地鐵檢票閘機(jī)對(duì)安全疏散的影響研究

馬 輝，趙宇恒

(華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201)

0 引言

地鐵人員密度大，疏散難度大，且疏散中發(fā)生二次踩踏事故的可能性大。地鐵自動(dòng)檢票閘機(jī)是地鐵正常運(yùn)營(yíng)必須的設(shè)備設(shè)施，是不可避免的“疏散障礙”，因此閘機(jī)對(duì)地鐵安全疏散的影響及解決對(duì)策亟待解決。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于地鐵疏散的研究很多，多集中于“人”、“機(jī)”、“環(huán)”三個(gè)角度，“人”的角度關(guān)注人員疏散的行為、疏散策略[1]，“機(jī)”的方面以疏散樓梯、安全出口、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)檢票閘機(jī)、疏散欄桿等疏散設(shè)施對(duì)疏散的影響為主，“環(huán)”的方面?zhèn)戎鼗馂?zāi)等人員恐慌條件下人員疏散的研究。其中對(duì)于導(dǎo)流欄桿的研究主要集中于對(duì)站臺(tái)層導(dǎo)流欄桿的設(shè)置[2-4]。對(duì)于檢票閘機(jī)主要研究有無(wú)閘機(jī)、閘機(jī)的設(shè)置位置，開(kāi)啟方向等對(duì)疏散的影響[5-8]，但沒(méi)有對(duì)于在閘機(jī)設(shè)置引導(dǎo)欄桿影響方面的研究。研究方法方面，運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行地鐵疏散相關(guān)研究是可行的[9-11]。

基于以上，本文運(yùn)用pathfinder2018，以天津地鐵西青道站為研究對(duì)象對(duì)閘機(jī)設(shè)置引導(dǎo)欄桿的實(shí)效性進(jìn)行分析，得出最優(yōu)的閘機(jī)引導(dǎo)欄桿設(shè)置方式。

1 工程概況

以在建的天津地鐵站西青道站為例分析。本工程位于西青道與復(fù)興路交口，車站北側(cè)為國(guó)家糧食儲(chǔ)備庫(kù)和規(guī)劃西站長(zhǎng)途客運(yùn)站，南側(cè)為建設(shè)里小區(qū)及紅橋環(huán)衛(wèi)局。其上方為同期實(shí)施的西青道下沉隧道。

車站中心里程右DK16+805.500，車站線路平面緩和曲線車站左端，縱向坡度為2‰上坡。車站為地下雙層島式站臺(tái)車站，站臺(tái)寬12 m，車站全長(zhǎng)187.2 m，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)總寬度為20.9 m。

車站共設(shè)置2座風(fēng)道，4個(gè)出入口。A號(hào)風(fēng)道設(shè)在主體結(jié)構(gòu)西端的北側(cè)；B號(hào)風(fēng)道設(shè)在主體結(jié)構(gòu)東端的北側(cè)；A號(hào)出入口設(shè)在車站主體結(jié)構(gòu)東端北側(cè)，通向規(guī)劃長(zhǎng)途車站，并舍友垂直電梯；B號(hào)出入口在車站主體西端北側(cè)，在天津西站國(guó)家糧食儲(chǔ)備庫(kù)南側(cè)；C號(hào)出入口在車站主體結(jié)構(gòu)西段南側(cè)；D號(hào)出入口中車站東端南側(cè)。

2 模型建立

Pathfinder目前已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域人員疏散仿真研究，可以計(jì)算出模擬狀態(tài)下每個(gè)人員自己的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，并且會(huì)給予該模擬人一套獨(dú)特的參數(shù)，例如逃生出口的選擇、在運(yùn)行中所需要經(jīng)過(guò)的航點(diǎn)、逃生過(guò)程中所達(dá)到的最大速度。

2.1 場(chǎng)景建模

地鐵站東西方向長(zhǎng)度為187.2 m。地鐵站東端的寬度為24.155 m。地鐵站西端的寬度為28.161 m。以上各項(xiàng)墻的厚度0.6 m均計(jì)算在內(nèi)。站臺(tái)的寬度為12 m。A、B、C、D出入口的寬度為7 m。

在地鐵站的中層頂板和底層頂板之間有一座豎直方向的電梯和兩條普通樓梯。其中兩個(gè)樓梯的寬度相同、長(zhǎng)度相同，寬度為4.6 m，長(zhǎng)度為12 m。

2.2 人員參數(shù)

由于地鐵站天津西青道站是正在修建，未投入正式運(yùn)營(yíng)，疏散人群的組成無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲得，因此借鑒以往學(xué)者研究[5], 結(jié)合《地鐵安全疏散規(guī)范》(GB33668—2017)人員參數(shù)如下表所示：

表2 緊急情況下不同人群的疏散速度

關(guān)于地鐵站人群密度的確定。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.2條公式，地鐵站臺(tái)上的人群密度一般為0.33～0.75人/m2。此處選取人群密度為0.75人/m2的最不利條件作為模擬參數(shù)。

根據(jù)對(duì)北京實(shí)際地鐵站永安里站和大望路站的觀察，站廳人群密度小于站臺(tái)規(guī)定的0.33人/m2，取值為0.33人/m2。得到：

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站臺(tái)區(qū)域人員數(shù)量為

Q1=ρ1×S1=0.75×1521=1140 (人)

中層區(qū)域人員數(shù)量為

Q2=ρ2×S2=0.33×5600=1847 (人)

圖1 物理模型平面圖

2.3 自動(dòng)檢票閘機(jī)參數(shù)

地鐵站自動(dòng)檢票閘機(jī)在緊急狀況下，安全疏散過(guò)程中保持全開(kāi)的狀態(tài)。本次研究以北京西莫

羅公司生產(chǎn)的伸縮式扇門閘機(jī)為例，閘機(jī)長(zhǎng)度為1.4 m，閘機(jī)厚度為0.3 m，閘機(jī)高度為0.99 m，閘機(jī)主要通道寬度為0.55 m。尺寸如圖2所示。

圖2 閘機(jī)外形圖(mm)

閘機(jī)設(shè)置在站廳區(qū)域的東西兩端，靠近出入口，由四部分組成。右上方為靠近A出入口的閘機(jī)，設(shè)置數(shù)量8個(gè)，兩端設(shè)置有無(wú)障礙通道，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向依次為B、C、D出入口閘機(jī)，添加人員后疏散場(chǎng)景圖，如圖3所示。

圖3 添加人員后疏散場(chǎng)景圖

3 閘機(jī)對(duì)疏散的影響

3.1 無(wú)閘機(jī)自主疏散

為了得出人員在無(wú)任何障礙條件下的自主疏散條件下所需安全疏散時(shí)間，因此在不安設(shè)檢票閘機(jī)無(wú)任何分流措施的工況下進(jìn)行，即無(wú)閘機(jī)自主疏散模式下進(jìn)行仿真。

表3 無(wú)閘機(jī)無(wú)分流工況下的疏散時(shí)間

疏散模擬開(kāi)始的早期，由于A出入口的階梯水平長(zhǎng)度和隧道長(zhǎng)度都是最長(zhǎng)的，C出入口隧道傾斜坡度最大，導(dǎo)致人群大量涌向了B、D出入口，如圖4和表4所示。

圖4 無(wú)閘機(jī)無(wú)分流10.0 s時(shí)刻人群密度色譜

表4 各出入口疏散人數(shù)

3.2 閘機(jī)對(duì)疏散影響分析

設(shè)置檢票閘機(jī)的模型如下圖5所示，按照無(wú)閘機(jī)自主疏散模式的參數(shù)進(jìn)行模擬，顯示設(shè)置閘機(jī)后在閘機(jī)前側(cè)人員密集大，擁堵明顯，如圖6和7所示。

模擬結(jié)果顯示，設(shè)置閘機(jī)后，疏散時(shí)間為391.3 s，相對(duì)于無(wú)閘機(jī)自主疏散模式下的318.2 s相比，疏散時(shí)間增長(zhǎng)了73.1 s，且靠近B、D出入口的自動(dòng)檢票閘機(jī)處出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)頂D現(xiàn)象，各個(gè)閘機(jī)口利用率差異很大，多個(gè)閘機(jī)口的疏散利用率低。

綜上所述，檢票閘機(jī)的存在會(huì)影響疏散效果，但在實(shí)際疏散中閘機(jī)是不能忽視的，因此尋找破解閘機(jī)對(duì)疏散阻礙優(yōu)化措施尤為重要。

3.3 閘機(jī)欄桿優(yōu)化方案

(1) 閘機(jī)等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿對(duì)疏散的影響分析

在閘機(jī)前側(cè)和后側(cè)各設(shè)置1米和3米等長(zhǎng)的引導(dǎo)欄桿，詳見(jiàn)圖8～圖11所示。通過(guò)模擬得出添加引導(dǎo)欄桿后疏散時(shí)間如表5所示。

圖5 有閘機(jī)無(wú)分流10.0 s人群密度場(chǎng)

圖8 引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)后側(cè)1 m等長(zhǎng)

圖9 引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)前側(cè)1 m等長(zhǎng)

圖10 引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)后側(cè)3 m等長(zhǎng)

圖11 引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)前側(cè)3 m等長(zhǎng)

1m等長(zhǎng)3m等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)后側(cè)引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)前側(cè)引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)后側(cè)引導(dǎo)欄桿設(shè)置在閘機(jī)前側(cè)354366.8367.5365.9平均疏散時(shí)間363.55s

相比無(wú)閘機(jī)引導(dǎo)欄桿所用疏散時(shí)間391.3 s，設(shè)置疏散引導(dǎo)欄桿后疏散時(shí)間縮短近30 s，但各閘機(jī)疏散過(guò)程中利用效率不同，導(dǎo)致個(gè)別閘機(jī)人員集中擁堵，據(jù)此設(shè)想將閘機(jī)引導(dǎo)欄桿設(shè)置成不等長(zhǎng)形式，探究其對(duì)疏散的影響。

(2) 閘機(jī)不等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿對(duì)疏散的影響分析

結(jié)合等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿設(shè)置中各閘機(jī)口疏散中利用率不均衡，導(dǎo)致個(gè)別閘機(jī)口擁堵程度大，易出現(xiàn)踩踏等二次傷害，因此在閘機(jī)后側(cè)添加不等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿進(jìn)行模擬，如圖12所示。

圖12 不等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿設(shè)置圖

模擬過(guò)程如圖13所示，疏散時(shí)間為320.1 s，相對(duì)于只設(shè)置閘機(jī)的391.3 s來(lái)說(shuō)，疏散時(shí)間減少了71.2 s，減少了18.2%，相比等長(zhǎng)欄桿疏散時(shí)間平均疏散時(shí)間365.5 s也大幅降低，僅比無(wú)閘機(jī)自助疏散模式的318.2 s多出1.3 s，優(yōu)化效果明顯。

圖13 閘機(jī)優(yōu)化后的工況模擬疏散10.0 s人群密度場(chǎng)

4 結(jié)論

(1) 地鐵自動(dòng)檢票閘機(jī)對(duì)人員疏散是有阻礙作用的。有閘機(jī)的疏散時(shí)間為391.3 s，相對(duì)于無(wú)閘機(jī)自主疏散模式相比，疏散時(shí)間增長(zhǎng)了73.1 s，增加了18.7%。

(2) 在閘機(jī)前設(shè)置引導(dǎo)欄桿能夠提高疏散效率。

(3) 閘機(jī)前引導(dǎo)欄桿設(shè)置方向及長(zhǎng)度對(duì)疏散效率存在影響。1米等長(zhǎng)的引導(dǎo)欄桿在閘機(jī)后側(cè)和前側(cè)疏散時(shí)間方面，研究結(jié)果顯示引導(dǎo)欄桿設(shè)置閘機(jī)后側(cè)疏散時(shí)間為354 s，比設(shè)置在閘機(jī)前側(cè)減少了12.8 s；在3米等長(zhǎng)引導(dǎo)欄桿工況下，設(shè)置方向?qū)κ枭⒂绊懞苄?，兩者只相?.6 s，可以忽略。

(4) 閘機(jī)引導(dǎo)欄桿設(shè)置成不等長(zhǎng)形式是疏散效果最好的。相比等長(zhǎng)欄桿疏散時(shí)間大幅降低，比閘機(jī)無(wú)引導(dǎo)欄桿的工況疏散時(shí)間減少了71.2 s，減少了18.2%，僅比無(wú)閘機(jī)自主疏散模式的多1.3 s，優(yōu)化效果明顯。