應急疏散條件下地鐵站人員樓梯和扶梯選擇行為分析與計算模型研究＊

曾俊鴻 周鐵軍 謝瑞杭 楊瑞航

隨著地鐵逐漸向深層發(fā)展，安全疏散的壓力正在逐漸增大。快速撤離的疏散方式是地下空間人員生命安全的重要保障。目前針對地鐵疏散的研究主要針對站臺層到站廳層，未考慮站廳層到地面的過程。張海濱等人[1]研究了站臺層至站廳層的疏散時間計算；穆娜娜[2]以站廳層為安全區(qū)，對地鐵車站的疏散能力進行了模擬研究。根據《地鐵安全疏散規(guī)范》，站廳層并非最終安全區(qū)，日本《地鐵防火規(guī)范詳解》要求10min內疏散到地面，洪水等災害[3]表明站廳層也是存在危險的，因此疏散到地面是有必要的。疏散階段可分為水平疏散和垂直疏散[4]，樓梯和扶梯是地鐵站的主要垂直疏散設施。在疏散能力計算上，現有規(guī)范沒有考慮到不同體質特征的人員在疏散設施上的選擇情況。在疏散仿真模型方面，穆娜娜、王琳、賈天耀等[2,5-6]主要采用規(guī)范中的數值進行計算。針對地鐵中疏散設施的選擇情況，Zhang Weihua、Pei Yulong、Li Qian、史芮嘉等[7-10]探究了人員選擇樓梯和扶梯的影響因素，但都是非緊急情況下的討論，并不符合緊急情況下人員的選擇情況。

因此，探究緊急情況下人員對疏散設施的選擇情況是有必要的。本研究基于Xie Ruihang等[7-9,11]的研究，篩選確定了影響因子。通過線上問卷和線下訪談的方式，收集335份有效問卷，獲取了不同埋深和不同體質特征的人員在緊急情況下對樓梯和扶梯的選擇情況?；诮Y果，以埋深與體質特征為因子，對數據進行非線性回歸分析[12]，建立了預測人員選擇情況的數學模型。該數學模型可以優(yōu)化現有仿真模型，獲得更加準確的疏散情況。

1 實地調研

根據《城市地下空間規(guī)劃標準》（GB/T 51358-2019）的分類，地鐵站分為淺層、次淺層、次深層、深層四類，對應的深度分別地下0～15m、15～30m、30～50m、50m以上。重慶作為地質環(huán)境復雜、地鐵資源豐富的區(qū)域，能夠涵蓋各種埋深的地鐵站。因此，本文調研了人流量較大、具有代表性的43個重慶地鐵站，對站廳層的埋深進行了統計（表1）。

2 問卷設置與收集

問卷收集被調查者的性別、年齡等信息，以及4種埋深情況下被調查者對樓梯和扶梯的選擇情況與選擇原因。在埋深設定方面，以站廳層埋深為參數，經SPSS單樣本檢驗，將深度設置為8m、17m、35m、50m。此外，問卷還收集了被調查人員的安全知識水平以及面對擁擠時的選擇情況。

被調查者在填寫問卷前，被要求觀看地鐵火災錄像。錄像中火焰、煙氣等現象與行人的尖叫、奔跑等恐慌行為，有利于代入實際緊張氛圍。之后被調查者被告知此時是緊急情況，需要盡快疏散到地面。以此為指導進行問卷調查，一共收集了335份有效問卷，最終形成統計結果（表2）。

表1 車站站廳層埋深統計

3 結果與分析

3.1 數據有效性分析

從統計結果上看，0～17歲組樣本量過少，故不納入統計。18～30歲組與31～45歲組在年齡上相對接近，在選擇上也具有相似性，故合并為一組。經相關性分析，性別、年齡范圍、埋深與選擇行為均在0.01級別上存在顯著相關性。

3.2 選擇比例與理由分析

從總體上看，隨著埋深的逐漸增大，選擇自動扶梯的比例從19.7%增大到63.2%。從性別上看，女性更愿意選擇扶梯，埋深越大越明顯。從年齡上看，60歲以上人群選擇扶梯的比例最高，45～59歲人群高于剩余兩組。

從選擇原因上看，由表3可知選擇樓梯主要是考慮安全性，尤其是在深層地鐵站中，占比達到了95%；固定的樓梯跑起來更穩(wěn)、更快是第二原因，比例為60%；因為樓梯更寬和出口較近而選擇的人員比例約為35%和10%。

由表4可知，選擇扶梯的主要原因是速度更快、更加省力，二者的比例都達到了70%。而隨著埋深逐漸增大，因為出口太遠而選擇扶梯的人員比例也從12%增長到56%。

3.3 更換疏散設施意愿分析

在面臨擁堵的情況下，隨著埋深增大，選擇自動扶梯的人員更換到樓梯的比例從91%下降到58%。其中，60歲以上人群的更換意愿最低，身體素質的下降是他們難以采用樓梯進行疏散的主要原因?？梢钥闯觯S著埋深增大，人員更換疏散方式的意愿逐漸降低，選擇扶梯的人員相應增多，因此深層地鐵站中扶梯的運載量要求比淺層更高。

3.4 安全知識與選擇意愿分析

在安全知識普及上，超過60%的人員不了解當火災發(fā)生時，地鐵站中的扶梯是安全且正常運行的。普及知識后，超過80%的人員愿意選擇扶梯進行疏散，其中男性占比76%，女性占比87%，這也反映了男性疏散能力信心更強；而從年齡上看，60歲以上人群更愿意選擇扶梯進行疏散，比例為90%，原因可能是疏散能力更弱，疏散能力信心更弱。

表2 自動扶梯選擇比例表

表3 樓梯選擇原因比例表

表4 扶梯選擇原因比例表

4 數學模型構建

從數據相關性上看，性別、年齡和埋深均在0.01量級上具有顯著相關性。因此，本研究通過二元邏輯回歸模型對數據進行處理，將性別、年齡、埋深作為協變量，選擇行為作為因變量。根據Zhang Weihua等[7]的研究表明，邏輯模型的公式為：

其中y=0為選擇扶梯疏散，x1—xm為各項參數。

本研究相關影響因素的分配如下：變量x1為性別，分配和描述為1為男性、2為女性。變量x2為年齡，分配與描述為1為18～45歲、2為45～59歲、3為60歲以上。變量x3為場景的埋深，1為8m，2為17m、3為35m、4為50m。針對分配的變量，公式變形為：

將問卷結果進行非線性回歸分析，獲得相關系數。β0=3.588，95%置信區(qū)間為（2.912，4.265）；β1=—0.597，95%置信區(qū)間為（—0.835，—0.359）；β2=—0.647，95%置信區(qū)間為（—0.903，—0.390）；β3=—0.644，95%置信區(qū)間為（—0.758，—0.530）。所有系數均在95%置信區(qū)間內，能夠較好地模擬選擇情況。

將軟件分析得到的系數代入公式，即可得到性別、年齡、埋深影響下，選擇樓梯和扶梯人員的預測公式。從公式上看，男性、青壯年、淺埋車站，人們更愿意使用樓梯；反之，則為扶梯。樓梯上的多為疏散能力強的人員，根據相關人員的比例與疏散速度，可精確計算樓梯與扶梯的單位時間疏散量。

5 結語

隨著埋深逐漸增大，自動扶梯的選擇比例從19.7%上升到63.3%；面對擁擠情況，人員更換疏散設施更低。女性在緊急情況下更愿意選擇扶梯，并且隨埋深的增長幅度更大。隨著年齡增大，扶梯疏散的選擇比例逐漸增大，大于60歲的老人更傾向于選擇扶梯疏散，排隊情況下更加不愿意更換疏散設施。根據數據進行非線性回歸分析，獲得了性別、年齡、埋深影響下的樓梯和扶梯選擇回歸方程系數。

雖然文章針對樓梯和扶梯的選擇進行了分析，但根據Zhu Kongjin等[13]的研究發(fā)現，疏散人員在長距離上行疏散過程中的疲勞度可能會影響后續(xù)的選擇。人員在開始階段疏散的選擇，不一定能代表能在后續(xù)疏散過程中堅持自己的選擇。因此，針對人員在后續(xù)疏散過程中，是否會更換疏散設施，其更換機制與原因有待進一步研究。

表格來源

1-4作者自繪