導(dǎo)流欄桿設(shè)置對地鐵島式站臺人員疏散的影響分析*

穆娜娜，查國清，胥 旋

(1.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 地鐵火災(zāi)與客流疏運(yùn)安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012；2.北京航空航天大學(xué) 可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵客流量逐年攀升，地鐵線網(wǎng)交織復(fù)雜，合理組織客流需求增加。地鐵運(yùn)營不僅要考慮正常情況下大客流疏運(yùn)問題，更要考慮緊急情況下大客流疏散帶來的難題。通過調(diào)研已開通運(yùn)營的地鐵車站，存在站臺通向站廳的樓扶梯布置不均衡的情況，易導(dǎo)致乘客在樓扶梯口處高度聚集，增加了地鐵運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)營人員最簡單直接的措施是在站臺層樓扶梯口處設(shè)置導(dǎo)流欄桿進(jìn)行客流疏解，但導(dǎo)流欄桿設(shè)置長度可能會影響到站臺人員疏散效率。因此，如何合理設(shè)置導(dǎo)流欄桿長度是城市軌道交通運(yùn)營安全管理需解決的問題之一。針對地鐵車站內(nèi)外導(dǎo)流欄桿設(shè)置，相關(guān)學(xué)者開展了研究。穆娜娜等[1]研究了某地鐵站臺導(dǎo)流欄桿的設(shè)置方式及長度對人員疏散的影響，得出合理設(shè)置可推拉導(dǎo)流欄桿長度可提高疏散效率的結(jié)論；施樑等[2]以某出口非均衡分布地鐵車站為例，分析了人員疏散的難點(diǎn)及其疏散過程存在的問題，并提出了導(dǎo)流欄桿的設(shè)置方案；吳博[3]總結(jié)了地鐵站內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)流欄桿的位置規(guī)律和結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對站廳層L型進(jìn)站通道和站臺層欄桿設(shè)置問題進(jìn)行了仿真及優(yōu)化；張丹丹[4]分析了站外限流欄桿布置對通行區(qū)域行人密度的影響，得出S型較通道型欄桿顯著降低行人密度的結(jié)論；張劭陽等[5]通過仿真實(shí)驗(yàn)得出行人沖突是導(dǎo)致人員速度降低密度升高的主要原因；李楊楊[6]歸納車站內(nèi)外導(dǎo)流欄桿常見的布置形式并分析了導(dǎo)流欄桿的作用，通過仿真分析了正常情況下的導(dǎo)流欄桿設(shè)置條件以及導(dǎo)流欄桿對人員疏散效率的影響；吳君尚等[7]對站外限流欄桿的設(shè)置做了分類研究，并采用仿真方法分析了4類站外限流欄桿對人員疏散的影響；田水承等[8]通過仿真模擬得出某些特殊區(qū)域的障礙物能夠提高人員疏散效率的結(jié)論。本文采用BuildingEXODUS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，選取具有代表性的地鐵島式站臺為研究對象，研究導(dǎo)流欄桿對人員疏散效率的影響，為地鐵島式站臺導(dǎo)流欄桿的設(shè)置提供參考。

1 站臺導(dǎo)流欄桿設(shè)置及出口分布特點(diǎn)

1.1 島式站臺出口分布類型

地鐵車站站臺一般分為島式站臺和側(cè)式站臺，島式站臺一般比側(cè)式站臺的寬度大，且站臺利用率高，客流分布相對均衡，車站運(yùn)營管理可采取的客流組織措施較多，對高峰大客流或突發(fā)性大客流的適應(yīng)性較強(qiáng)。地鐵車站站臺連接站廳的樓梯和自動(dòng)扶梯一般沿車站縱向均衡布置。均衡分布的站臺出口可將站臺人員較為均衡分布，正常狀態(tài)下有利于客流組織，緊急狀態(tài)下有利于人員有序疏散。

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，在車站設(shè)計(jì)以及一些舊站改建項(xiàng)目中，由于受限于空間、地形等要求，站臺出口難以做到均衡分布。非均衡分布將導(dǎo)致人員不能均衡地分散到各站臺出口，常態(tài)下增加了人員滯留時(shí)間，降低了疏運(yùn)效率，緊急情況下不利于人員疏散，降低了人員疏散效率。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2013)[9]規(guī)定，車站出入口的數(shù)量不得少于2個(gè)。通過對島式站臺進(jìn)行調(diào)研，按照站臺樓扶梯通道在站臺分布的位置、數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式把島式站臺區(qū)分為A型站臺(站臺中部出口分布模式)、B型站臺(站臺混合出口分布模式)、C型站臺(站臺兩端出口分布模式)，詳見圖1(圖中箭頭方向?yàn)槿藛T疏散方向)。

圖1 不同出口分布類型的島式站臺示意Fig.1 Schematic diagram of island platforms with different types of exits distribution

1.2 站臺導(dǎo)流欄桿設(shè)置

通過對地鐵車站導(dǎo)流欄桿進(jìn)行調(diào)研，對于客流量較大的地鐵站臺，人員類型及流線相對比較復(fù)雜，一般在站臺樓扶梯口處設(shè)置導(dǎo)流欄桿，導(dǎo)流欄桿長度為2～14 m，設(shè)置方式一般分為固定式、可推拉式、可移動(dòng)式[1]。

站臺設(shè)置導(dǎo)流欄桿一定程度上可緩解高峰客流時(shí)的人員擁堵以及流線沖突問題，但也應(yīng)考慮在緊急情況下的人員疏散問題，若不能夠科學(xué)合理地設(shè)置導(dǎo)流欄桿將會增加人員安全疏散風(fēng)險(xiǎn)。目前，導(dǎo)流欄桿設(shè)置對人員疏散的影響程度研究較少，比如設(shè)置長度對客流流量、密度、速度變化的影響。因此，應(yīng)根據(jù)地鐵車站站臺出口分布形式、人員運(yùn)動(dòng)特性等合理設(shè)置固定式或活動(dòng)式導(dǎo)流欄桿。

2 模擬場景及參數(shù)設(shè)置

站臺出口數(shù)量和分布特點(diǎn)是影響人員疏散時(shí)間的主要因素，選取3種出口分布類型的島式站臺，針對不同長度導(dǎo)流欄桿設(shè)置疏散場景，如圖2所示。由圖2可以看出，站臺出口數(shù)量分別為2,3,2，呈相對均衡和不均衡分布。導(dǎo)流欄桿設(shè)置在站臺樓扶梯組的入口處，長度分別設(shè)為0，2，4，6，8，10 m。站臺列車火災(zāi)時(shí)需要疏散的乘客人數(shù)為1列進(jìn)站列車所載乘客及站臺上的候車乘客人數(shù)之和，列車采用6B編組，必須疏散人員分別設(shè)為200，400，600，800，1 000，1 200，1 400，1 600，1 800，2 000人。不同年齡、性別、人員運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)參照《地鐵安全疏散規(guī)范》(GB/T 33668—2017)[10]。

圖2 疏散場景示意Fig.2 Schematic diagram of evacuation scene

3 結(jié)果分析

場景一不同人數(shù)不同欄桿長度的疏散時(shí)間模擬結(jié)果如圖3所示，疏散人數(shù)和疏散時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表1。由圖3可知，A型站臺在設(shè)置導(dǎo)流欄桿后，人員疏散時(shí)間均有所增加，主要是因?yàn)閷?dǎo)流欄桿的設(shè)置改變了站臺原有設(shè)計(jì)出口的疏散吸引區(qū)域，增加了部分疏散人員進(jìn)入到樓扶梯出口的距離。在不設(shè)置導(dǎo)流欄桿的情況下，按照最短路徑原則，列車內(nèi)的多數(shù)疏散人員會就近選擇樓扶梯出口。由表1可知，在設(shè)置導(dǎo)流欄桿后，站臺中部站臺門距離右側(cè)樓扶梯出口的距離更遠(yuǎn)，選擇左側(cè)樓扶梯出口的總?cè)藬?shù)增多，疏散距離增大起到主要影響作用，樓扶梯的通過能力幾乎不變，從而導(dǎo)致疏散時(shí)間增加，疏散效率降低。導(dǎo)流欄桿設(shè)置長度為2,4 m時(shí)，人員疏散時(shí)間增幅較小，主要是因?yàn)閷?dǎo)流欄桿的設(shè)置增加了站臺兩端區(qū)域人員的疏散距離；導(dǎo)流欄桿設(shè)置長度為6,8,10 m時(shí)，人員疏散時(shí)間增幅較大，主要是因?yàn)閷?dǎo)流欄桿的設(shè)置導(dǎo)致疏散人員分布不均衡程度加大且疏散距離增大。

表1 場景一典型工況下的疏散人數(shù)和疏散時(shí)間統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of evacuation personnel number and evacuation time under typical working conditions of scene 1

圖3 場景一不同人數(shù)不同欄桿長度的疏散時(shí)間曲線Fig.3 Line chart of evacuation time in scene 1 under different numbers of personnel and different lengths of railing

場景二不同人數(shù)不同欄桿長度的疏散時(shí)間模擬結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，B型站臺在設(shè)置導(dǎo)流欄桿后，相同疏散人數(shù)時(shí)，隨著導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員疏散時(shí)間呈先減小后增大的趨勢，且導(dǎo)流欄桿設(shè)為4 m時(shí)疏散時(shí)間最短，表明在B型站臺樓扶梯處合理設(shè)置導(dǎo)流欄桿長度能夠降低疏散時(shí)間，提高人員疏散效率。

圖4 場景二不同人數(shù)不同欄桿長度的疏散時(shí)間曲線Fig.4 Line chart of evacuation time in scene 2 under different numbers of personnel and different lengths of railing

對于B型站臺，人員疏散初期，樓扶梯出口的分布形式影響了疏散人員的選擇，中間扶梯的設(shè)置減緩了疏散人員的不均衡性，且中間扶梯出口的通過能力有限，部分人員將選擇兩端樓扶梯進(jìn)行疏散，使疏散人員較為均衡地使用樓扶梯出口。通過對比相同疏散人數(shù)時(shí)，導(dǎo)流欄桿設(shè)置長度分別為0，4 m時(shí)，同一疏散時(shí)刻的站臺人員密度分布如圖5所示。4 m導(dǎo)流欄桿的設(shè)置有效緩解了兩端樓扶梯出口擁擠度，使得各個(gè)樓扶梯出口的疏散人群密度有所降低，間接提高了疏散人員的運(yùn)動(dòng)速度，從而提高了疏散效率。

圖5 場景二典型工況下的人員密度分布Fig.5 Distribution of personnel density under typical working conditions of scene 2

場景三不同人數(shù)不同欄桿長度的疏散時(shí)間模擬結(jié)果如圖6所示，人員密度分布如圖7所示。由圖6,7可知，相同疏散人數(shù)時(shí)，隨著導(dǎo)流欄桿長度增加，人員疏散時(shí)間變化較小。對于C型站臺，站臺較多的疏散人員會集中于樓扶梯出口周圍，其樓扶梯出口出現(xiàn)明顯的群集疏散現(xiàn)象，站臺整體疏散效率下降；導(dǎo)流欄桿的設(shè)置能夠減緩樓扶梯出口因擁堵而造成的阻塞現(xiàn)象，削弱側(cè)向客流沖突，提高客流速度，維持疏散人員秩序的作用；同時(shí)，導(dǎo)流欄桿的設(shè)置在站臺區(qū)域形成寬度不等的通道，可造成同向沖突的加劇，降低客流速度。

圖6 場景三不同人數(shù)不同欄桿長度的疏散時(shí)間曲線Fig.6 Line chart of evacuation time in scene 3 under different numbers of personnel and different lengths of railing

圖7 場景三典型工況下的人員密度分布Fig.7 Distribution of personnel density under typical working conditions of scene 3

4 結(jié)論

1)A型站臺在設(shè)置導(dǎo)流欄桿后，人員疏散時(shí)間均有所增加，導(dǎo)流欄桿設(shè)置長度為2,4 m時(shí)，人員疏散時(shí)間增幅較小，導(dǎo)流欄桿設(shè)置長度為6,8,10 m時(shí)，人員疏散時(shí)間增幅較大；B型站臺在設(shè)置導(dǎo)流欄桿后，相同疏散人數(shù)時(shí)，隨著導(dǎo)流欄桿長度的增加，人員疏散時(shí)間呈先減小后增大的趨勢，且導(dǎo)流欄桿設(shè)為4 m時(shí)疏散時(shí)間最短；C型站臺設(shè)置導(dǎo)流欄桿后人員疏散時(shí)間變化不大；相比C型站臺，A,B型站臺的人員疏散效率更易受導(dǎo)流欄桿設(shè)置的影響。

2)A，B型站臺設(shè)置導(dǎo)流欄桿后，改變了站臺原有設(shè)計(jì)出口的疏散吸引區(qū)域和疏散流線，因此在地鐵運(yùn)營時(shí)，可根據(jù)客流數(shù)量及站臺出口分布情況，在疏散人員集中的側(cè)樓扶梯出口處設(shè)置合適長度的導(dǎo)流欄桿，減緩樓扶梯口因擁堵而造成的阻塞現(xiàn)象，提高樓扶梯出口的使用均衡度，進(jìn)而提升人員疏散效率。

3)研究結(jié)果可對地鐵島式站臺導(dǎo)流欄桿設(shè)置形式的優(yōu)化、站臺人員疏散風(fēng)險(xiǎn)管控與應(yīng)急管理提供理論參考。