地鐵車站疏散設施布局對乘客疏散時間的影響*

王 琳 張國奧 徐 杭

(西南交通大學交通運輸與物流學院，610031，成都 ∥ 第一作者，講師)

隨著城市規(guī)模的擴大和城市發(fā)展進程的不斷推進，在客流較大的地鐵車站，如何合理布置車站的設備設施、劃分車站空間使用情況對災害發(fā)生時的疏散時間長短有重要影響。用于疏散的通道類設施設備主要為疏散樓梯、用于疏散的自動扶梯和疏散通道[1]，研究疏散中可用的樓扶梯的空間位置和出口的開放情況對疏散時間的影響有重要意義。

目前，針對地鐵車站樓扶梯和出口的空間位置和使用情況對疏散影響的研究，主要選取開通運營后的車站進行分析[2-3]。分析的重點一是集中在車站設施設備的建筑設計環(huán)節(jié)，考慮不同的建筑形式和設備布局對疏散過程的影響[4]；二是集中在實際運營中設備的使用情況對疏散過程的影響。鮮有文獻考慮車站發(fā)生災害時不同位置的樓扶梯和出口無法用于疏散的情況。本文采用Anylogic仿真軟件構建仿真模型，以徐州地鐵1號線彭城廣場站為例，設計不同位置的樓扶梯和出口無法用于疏散的場景，分析樓扶梯空間位置和出口開放情況對疏散的影響。

1 車站疏散基礎條件

1.1 車站疏散設施設備基本情況

選用Anylogic仿真軟件構建仿真模型。Anylogic軟件的行人庫采用社會力模型算法，能精確模擬人的心理對行為的影響，能夠根據(jù)當前所處的社會環(huán)境，運用經(jīng)典物理學進行受力分析，模擬移動速度變化。

本文研究的基本疏散場景為地下兩層島式車站的標準布局車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，由2組樓扶梯、1組樓梯和無障礙電梯連接站臺層與站廳層。車站出口通常分布在矩形車站的4個角，根據(jù)地理位置和車站性質增設其他出口；車站內(nèi)付費區(qū)和非付費區(qū)由進出站閘機連接，其他位置使用護欄進行阻攔；樓扶梯組連接付費區(qū)內(nèi)站廳和站臺，通常采用3組布置形式[5]。車站內(nèi)部的主要疏散設備為通道類設備，包括樓扶梯、走行通道、進出站閘機等設備。車站出口樓扶梯數(shù)量由站型及地理位置決定，變化較大。

本文選擇徐州地鐵1號線彭城廣場站(見圖1)進行疏散仿真。根據(jù)彭城廣場站火災應急處置預案，站臺乘客由1號口、3號口、4號口進行疏散。

圖1 徐州地鐵1號線彭城廣場站站廳及站層布置圖

1.2 車站疏散基礎數(shù)據(jù)

彭城廣場站在1號線一期工程開通當年的早高峰進站客流量為314人/h、出站客流量為3 298人/h，工作日早高峰上行方向徐醫(yī)附院站—彭城廣場站的區(qū)間斷面客流量為6 563人/h。

根據(jù)《地鐵安全疏散規(guī)范》[1]，場景設置按超高峰時段1列列車進站?？繒r刻、只發(fā)生一處火災考慮。

人員默認走行速度取值為新建地鐵站的行人舒適速度1.1 m/s[1]。實際走行速度根據(jù)行人所處的社會環(huán)境能夠自動變化。

1.3 車站疏散基本場景

按照基本疏散場景運行仿真模型，疏散人數(shù)隨時間分布如圖2所示。時間t=0時，列車到達車站；t1階段，客室內(nèi)乘客、站臺等候乘客以及正在樓扶梯上的乘客開始向站廳疏散；t2階段，車站總人數(shù)的疏散速率基本為常數(shù)，到210 s左右，站臺層全部疏散完畢；t3階段，疏散結束。

圖2 基本疏散場景下疏散人數(shù)隨時間分布

對疏散過程有明顯影響的通道類設施為樓扶梯、站廳通道、進出站閘機。進出站閘機對疏散過程中行人的疏散有明顯的阻滯作用。在閘機入口處往往有行人聚集，對疏散時間有明顯的影響。但由于閘機成組布置，疏散時進出及雙向閘機均完全打開，同時站廳區(qū)域空間較大，對于行人而言能夠有較好的視野，短時間內(nèi)能夠自組織和自分配，對疏散時間影響較小，故不進行相應的試驗研究。

2 疏散時間影響因素仿真分析

站臺層樓扶梯空間布局和出口開放情況對疏散時間影響最大。為研究兩者對疏散總時間造成的影響，設置對照場景如下：

1) 在樓扶梯維修或故障情況下，疏散可用的樓扶梯總數(shù)減少。在站臺所有可用樓扶梯上行通過能力相同的情況下，分析可用的樓扶梯空間位置的不同對疏散時長的影響。

2) 火災位置或障礙物位置會導致出口無法開放，分析3個出口分別無法用于疏散的情況下對疏散時長的影響。

2.1 樓扶梯空間位置對疏散的影響

災害發(fā)生時，車站內(nèi)的下行扶梯停止運行作為樓梯使用，上行扶梯按照原速度保持上行，對于疏散更有效。本文研究采用下行扶梯停止運行作為樓梯使用，上行扶梯保持上行的策略?；臼枭鼍跋聵欠鎏菔褂们闆r如圖3所示。

圖3 基本疏散場景下的車站樓扶梯使用方案

2.1.1 疏散場景設置

為研究樓扶梯空間位置對疏散時長的影響，設置場景1-1和場景1-2，分別為兩側扶梯各一個處于不能通過的狀態(tài)。左側2個扶梯不能通過，右側扶梯正常使用，該場景與右側2個扶梯不能通過的情況等效。各疏散場景下樓扶梯使用情況如表1所示。

表1 各疏散場景下車站樓扶梯使用情況

2.1.2 站臺疏散過程分析

對兩個場景分別進行20次測試后取疏散時間平均值，站臺人數(shù)隨時間分布如圖4所示。在t1時間段，場景1-1、場景1-2相較于基本場景疏散情況，疏散速度較低，因為受限于站臺總扶梯輸送能力。t1時間過后，基本場景情況下疏散速度影響較小，但場景1-2疏散速度明顯減緩。原因在于，無干預的情況下，行人傾向于選擇視野范圍內(nèi)較近的扶梯組，導致行人在左側扶梯組處大量聚集，站臺整體設備利用不均衡。在210 s后的場景1-2中，站臺所有的滯留乘客仍在左側扶梯組處等待服務，由站臺疏散至站廳所需的時間已經(jīng)超過6 min，全部乘客疏散至地面的時間接近500 s，極大超過《地鐵安全疏散規(guī)范》所規(guī)定的安全疏散時間，危險隱患較大。

圖4 不同疏散條件下站臺人數(shù)隨時間分布

場景1-1同場景1-2的區(qū)別主要在于，場景1-1中的乘客能夠較為均衡地利用多個扶梯的能力，因此在有設備暫停使用時，仍然能夠滿足安全疏散時間要求。

針對場景1-2出現(xiàn)的問題，做出如下優(yōu)化：通過廣播和引導對乘客的扶梯選擇進行干預，均衡各個扶梯組的使用情況。場景1-2加入引導前和加入引導后的站臺疏散情況如圖5、圖6所示。在疏散至170 s時各個扶梯組利用基本達到均衡，疏散總時間為332 s，符合《地鐵安全疏散規(guī)范》要求。

圖5 場景1-2(加入引導前)疏散至170 s時站臺行人分布情況

圖6 場景1-2(加入引導后)疏散至170 s時站臺行人分布情況

如圖6所示，在t1時間段過后，場景1-1和場景1-2均開始出現(xiàn)能力使用不均衡的情況，對整個站臺而言疏散受到限制。通過車站人為引導，疏散效率提升明顯。

2.2 出口開放情況對疏散過程的影響

在車站疏散過程中，根據(jù)彭城廣場站火災應急處置預案，站臺乘客由1號口、3號口、4號口進行疏散，如圖1所示。

2.2.1 疏散場景設置

為研究出口空間布局對疏散過程影響，設置如表2所示的3組不同場景，。

表2 各疏散場景車站出口開放情況

2.2.2 站廳疏散過程分析

對3組疏散場景進行仿真模擬。疏散全過程乘客走行密度如圖7所示。其中1號口走行流線較為復雜，客流密度較大，對乘客走行阻滯較多。在場景2-1中，1號口無法用于疏散，行人在走行過程中的路線復雜度較低，走行流線有至多2處折角。在場景2-2和場景2-3中，行人前往1號口走行路徑較為復雜，行人走行過程中有多處折角，行人在折角處密度較高，對走行效率有一定影響。3號口的疏散流線簡單，只在拐角位置有較為明顯的客流密度較大的情況，但走行路徑較長。4號口走行流線簡單且走行距離較短。

圖7 不同疏散場景疏散全過程行人密度圖

綜合考慮折角數(shù)量與路徑選擇難度，將走行流線的復雜程度分為1～5級。各疏散場景的仿真結果如表3所示。在各個疏散場景中，場景2-1的疏散時間最長，場景2-2、場景2-3其次且疏散時間相近；場景2-1中的行人避開了走行流線最復雜的1號口，疏散時間卻最長，說明雖然關聯(lián)流線復雜程度較高的疏散口對乘客的疏散時間有一定影響，但是走行距離對乘客的疏散時間則有更大影響。彭城廣場站1號口的出口寬度較大，雖然在折線拐角位置行人密度較大，但滯留時間較短，對整體疏散影響并不大。場景2-1的疏散時間最長，說明在保持一定的空間服務水平的情況下，站廳走行距離對疏散影響最大。當緊急情況發(fā)生時，工作人員應及時引導乘客從走行距離較短的出口進行疏散，以提高疏散效率。

表3 不同疏散場景的仿真結果

3 結語

本文設計了不同位置的樓扶梯和出口無法用于疏散的場景，研究了地鐵車站不同位置的樓扶梯和出口開放情況對疏散的影響。

1) 針對樓扶梯空間位置對疏散的影響，設置了2個場景與基本場景進行對照。在站臺層樓扶梯空間位置分布差異較大的場景下，通過合理引導乘客能夠大幅提高乘客使用設備的均衡程度，提高疏散效率。

2) 針對出口開放情況對疏散的影響，設置了3個場景與基本場景進行對照。在疏散通道寬度不受限的情況下，流線的復雜程度對乘客疏散時間有一定影響，但乘客在站廳層的走行距離對疏散時間影響較大。

本文研究內(nèi)容可為地鐵車站客運組織和應急組織提供一定的指導。本文研究的是典型空間結構的車站按既定規(guī)范條件下的基本疏散情況中的2個關鍵因素，其中乘客行為、閘機位置對疏散的影響，以及不同的車站空間布局、換乘站的布置與使用等因素對疏散的影響還需進一步研究。