地下建筑中公共設(shè)施的布置對(duì)人流疏散的影響研究

蔣毓希 李俊梅 李瀾昊 閆星辰 趙溢洋 孟 欣 北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，北京 100124

地鐵、地下商場(chǎng)以及地下綜合交通樞紐中人員眾多，人流密度大，一旦發(fā)生火災(zāi)或其他緊急狀況，如果內(nèi)部人員不能得到及時(shí)地疏散，就可能會(huì)造成大量的人員傷亡。如何將內(nèi)部人員快速、安全地疏散到地面一直是地下建筑安全運(yùn)營的重點(diǎn)。

地下建筑疏散通道及設(shè)施的設(shè)計(jì)一般會(huì)嚴(yán)格地依據(jù)相關(guān)的規(guī)范，在實(shí)際使用中，設(shè)置一些公共設(shè)施如座椅、垃圾桶等會(huì)增加人們的方便及購物舒適感，但這些設(shè)施的布置也可能會(huì)對(duì)內(nèi)部人員的疏散產(chǎn)生影響?；诖?，本文以北京一個(gè)典型的地鐵站和一個(gè)典型的地下商場(chǎng)為例，在對(duì)其進(jìn)行人流現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，借助于pathfinder 軟件對(duì)公共設(shè)施布置對(duì)人員疏散的影響進(jìn)行探討，最終得出公共設(shè)施對(duì)人員逃生時(shí)間的影響，以便更好地設(shè)置公共設(shè)施數(shù)量，在增多便民公共設(shè)施的同時(shí)，減少對(duì)逃生的影響。

Pathfinder 軟件中包含兩種人員運(yùn)動(dòng)方式的模式：SFPE模式和Steering 模式。SFPE 模式下行人以路徑長度作為路徑選擇的主要標(biāo)準(zhǔn)，其運(yùn)動(dòng)速率由房間人群密度來決定，而steering 模式是由路徑規(guī)劃、指導(dǎo)機(jī)制和碰撞處理綜合作用控制，人員疏散時(shí)根據(jù)路徑及人員距離確認(rèn)行進(jìn)路線。由于Steering 模式更接近現(xiàn)實(shí)，本次仿真采用Steering 模式。

1 地鐵地下空間人員疏散模擬

模擬的地鐵站長145 米，寬16 米，一共有三個(gè)樓梯，每個(gè)樓梯口寬4．2 米。平面圖如圖1 所示。模擬中設(shè)置的站臺(tái)人數(shù)為一輛超員載客車的人數(shù)，地鐵車型選用的是B型車，列車采用6輛編組，超員載客量（站立8 人/m2）；有司機(jī)室車262 人/輛（含坐席36 人數(shù)）；無司機(jī)室車290 人/輛（含坐席46 人數(shù)）。

圖1 地鐵車站平面布置圖

超員載客，N總=262×2+290×4=1684（人）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的地鐵人員的組成，模擬中青年男士占比42．8%，青年女士占比50．1%，老人及兒童占比7．1%。各類人員行走速度的設(shè)置參考我國《地鐵安全疏散規(guī)范》（GB 33668-2017），中青年男士的水平行走速度設(shè)定為1．25m/s，中青年女士的水平行走速度為1．05m/s，老人及兒童的水平行走速度是0．76m/s。模擬中根據(jù)公共設(shè)施布置的不同設(shè)置4 個(gè)模擬工況進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。工況設(shè)置如表1 所示。公共設(shè)施的添加規(guī)則是每個(gè)出入口對(duì)面都設(shè)置了一個(gè)指示牌。依據(jù)建設(shè)部垃圾桶規(guī)范中規(guī)定，在地鐵站里添加垃圾桶。在此基礎(chǔ)上以柱距為單位盡量多加座椅。所有的公共設(shè)施不占用樓梯電梯的出入口，離出入口至少一個(gè)柱距遠(yuǎn)。

為了減少人員分布的隨機(jī)性對(duì)疏散時(shí)間的影響，每個(gè)模型都隨機(jī)放置人員6 次，取6 次疏散時(shí)間的平均值作為模型的結(jié)果。

表1 地鐵車站模擬工況設(shè)定

2 商場(chǎng)地下空間人員疏散模擬

模擬 的商 場(chǎng) 長100．94 米，寬76．25 米，總面 積 為7750．66 平米，出口為3 米，如圖2 所示。按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定的“商店的疏散人數(shù)應(yīng)按每層營業(yè)廳建筑面積乘以面積折算值和疏散人數(shù)換算系數(shù)計(jì)算?！钡叵律痰甑拿娣e折算值不應(yīng)小于70%。規(guī)范中的人數(shù)換算系數(shù)如表2 所示。

把商場(chǎng)的總面積乘以75%再乘以0．6，得出來3488人。實(shí)地調(diào)查的人群比例是中青年男士占比33%，中青年女士占比46%，老人及兒童的占比是21%。采用地鐵模型相同的人群速度作為商場(chǎng)模型的人群速度。以上述人群數(shù)量、比例和速度作為所有商場(chǎng)模型的速度。

5 個(gè)不同面積的商場(chǎng)模型，工況設(shè)置如表3 所示，每個(gè)模型隨機(jī)放置6 次人群并運(yùn)行，取6 次平均值作為總疏散時(shí)間。

3 地鐵地下空間模擬結(jié)果分析

表2 商店?duì)I業(yè)廳內(nèi)的人員密度（人/m2）

表3 商場(chǎng)地下一層模擬工況設(shè)定

Pathfinder 軟件會(huì)在每一次人員逃生模擬之后自動(dòng)生成一份總結(jié)報(bào)告，以第一組第一次模擬的數(shù)據(jù)來看，如果將疏散距離和疏散時(shí)間相比，最快的一批人員的平均疏散速度為約1m/s，而最遠(yuǎn)的一批乘客的平均速度則為0．28m/s，說明有相當(dāng)一部分人把時(shí)間都用在了擁擠和等待上，軟件模擬的人流密度疊加通道如圖3 的分析結(jié)果也佐證了這一點(diǎn)。截取三個(gè)時(shí)段人員位置情況（如表4所示）也能很好地印證這一點(diǎn)。

圖3 地鐵站地下一層14.3 秒時(shí)的人員輪廓熱圖

表4 人員位置狀況

根據(jù)疏散面積和疏散時(shí)間的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，繪制了如圖4 所示的地鐵疏散結(jié)果，從該分析結(jié)果可以看出，疏散時(shí)間隨公共設(shè)施的增加呈上升趨勢(shì)，在可用疏散面積大于1263．74 平米，即公共設(shè)施面積小于27．36 平米時(shí)，疏散時(shí)間的變化不大。而可用疏散面積為1246．54平米，即公共設(shè)施面積占總面積的3．5%時(shí)，疏散時(shí)間就達(dá)到了《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2003）規(guī)定的人員疏散最長時(shí)間360s 的上限，比公共設(shè)施的面積占總面積的比例為2．2%時(shí)所需疏散時(shí)間增加18s。

可以推斷，在接近疏散面積處于1260 平米左右的地方存在一個(gè)臨界值，即公共設(shè)施面積占總疏散面積2．20%，小于該臨界值的時(shí)候，疏散時(shí)間會(huì)取決于公共設(shè)施的放置原則和方式，公共設(shè)施的絕對(duì)面積大小并不起主導(dǎo)作用；當(dāng)公共設(shè)施面積大于這個(gè)臨界值的時(shí)候，公共設(shè)施的絕對(duì)面積大小會(huì)作為主導(dǎo)性因素直接影響疏散時(shí)間。因此，在公共設(shè)施面積占總疏散面積2．20%以內(nèi)時(shí)，對(duì)疏散時(shí)間影響不大。

圖4 地鐵模擬結(jié)果

4 商場(chǎng)地下空間模擬結(jié)果分析

根據(jù)系統(tǒng)自帶的數(shù)模擬總結(jié)數(shù)據(jù)來看，所有的模型人員都在樓梯的入口處堆積，有相當(dāng)一部分人把時(shí)間都用在了擁擠和等待上。

根據(jù)疏散面積和疏散時(shí)間的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，繪制了如圖5 所示的商場(chǎng)疏散結(jié)果，從該分析結(jié)果可以看出，疏散時(shí)間隨公共設(shè)施的增加呈上升趨勢(shì)，在可用疏散面積大于2493．07 平米，即公共設(shè)施面積小于196．21 平米時(shí)，疏散時(shí)間的變化不大。而可用疏散面積為2402．91，即公共設(shè)施面積占總面積的10．7%時(shí)，疏散時(shí)間就達(dá)到了規(guī)定的人員疏散最長時(shí)間360s 的上限。比公共設(shè)施面積的占比為7．3%時(shí)，疏散時(shí)間增加18s。

可以推斷，公共設(shè)施的擺放位置和占地面積都會(huì)影響疏散時(shí)間，公共設(shè)施面積占總面積小于7．3%的時(shí)候，擺放位置的有利影響會(huì)大于占地面積的不利影響，公共設(shè)施面積對(duì)疏散時(shí)間的影響不大。

圖5 商場(chǎng)模擬結(jié)果