地鐵區(qū)間隧道火災狀況下人員應急疏散效率研究

陳火炬 韓柯柯 曹 松 柳鵬鵬

(武漢地鐵運營有限公司， 430064， 武漢∥第一作者，工程師)

地鐵地下區(qū)間隧道(以下簡稱“地鐵隧道”)內(nèi)部空間狹小，一旦發(fā)生火災，會放大高溫、有毒氣體的毒害作用，給人員的生命安全帶來極大威脅[1]。國外學者通過隧道逃生試驗，對人員在列車出口、隧道出口、隧道內(nèi)行走速度進行統(tǒng)計研究[2]。國內(nèi)學者通過經(jīng)驗公式和數(shù)值模擬等方式，對幾種聯(lián)絡(luò)通道間距及寬度參數(shù)進行了研究[3-4]。因地鐵隧道結(jié)構(gòu)特殊，國內(nèi)外對不同隧道結(jié)構(gòu)的火災疏散方式、火災疏散效率的主要影響因素以及各影響因素間的關(guān)系仍缺乏系統(tǒng)性的研究。本文根據(jù)武漢地鐵實際工程，對地鐵隧道在火災狀況下的疏散方式及影響隧道人員疏散的主要因素進行研究。

1 地鐵隧道火災下的人員疏散方式

根據(jù)地鐵隧道的結(jié)構(gòu)及長短等特征，地鐵隧道在火災情況下有多種疏散方式，主要包括通過疏散平臺、道床直接疏散、通過橫向聯(lián)絡(luò)通道疏散至其他隧道或?qū)Ｓ檬枭⑺淼?、通過疏散門或縱向疏散樓梯進入隧道內(nèi)疏散通道等。本文對單洞單線隧道、單洞雙線隧道及公鐵兩用隧道3種不同的地鐵隧道進行分析，對不同隧道類型下發(fā)生火災時的人員疏散方式進行數(shù)值模擬，以研究分析常見地鐵隧道不同疏散方式的疏散效率。

2 不同類型地鐵隧道火災下的人員疏散模擬

2.1 建立地鐵隧道火災下的人員疏散模型

乘客在區(qū)間內(nèi)的疏散時間受眾多因素影響，目前暫無相關(guān)規(guī)范及標準對區(qū)間疏散時間的具體數(shù)值作出明確要求。本文基于實際案例通過pathfinder軟件建立3種類型的地鐵隧道疏散模型，其中，地鐵列車為6節(jié)編組，總長為132 m。雖然在火災狀況下人員疏散的方向(車頭或車尾)可能有所不同，但疏散的過程是相同的，所以本文模擬人員疏散時，均考慮在車頭位置發(fā)生火災，且不考慮采用道床疏散。模擬計算列車因火災迫停于距離地鐵隧道疏散出口最遠的位置，將乘客通過聯(lián)絡(luò)通道或疏散門抵達安全區(qū)域的時間定義為火災疏散時間。選取疏散速度和疏散時間作為參數(shù)，用以評價各影響因素對疏散效率的影響程度。

2.2 單洞單線地鐵隧道火災下的人員疏散

武漢軌道交通2號線的江漢路站—積玉橋站區(qū)間為典型的單洞單線隧道，設(shè)有2個過江風井及3個區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道。模擬計算列車車頭火災后迫停區(qū)間情況下乘客需走聯(lián)絡(luò)通道到達其他隧道的疏散情況。乘客數(shù)量及列車數(shù)量取目前該線運營早高峰的實際值，列車的運行間隔為3.6 min，每列車的乘客約為1 296人。

經(jīng)模擬計算，列車上乘客全部通過聯(lián)絡(luò)通道到達另1條隧道共計耗時2 940 s。

2.3 單洞雙線地鐵隧道火災下的人員疏散

武漢軌道交通8號線的黃浦路站—徐家棚站區(qū)間為典型的單洞雙線隧道，該隧道內(nèi)共設(shè)有5個聯(lián)絡(luò)通道。模擬計算列車車頭發(fā)生火災后迫停于隧道中部(距黃浦路站1 600 m處)時的乘客疏散情況。根據(jù)列車停車及火災發(fā)生的位置，開啟對應的排煙模式，人員疏散時迎著新風,朝最近的聯(lián)絡(luò)通道逃生，如圖1所示。根據(jù)乘客信息系統(tǒng)的斷面客流統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該線工作日早高峰時段的行車間隔為6.1 min，每列車的乘客約為820人。

經(jīng)模擬計算，列車上乘客全部通過聯(lián)絡(luò)通道到達另1條隧道共計耗時2 130 s。

圖1 單洞雙線地鐵隧道火災下的排煙及人員疏散示意圖Fig.1 Schematic diagram of smoke exhaust and personnel evacuation of fire in single-hole double-track metro tunnel

2.4 公鐵兩用單洞單線地鐵隧道火災下的人員疏散

武漢軌道交通7號線三陽路站—徐家棚站區(qū)間的公鐵兩用越江隧道是世界上首條已建成的公鐵合建地鐵隧道。隧道內(nèi)共設(shè)有2座風井，其中，隧道中部設(shè)有34處疏散口，各疏散口間的距離為75 m，火災發(fā)生時區(qū)間排煙方式及人員疏散方案如圖2所示。取該線早高峰實際值的指標進行計算，列車運行間隔為4.0 min，每列車乘客約為1 367人。以乘客通過疏散門到達疏散通道的耗時作為疏散時間。

經(jīng)模擬計算，列車上乘客全部疏散完畢共計耗時917 s。

圖2 公鐵兩用單洞單線地鐵隧道火災下排煙及人員疏散示意圖

綜上所述，通過對3種不同類型的地鐵隧道在列車車頭處發(fā)生火災的最不利人員疏散工況進行數(shù)值模擬可知，公鐵兩用地鐵隧道的結(jié)構(gòu)更有利于火災狀況下的人員緊急疏散，其疏散效率明顯高于其他隧道形式的疏散效率。

3 地鐵隧道火災下人員疏散影響因素分析

對整個疏散過程進行分析發(fā)現(xiàn)，疏散人數(shù)、疏散出口間距、疏散出口寬度、列車迫停位置等是造成火災狀況下人員疏散效率不同的主要因素。本文以單洞雙線地鐵隧道疏散模型為例，擬定各工況下發(fā)生火災位置均為車頭，在此基礎(chǔ)上設(shè)定不同的工況，進一步對這些因素進行分析。

3.1 疏散人數(shù)

疏散人數(shù)是影響疏散效率的重要因素。疏散人數(shù)越多，越容易產(chǎn)生擁擠，進而降低疏散效率。疏散人數(shù)x與疏散速度y的擬合方程為：

y=-4.112 53×10-7x2+9.081 05×

10-4x+0.036 51

(1)

如表1所示，按不同疏散人數(shù)設(shè)定了10個不同的工況，以研究火災下疏散人數(shù)對疏散效率的影響程度。根據(jù)式(1)及數(shù)值模擬結(jié)果可知：當疏散人數(shù)較少(x≤820)時，隨著疏散人數(shù)的增加，疏散時間、疏散速度快速增加；但當疏散人數(shù)較大(x>820)時，隨著疏散人數(shù)的進一步增加，疏散時間緩慢增加，疏散速度趨于穩(wěn)定。

表1 不同疏散人數(shù)下的人員疏散時間及疏散速度

3.2 疏散出口間距

國內(nèi)外規(guī)范對疏散出口間距要求不同，國外規(guī)范的要求普遍高于國內(nèi)規(guī)范的要求[5]。疏散出口間距d與疏散速度y的擬合方程為：

(2)

疏散出口間距與疏散速度的關(guān)系曲線如圖3所示。

如表2所示，對不同d下的工況進行模擬計算。由表2可知，人員疏散速度隨d的增加而降低。從疏散過程看，隨d的增加，疏散路徑數(shù)減少，疏散速度快速降低。

3.3 疏散出口寬度

如表3所示，對不同疏散出口寬度、疏散出口間距的組合工況進行模擬計算。分析疏散過程，疏散出口處只有1條疏散路徑，人員只能排隊進入。由表3可知，當d為300 m時，其人員疏散時間不受疏散出口寬度的影響；當d為100 m時，沿著列車長度范圍的疏散平臺內(nèi)有疏散出口，該出口處附近聚集了疏散平臺2個方向匯集的客流以及從列車車門涌出的客流，因而在疏散出口處有大量等待疏散的乘客，其人員疏散時間隨疏散出口寬度的增加而明顯減少。因此，在疏散出口位于列車長度范圍的疏散平臺內(nèi)的情況下增加疏散出口寬度,可提高疏散效率，其余情況下疏散效率基本不受d的影響。

圖3 疏散出口間距與疏散速度的關(guān)系曲線Fig.3 Curve of relation between evacuation exit spacing distance and evacuation speed

表2 不同疏散出口間距下的人員疏散時間及疏散速度Tab.2 Personnel evacuation time and speed in case of different evacuation exit spacing distances

3.4 列車迫停位置

當現(xiàn)有地鐵隧道疏散出口間距確定時，停車位置將直接影響人員的疏散效率。如表4所示，對不同列車迫停位置的工況進行模擬計算。由表4可知，列車迫停位置與疏散出口的距離越近，疏散時間越短，疏散速度越大。

表3 不同疏散出口寬度、疏散出口間距組合下的

人員疏散時間

Tab.3 Personnel evacuation time under different combination of evacuation exit width and evacuation exit spacing distance

表4 不同列車迫停位置下的人員疏散時間及疏散速度

4 結(jié)語

本文對3種不同類型地鐵隧道進行了火災狀況下的應急疏散模擬研究，得出了不同疏散方式的疏散效率及影響人員疏散的主要因素；對各影響因素作進一步研究發(fā)現(xiàn)，疏散出口間距對人員疏散影響最大，此時疏散人數(shù)增加、疏散出口間距降低;選擇靠近疏散出口停車位置及在疏散出口位于列車長度范圍的疏散平臺內(nèi)時，增大疏散出口寬度能提高人員疏散效率。后續(xù)將進一步對地鐵隧道火災下的實際應急處置方案進行調(diào)整、優(yōu)化。