大型机场航站楼出发到达区的人员疏散模拟研究

屈楷博，张泽天，刘以雪，徐晓楠，毛占利

(中国人民警察大学，河北 廊坊 065000)

0 引言

公共交通系统之于国家，好比血液循环系统之于人体，而其中航空交通又以其快速高效的特点在公共交通系统中占据了举足轻重的地位。近年来，高铁动车的崛起打破了航空交通在远途交通领域的垄断地位，在市场和政府调控下，航空交通的价格日益经济化和稳定化，伴随着民营廉价航空的发展及人民生活水平的不断提高，选择航空交通出行的人也越来越多。在诸如春运、黄金周等高峰时段，航空交通更成为相当一部分民众出行旅游的首选方式。这一现象在带来经济、社会效益的同时，也为机场航站楼的安全带来了诸多隐患。特别是在我国传统“送客千里、到达举家”的观念影响下，机场航站楼出发到达区的人员密度更加可观。因此，在发生火灾等紧急情况下机场航站楼的人员疏散问题，已成为专家和学者关注的重点。张培文等[1]以提升服务水平标准级别为目的、以绵阳机场为例进行了航站楼出发厅的应急疏散仿真。邵荃等[2]以社会力模型为工具，对某机场的消防安全进行了评价，其中通过对机场航站楼内的不同人群建立数学模型对人员疏散进行模拟，力求更加接近真实场景。冯瑶等[3]利用FDS和Pathfinder模拟软件，通过特殊消防设计方法，研究了某机场航站楼的人员疏散，对机场航站楼普遍存在的问题提出了解决方案。赵哲等[4]基于Pathfinder对广州天河商业中心某城市综合体进行了应急诱导疏散模拟，对基于该软件的模型选择、路径规划等方面提供了建议。张立茂等[5]基于FDS和Pathfinder对地铁车站进行了人员疏散模拟，结合FDS的烟气模拟，较为系统地研究了火灾情况下特定场景人员疏散。目前，对机场航站楼出发到达区的疏散影响因素尚未有人研究。

为研究疏散方式、人员比例构成和疏散类型对大型机场航站楼出发到达区疏散时间及疏散效率的影响，本文利用Pathfinder软件并以北京首都国际机场T3航站楼(以下简称T3航站楼)为例，对出发到达区进行人员疏散模拟，对比研究影响因素对人员疏散的影响规律。

1 工程概况及特点

1.1 工程概况

T3航站楼位于北京首都国际机场东侧，总建筑面积约102万平方米，由T3C(国内区)、T3D(国航国内区)、T3E(国际区)和楼前交通系统4部分组成，T3C和T3E呈“人”字形对称，在南北方向上遥相呼应，中间由红色钢结构的T3D航站楼连接，如图1所示。其中T3C为主楼，地上5层，地下2层，一层主要包括行李处理大厅、远机位候机大厅、国内国际VIP候机厅，二层主要包括旅客到达大厅、行李提取大厅及捷运站台，三层为国内旅客出港大厅，四层为办票、餐饮大厅，五层浮岛主要为餐饮休憩区。本文研究的出发区和到达区分别位于T3C四层和二层，面积为3万平方米和1.6万平方米，如图2所示。

1.2 大型机场航站楼特点

不同于一般机场航站楼，包括T3航站楼在内的大部分大型机场航站楼本质上是建筑群。出于建筑功能和航班安全方面的考虑，T3航站楼各部分之间相对独立，非紧急情况下各楼之间建造了旅客捷运系统(APM)以方便乘客。在紧急情况下APM系统将停止使用，届时各楼将作为独立的建筑进行人员疏散。

T3C作为主楼，不仅承担了大部分国内航班功能区和办公区，同时也是安检前公共区域，整个T3航站楼的出发到达区全部位于T3C的四层和二层，

图1 T3航站楼建筑效果图

(a)出发区

(b)到达区图2 出发到达区位置图

这使得T3航站楼的出发区和到达区人员密度显著提升。经计算，T3C出发区和到达区的日常工作日人员密度分别为0.47 人·m-2和0.6 人·m-2，而高峰期实际人员密度还将高于设计人数，属于拥挤场所[6]。其人员疏散的疏散时间和单位宽度出口疏散效率将对航站楼整体疏散造成较大影响。

2 疏散场景与模拟参数设置

2.1 疏散场景

根据研究区域实际位置，结合规范中疏散人数的计算方法，设置T3C二层到达区为疏散场景A、T3C四层出发区为疏散场景B。

2.2 模拟参数

2.2.1 疏散设计人数

参考《民用机场航站楼设计防火规范》(GB 51236—2017)，机场航站楼设计疏散人数计算方法如表1所示。经计算，T3C出发区设计疏散人数为14 140人，到达区设计疏散人数为9 744人。

2.2.2 人员特性参数

不同人群的步行速度、肩宽、身高等人员特性参数，会对疏散速度造成影响。在研究人员比例构成对出发到达区疏散影响的过程中，将人员比例以工作日和节假日作为区分标准，结合相关现场调研并参考《SFPE消防工程手册》，选定表2所示参数进行疏散分析。

表1 航站楼设计疏散人数计算方法

注：C类机位人数为180人，D类机位为280人，E类机位为400人，F类机位为550人。N1为国内进港高峰小时人数；N2为国际进港高峰小时人数；N3为核定工作人员；K1为国内集中系数；K2为国际集中系数；W1为国内迎送比；W2为国际迎送比。其中高峰日旅客量=1.26×平均日旅客量，K1=K2=1.25，W1=0.3，W2=0.4。

2.2.3 其他参数设置

采用基于Pathfinder的数值模拟方法预测疏散行动时间。依据机场平面图纸建立人员疏散模拟模型，对CAD图纸进行必要简化与组合，导入到Pathfinder软件中，利用软件中的工具，建立房间、门及楼梯等要件，定义相关参数，选择数学模型和相关设置，完成建模工作，Pathfinder模型如图3所示[7]。完成建模工作后，在疏散软件中设置相关参数，参数选择如表3所示。

表2 人员特性参数

(a)场景A

(b)场景B图3 Pathfinder模型表3 模拟分析基本参数

项目参数项目参数软件版本Pathfinder 2018疏散模型Steering出口流量最大流率模型类型Cylinder时间步长2.5E-02 s路径选择Hierarchical

2.3 模拟工况设置

本文研究紧急疏散和诱导疏散、工作日和节假日及是否仅利用对外出口疏散3组对照影响因素对出发到达区人员疏散的影响。(1)紧急疏散状态下，

模拟人群的运动方式为自由疏散，不设置引导条件由人员自由选择疏散路径；诱导疏散模拟发生紧急情况时有引导的有序疏散，参考机场紧急疏散预案进行设置，规定人员的疏散路径。(2)在工作日和节假日，机场航站楼出发到达区会有不同的人员比例构成。本文以成年男性、成年女性、老人和儿童为标准，测量节假日和工作日不同的人员比例(如表2所示)。(3)是否仅利用对外出口进行疏散涉及到机场人员疏散预案的设计。出发到达区均有直通室外的安全出口且没有登机口。通向相邻防火分区的出口和疏散楼梯是否用于疏散会影响整体疏散的时间和效率。

基于疏散方式、人员比例构成和是否仅利用对外出口疏散3组对照因素设置16种工况，具体如表4所示。

3 结果与分析

3.1 模拟结果

模拟结束，统计各工况人员疏散完成的平均时间T，计算单位宽度出口疏散效率P，如表5所示[8]。

3.2 对比分析

对比奇数工况和偶数工况可知，与仅利用对外出口疏散相比，利用通向相邻防火分区的出口和疏散楼梯疏散，单位宽度出口疏散效率更低(如图4所示)。这是因为相比机场航站楼对外出口，疏散楼梯和通向相邻防火分区出口宽度更小，加之出发到达区人员密度较大，更易造成滞留，影响疏散效率。

表4 模拟工况

图4 单位宽度出口疏散效率

对照组Ⅰ：对比工况1、3、9、11和工况2、4、10、12可知，在紧急疏散情况下，仅利用对外出口疏散比利用多种出口疏散的疏散时间更短、速度更快。这是由于机场人员大部分对环境熟悉程度较低，在紧急疏散时易产生紧张情绪和“羊群”效应，易在疏散效率较低的出口处形成拥堵，影响整体疏散速度[9]。

对照组Ⅱ：对比工况5、7、13、15和工况6、8、14、16可知，在诱导疏散情况下，利用通向相邻防火分区的出口和疏散楼梯疏散，单位宽度出口疏散时间更短、速度更快，有利于人员疏散[10]，如图5所示。

图5 疏散时间

对照组Ⅲ：对比工况1、2、5、6、9、10、13、14和工况3、4、7、8、11、12、15、16可知，由于行动能力较差的儿童和成年女性占比提升，与工作日相比，节假日的疏散时间较长、疏散效率较低。节假日的人员比例构成更不利于整体疏散，如图6所示。

图6 人员比例类型对比

4 结论

本文研究了疏散方式、人员比例类型和是否仅利用对外出口疏散3个影响因素对大型机场航站楼出发到达区人员疏散的影响，结论如下：(1)根据对照组Ⅰ的分析可知，在大型机场航站楼人员疏散，特别是紧急疏散过程中，疏散人员对建筑结构不熟悉，建议在安全设计和制定预案时尽量采用诱导疏散方式[11]。(2)根据对照组Ⅱ的分析可知，若在出发到达区采用诱导疏散方式，除了利用对外出口疏散，还可以利用通向相邻防火分区的出口和疏散楼梯疏散。但是要注意疏导人群有序疏散，防止紧张情绪和“羊群”效应对疏散造成不利影响。(3)根据对照组Ⅲ的分析可知，整体来说，节假日和工作日的不同人员比例对于疏散时间和单位宽度出口疏散效率影响不大，但节假日的人员比例类型相对来说较不利于疏散。

在大型机场航站楼出发到达区人员疏散过程中，应尽量采用诱导疏散方式，通过设置疏散路线图及疏散指示标识，并在必要时设置疏散引导员的方式引导人员合理、有序疏散。疏散时可利用多种出口但是要预防“羊群”效应。对于节假日及其他儿童、女性比例较大的时段应注意疏散时的保护措施，降低弱势群体对疏散的不利影响。