基于理论计算和模拟仿真的轨道交通地下车站大客流紧急疏散能力评价及比较

马 培

北京中安质环技术评价中心有限公司

1 乘客疏散影响因素

轨道交通车站内客流疏散与车站建筑、站内设备设施数量和布置，以及乘客的数量、行为等存在着紧密的关系。

通常来说，进行大客流疏散时，车站建筑和站内设备设施决定着车站的疏散能力，如站台与站厅之间楼扶梯的数量、布置位置，闸机的数量、位置等，都会影响整个车站的疏散能力。另外，由于疏散过程是一个乘客之间能够相互影响、复杂的反应→决策→行动过程，乘客在决定自己的行为方式时，需经过个人心理、生理和周边环境多方面的考虑，然后进行行为决定。而个体的行为又影响着其他人的路线选择，从而影响整体的疏散时间和疏散效率。

2 评价方法

2.1 理论计算

《地铁设计规范》（GB 50157-2013）第28.2.11条规定：车站站台公共区的楼梯、自动扶梯、出入口通道，应满足当发生火灾时在6min内将远期或客流控制期超高峰小时一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区的要求[1]。提升高度不超过三层的车站，乘客从站台疏散至站厅公共区域或其他安全区域的时间，应按下式计算：

式中：

Q1、Q2—远期或客流控制期中超高峰小时1列进站列车的最大客流断面流量和站台候车乘客。

A1、A2、N、B—站台至站厅用于疏散楼扶梯的数量和通行能力。设计规范提供的公式通常应用于轨道交通初步设计阶段，用于计算站台楼扶梯的数量，公式中考虑了1min的设备动作和乘客反应时间。

2017年发布的《地铁安全疏散规范》（GB/T 33668-2017）[2]中，给出的计算公式如下：

基层市场开发工作成员的素质关系到烟草企业在群众中的威信，直接影响整个行业的发展，只有提高基层工作成员的素质，才能展现和发挥市场开发部门的重要作用。烟草企业一定要重视这一问题，选择忠诚于企业、有责任心、积极上进的同志作为市场开发部门成员，建立起服务企业、充满活力的组织群体。认真构建长效发展机制，确保烟草企业的优秀人才被吸引到这一组织中，并通过经常组织活动发挥他们的才干，并在日常活动中发现组织存在的问题，然后加以解决。对其中表现比较优秀的成员进行表彰，对思想不积极的成员则要进行批评和处罚，严重者清除出市场开发队伍［3］。

其中，整个疏散时间（Ts）除考虑乘客通过楼扶梯时间、探测报警时间及人员预动作时间（Ts，1）外，还考虑了疏散至楼扶梯入口时间、楼扶梯上平均滞留时间以及通道非均匀性偏差时间等因素的影响。

2.2 模拟仿真计算

近年来随着计算机技术的飞速发展，人们对火灾中人员逃生行为的研究，逐渐由人工数据分析转变为计算机仿真模拟分析。根据原理的不同，目前国内外已经提出了多种疏散仿真模型，主要分为离散模型和连续模型两大类。离散模型能很好研究人员的逃生时间和路线选择问题，连续模型重点研究了人的心理对逃生过程的影响。如典型的基于离散模型（元胞自动机）的疏散软件STEPS和基于连续模型（Agent-base）的疏散软件Pathfinder，以及EXODUS、Simulex等均为典型的人员疏散仿真软件。

本文将采用基于连续模型（Agent-base）的疏散软件Pathfinder进行仿真计算，该软件由美国Thunderhead Engineering设计开发的一个基于人员进出和模拟器。它提供了图形用户界面的模拟设计和执行，以及三维可视化工具的分析结果，是一套直观、易用的新型智能人员紧急疏散逃生评估系统。

Pathfinder的人员运动模式包括SFPE模式和steering模式。SFPE行为是最基本的行为，以流量为基础的选择意味着人员会自动转移到最近的出口。人员不会相互影响，但是列队将符合SFPE假设。这种模式是基于SFPE消防手册保护工程和SFPE工程指南，利用空间密度，以确定运动速度。steering模式使用路径规划，指导机制，碰撞处理相结合控制人员运动。如果人员之间的距离和最近点的路径超过某一阀值，可以再生新的路径，以适应新的形势[3]。

3 评价案例及对比分析

选择南方某地下车站，分别采用理论和模拟仿真方法，计算远期超高峰小时一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区时间。

3.1 车站建筑概况

选择某地下二层岛式站台车站，有效站台宽度为12m，车站总建筑面积为19849m2。车站共设4个出入口，出入口各设2台上、下行自动扶梯和4部楼梯，提升高度为10.5m，车站总平面及各层平面，如图1。

地下一层为站厅层，由公共区、设备及管理用房区组成。车站中部为公共区，付费区位于中部，非付费区位于付费区两端。地下二层为站台层，站台层中部为140m有效站台区，站台宽12m。

站台至站厅设上行自动扶梯2台、下行自动扶梯2台，提升高度约5.25m。另外站台至站厅设2部净宽2.2m的疏散楼梯。车站远期设出站自动检票机9台，进站自动检票机8台，双向宽通道自动检票机4台。

3.2 主要计算参数

根据该站远期客流预测、行车组织及相关经验，确定本次计算的主要参数，远期客流、行车组织、设备设施通行能力及人员疏散参数等，见表1。

图1 车站建筑总平面及站厅、站台平面布置图

表1 主要计算参数

3.3 计算结果

分别采用规范式1、式2的理论计算公式，并采用Pathfinder软件，分别计算该站远期超高峰小时一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区时间。

（1）《地铁设计规范》计算。疏散时间：

（2）《地铁安全疏散规范》计算。表2为采用《地铁安全疏散规范》提供的公式，所计算的安全疏散时间，计算疏散时间为5.91min。

表2 《地铁安全疏散规范》计算结果

（3）模拟仿真计算结果。根据车站建筑图纸，建立车站人员疏散模型，采用steering模型进行计算，图2为建立的车站疏散模型。

图2 模拟仿真模型

分别进行三次模拟，计算结果表明三次疏散时间基本一致。图3为模拟仿真过程，初始阶段列车进站后，列车上乘客疏散至站台，并随站台人员开始疏散至站厅安全区域，约70s后乘客拥挤在站台楼扶梯区域。

图3 模拟仿真计算过程

模拟结果表明：一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区（站厅）的疏散行动时间为4.79min，考虑1min的疏散预动作时间，总的疏散时间为5.79min。将所有人员（2124人）疏散至地面时间为7.3min，如图4。

图4 模拟仿真计算结果

（4）疏散时间比较。评价采用理论计算与模拟计算相结合的方法。理论计算中分别采用《地铁设计规范》（GB50157-2013）和《地铁安全疏散规范》（GB/T33668-2017）提供的公式，模拟计算采用Pathfinder软件，三种方式疏散时间计算结果及比较，见表3。

表3 疏散时间计算结果

计算结果表明，《地铁安全疏散规范》中提供的公式，考虑了探测报警时间及人员预动作时间、疏散至楼扶梯入口时间、人员滞留楼扶梯时间、通道非均匀性偏差时间等，其中通道非均匀性偏差时间主要反映的是人员发现楼扶梯的时间，因此计算的疏散时间最长，为5.91min。采用steering模型模拟仿真计算时，软件假设人员知道房间所有出口信息，人员选择出口都是最合理的，其计算结果较上述规范值小。而采用《地铁设计规范》计算时，只考虑1min探测报警时间及人员预动作时间及楼扶梯的通行能力，其计算值最小。综上，本次计算结果与规范公式、模拟软件模型理论一致。

4 结论

根据相关规范要求，当站台突发紧急事件时，车站站台公共区的楼梯、自动扶梯等，应能满足6min内将远期或客流控制期超高峰小时一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区的要求。本文选择某地下二层岛式车站，分别采用三种评价方法，计算远期高峰小时疏散时间，得到结论如下。

（1）无论采用理论计算，还是模拟计算，远期高峰小时一列车进站后，列车及站台乘客从站台全部疏散至站厅区域时间均小于6min，满足国家标准规定。

（2）由于《地铁设计规范》中主要反映客流与疏散设施的匹配度，计算所需的疏散时间最短。《地铁安全疏散规范》中综合考虑了探测报警时间及人员预动作时间、疏散至楼扶梯入口时间、人员滞留楼扶梯时间、通道非均匀性偏差时间等多个因素，计算所需的疏散时间最长。采用模拟软件进行计算时，与《地铁安全疏散规范》的计算结果较为一致。

（3）在实际疏散过程中，由于地下空间狭小、客流量大，乘客在疏散时不仅会受到站台通往站厅的楼扶梯、AFC闸机等设备设施的制约，乘客个人因素、客流密度等也是影响客流疏散的重要因素。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50157-2013 地铁设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 33668-2017 地铁安全疏散规范[S].北京:中国标准出版社,2017

[3] 杜长宝,朱国庆,李俊毅.疏散模拟软件STEPS与Pathfinder对比研究[J].消防科学与技术,2015,4(32):456-460