漸增強，越來越多的市民選擇地鐵出行，地鐵客流量逐年攀升，因此地鐵在承擔(dān)整個城市主要交通量的同時也面臨著大客流的沖擊。地鐵車站作為客流的主要集散地，需要通過科學(xué)合理的客流流線組織來提高乘客集散效率，特別是解決在高峰客流時如何緩解車站內(nèi)大客流擁擠和緊急疏散時客流流線沖突等問題。在正常運營情況下，由于高峰客流時客流具有復(fù)雜性和多向性，車站工作人員最簡單直接的措施是根據(jù)經(jīng)驗在人流密集和人流沖突處設(shè)置導(dǎo)流欄桿進行客流疏解。但在緊急情況下，所有乘客客流流向較單一，客流密度較大，導(dǎo)流欄桿的設(shè)置可能會影響行人流的整體運動特性。因此，如何科學(xué)合理地設(shè)置導(dǎo)流欄桿以及如何協(xié)調(diào)處理不同運營狀態(tài)下的客流組織關(guān)系，是制定地鐵車站客流組織方案必須要解決的問題，也是城市軌道交通運營管理中的重要課題之一。張丹丹[1]通過數(shù)值模擬的方法，研究了不同行人流量站外限流欄桿的布局形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對行人流的影響，得出S型欄桿較通道型欄桿顯著降低了大客流時通行區(qū)域的行人密度，能夠有效控制進站客流；張劭陽等[2]通過同向行人流、側(cè)向交織行人流、對向沖突行人流等仿真實驗，得出在一定流量條件下導(dǎo)流欄桿的設(shè)置可避免對向行人沖突、削弱側(cè)向行人沖突、加劇同向行人沖突的結(jié)論；李楊楊[3]對地鐵車站進行現(xiàn)場調(diào)研，歸納車站內(nèi)外導(dǎo)流欄桿常見的布置形式并分析了導(dǎo)流欄桿的作用；吳君尚等[4]在對站外限流欄桿設(shè)置分類的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬的方法研究各類站外導(dǎo)流欄桿在突發(fā)情況下對疏散效率的影響程度；肖慧雅[5]分析了西直門地鐵站存在的限流設(shè)施不足之處，并提出了相應(yīng)的改進措施；吳嬌蓉等[6]提出了地鐵行人交織區(qū)運行狀態(tài)三級的劃分方法及其交織區(qū)的控制和調(diào)節(jié)流程。

站臺列車發(fā)生火災(zāi)時，必須疏散人員為超高峰小時1列進站列車所載的乘客及站臺上的候車人員[7]，站臺列車火災(zāi)疏散時的站臺人員密度最大，因此站臺列車火災(zāi)時的人員疏散顯得尤為重要，而且站臺乘客安全疏散對于整個疏散過程來說也是至關(guān)重要的。在正常運營過程中，為了充分利用站臺空間，車站工作人員為引導(dǎo)乘客分散候車，會將導(dǎo)流欄桿設(shè)置在站臺2側(cè)靠近樓扶梯的位置，但在緊急情況下進行人員疏散時，導(dǎo)流欄桿可能會影響人員疏散效率。對此，采用BuildingEXODUS 軟件進行數(shù)值模擬，以某地鐵車站為對象，研究導(dǎo)流欄桿對站臺人員密度、疏散時間的影響程度，對地鐵站臺導(dǎo)流欄桿的設(shè)置提供參考和借鑒。

1 導(dǎo)流欄桿風(fēng)險分析

導(dǎo)流欄桿是地鐵車站為方便引導(dǎo)乘客進站、安檢、換乘、候車等設(shè)置的隔離設(shè)施，一般設(shè)在樓扶梯處、售票處、安檢處、換乘通道內(nèi)、出入口處等位置[1,3-4]。

導(dǎo)流欄桿按設(shè)置方式可分為固定導(dǎo)流欄桿、可推拉導(dǎo)流欄桿、可移動導(dǎo)流欄桿。固定導(dǎo)流欄桿是指預(yù)埋固定在地下的一種常態(tài)性、不易挪動的隔離設(shè)施，主要是用來避免經(jīng)常性沖突的行人流以及緩解大客流沖擊，一般設(shè)在換乘通道處；可推拉導(dǎo)流欄桿是指一種常態(tài)時固定、必要時可滑動的與固定導(dǎo)流欄桿組合存在的一種隔離設(shè)施，主要是用于緩解高峰客流，一般設(shè)在站廳；可移動導(dǎo)流欄桿是一種動態(tài)性的隔離設(shè)施，根據(jù)不同客流情況和需求進行擺放具有一定的使用靈活性，主要是為了維持行人流秩序，一般設(shè)在出入口處、安檢處。

導(dǎo)流欄桿按作用可分為受限式導(dǎo)流欄桿和分流式導(dǎo)流欄桿。受限式導(dǎo)流欄桿是指在行人流2側(cè)設(shè)導(dǎo)流欄桿使其活動受限，行人按照導(dǎo)流欄桿設(shè)定的路線行走，有利于控制客流量，一般設(shè)置在安檢、出入口處，如圖1所示；分流式導(dǎo)流欄桿是指在行人流之間設(shè)導(dǎo)流欄桿，用于分隔客流，有利于避免客流交叉，一般設(shè)在換乘通道內(nèi)，如圖2所示。

圖1 受限式導(dǎo)流欄桿Fig.1 Restricted diversion railings

圖2 分流式導(dǎo)流欄桿Fig. 2 Diverting diversion railings

地鐵車站通過設(shè)置導(dǎo)流欄桿能夠起到較好的限流和分流作用，但在緊急情況下，乘客容易產(chǎn)生恐懼心理、驚慌心理、沖動心理、僥幸心理、從眾心理等[8-10]，當(dāng)遇到導(dǎo)流欄桿阻礙時，求生心理可能會使人員出現(xiàn)翻越導(dǎo)流欄桿的行為進而導(dǎo)致混亂現(xiàn)象，最終造成不必要的人員傷亡。因此，在考慮設(shè)置導(dǎo)流欄桿的同時，應(yīng)考慮到導(dǎo)流欄桿對于車站人員緊急疏散時可能帶來的安全隱患，需通過科學(xué)合理的手段設(shè)置地鐵車站導(dǎo)流欄桿。本文以某地鐵車站為例，研究站臺導(dǎo)流欄桿對人員安全疏散的影響。

2 模型構(gòu)建

2.1 站臺概況

研究站臺為某市軌道交通換乘車站的1個站臺，該站臺為島式站臺，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層，站臺2端門長度為116 m，寬度為11.6 m，車輛采用6B編組，每節(jié)車輛設(shè)4個(8扇)列車門。站臺通向站廳的樓扶梯共4部，其中2部為上行扶梯(扶梯1、扶梯2)，2部為疏散樓梯(樓梯1常態(tài)下用于進站、出站、換入客流，樓梯2常態(tài)下用于進站客流、出站客流、換出客流)。扶梯寬度均為1 m，速度均為0.65 m/s，樓梯寬度均為3.6 m，臺階數(shù)為32個，樓梯平臺長度為1.2 m。在緊急疏散時，考慮扶梯2處于檢修狀態(tài)，扶梯1保持上行。站臺示意如圖3所示。

導(dǎo)流欄桿設(shè)置在站臺右側(cè)樓扶梯口，采用不銹鋼材質(zhì)，高度為1.1 m，長度(從站臺右側(cè)樓扶梯組的樓梯口開始算起)為14 m，具體位置見圖3。其作用是分散站臺右側(cè)樓扶梯的進站客流和換乘客流進行站臺候車。

圖3 研究站臺示意Fig.3 Sketch map of the research platform

2.2 客流特性

站臺列車發(fā)生火災(zāi)時，需將超高峰小時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到達站廳層[11-12]。通過客流觀測，其中中青年男士約占45%，中青年女士約占38%，老人及兒童約占17%，不同年齡、性別人員的運動速度參考規(guī)范[12]。按照早高峰(8：00-9：00)客流觀測結(jié)果，上行方向高峰小時最大斷面客流為31 110人/h、進站客流為665人/h、換入客流為6 385人/h，最小行車間隔為125 s，線路通過能力28對/h，超高峰系數(shù)取值1.1。通過計算，上行列車載客為1 223人，站臺候車乘客277人，高峰客流時期上行列車火災(zāi)時站臺必須疏散乘客為1 500人。

2.3 模擬工況

BuildingEXODUS為精細網(wǎng)格模型，模型采用0.5 m×0.5 m的正方形網(wǎng)格點，每個網(wǎng)格可與相鄰8個網(wǎng)格相連[13]。本文對固定導(dǎo)流欄桿(A1～A8)、可推拉導(dǎo)流欄桿(B1～B4)下的12種工況進行數(shù)值模擬[14-15]，如表1所示。其中，固定導(dǎo)流欄桿長度是指從樓梯口開始設(shè)置固定導(dǎo)流欄桿的長度，如圖4所示；可推拉導(dǎo)流欄桿長度是指14 m長的導(dǎo)流欄桿從樓梯口開始設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿的長度，在緊急疏散時可推開導(dǎo)流欄桿，如圖5所示。

3 結(jié)果分析

3.1 站臺人員分布分析

圖6為A1工況下疏散時間為60，120，210 s時的人員密度分布圖。由圖6可見，A1工況時人員按照站臺左右2側(cè)樓扶梯的通行能力合理選擇樓扶梯進行疏散，60 s時人員幾乎全部進入站臺；120 s時站臺右側(cè)人員大部分集中在樓扶梯口、站臺門與樓扶梯之間的區(qū)域并進行排隊。

表1 人員疏散數(shù)值模擬工況Table 1 Numerical simulation of evacuation

圖4 固定導(dǎo)流欄桿長度示意Fig.4 Diagram of the length of fixed diversion railings

圖5 可推拉導(dǎo)流欄桿長度示意Fig.5 Diagram of the length of push-pull diversion railings

圖7為A8工況下疏散時間60，120，210 s時的人員密度分布圖。由圖7可見，A8工況時站臺左側(cè)樓梯疏散和A1工況基本一致，區(qū)別主要在于站臺右側(cè)樓扶梯，60 s時人員基本全部進入站臺；120 s時站臺右側(cè)人員大部分集中在固定導(dǎo)流欄桿內(nèi)、站臺門與固定導(dǎo)流欄桿之間的區(qū)域并進行排隊；210 s時站臺右側(cè)人員在固定導(dǎo)流欄桿內(nèi)達到相對飽和。

圖6 A1工況下疏散時間為60,120,210 s時的人員密度分布Fig. 6 Distribution of personnel density at 60, 120 and 210 s at A1 operating mode

圖7 A8工況下疏散時間為60，120，210 s時的人員密度分布Fig. 7 Distribution of personnel density at 60, 120 and 210 s at A8 operating mode

在疏散過程中，人員逐漸到達樓扶梯口，設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時(工況A8)比不設(shè)固定導(dǎo)流欄桿時(工況A1)到達出口的距離增大，疏散時間增加。由圖6可見，不設(shè)固定導(dǎo)流欄桿時，人員排隊出現(xiàn)在樓梯口、站臺門與樓扶梯之間的區(qū)域，在樓扶梯口處存在客流交叉；由圖7可見，設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時，人員排隊出現(xiàn)在固定導(dǎo)流欄桿入口處、固定導(dǎo)流欄桿形成的通道內(nèi)、站臺門與固定導(dǎo)流欄桿之間的區(qū)域，在固定導(dǎo)流欄桿處和樓扶梯口處出現(xiàn)客流交叉現(xiàn)象，人員在導(dǎo)流欄桿內(nèi)呈現(xiàn)通道型排隊現(xiàn)象，由于排隊長度和寬度較大，人員在相對封閉空間容易出現(xiàn)極端心理行為，客流交織和沖突增加，這些心理行為會導(dǎo)致行走時間增加、行走路徑偏移增加、人員之間避讓沖突概率增大，容易產(chǎn)生次生災(zāi)害。

3.2 人員疏散時間分析

在客流高峰時期，對固定導(dǎo)流欄桿不同工況下(A1～A8)的地鐵站臺列車火災(zāi)人員疏散進行數(shù)值模擬，得到人員疏散時間折線圖和柱狀圖，如圖8和圖9所示。圖8可以看出，隨著導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員到達樓扶梯出口的時間略有增加。由圖9可以看出，導(dǎo)流欄桿長度為0 m(工況A1)時，人員疏散時間最短，疏散時間為298 s；固定導(dǎo)流欄桿長度為14 m(工況A8)時，人員疏散時間最長，疏散時間為360 s，人員疏散時間隨著固定導(dǎo)流欄桿長度的增加呈現(xiàn)增加趨勢。

圖8 A1～A8工況的人員疏散時間折線Fig.8 Staff evacuation time line diagram A1～A8 working condition

圖9 A1～A8工況的人員疏散時間柱狀圖Fig.9 Evacuation time histogram for A1～A8 working condition

在客流高峰時期，對可推拉導(dǎo)流欄桿不同工況下(B1～B4)的地鐵站臺列車火災(zāi)人員疏散進行數(shù)值模擬，得到人員疏散時間的柱狀圖，如圖10所示。由圖10可見，隨著可推拉導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員疏散時間呈減少趨勢。設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿長度為6 m(工況B4)時，人員疏散時間最短，疏散時間為325 s，人員疏散時間隨著可推拉導(dǎo)流欄桿長度的增加而減小。

圖10 B1～B4工況的人員疏散時間柱狀圖Fig.10 Evacuation time histogram for B1～B4 working condition

由圖9和圖10可見，設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時(工況A8)比不設(shè)導(dǎo)流欄桿時(工況A1)疏散效率降低了20.8%；設(shè) 6 m可推拉導(dǎo)流欄桿時(工況B4)比設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時(工況A8)疏散效率提高了9.7%，降低了導(dǎo)流欄桿對疏散時間的影響。地鐵車站在突發(fā)情況下開展人員緊急疏散時，若固定導(dǎo)流欄桿設(shè)置不當(dāng)，在某種程度降低了疏散效率；若合理設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿，人員疏散時間低于固定導(dǎo)流欄桿設(shè)置下的疏散時間，提高了人員疏散效率。

4 結(jié)論

1)通過BuildingEXODUS軟件對12種不同疏散工況進行數(shù)值模擬，分析地鐵站臺列車火災(zāi)時導(dǎo)流欄桿設(shè)置對人員疏散時間的影響。

2)設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時，人員在導(dǎo)流欄桿內(nèi)呈現(xiàn)通道型排隊現(xiàn)象，由于排隊長度和寬度較大，人員在相對封閉空間容易出現(xiàn)極端心理行為，客流交織和沖突增加，容易產(chǎn)生次生災(zāi)害。

3)隨著固定導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員安全疏散時間增加；設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿比不設(shè)導(dǎo)流欄桿時疏散效率降低了20.8%；隨著可推拉導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員疏散時間降低，設(shè)6 m可推拉導(dǎo)流欄桿比設(shè)14 m固定導(dǎo)流欄桿時疏散效率增加9.7%。合理設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿時的人員疏散時間，小于設(shè)固定導(dǎo)流欄桿時的疏散時間，進而提高了人員疏散效率。