某连通型地下空间商业开发对既有地铁车站疏散能力影响*

张 晋，李炎锋，代宝乾，李俊梅

(1.北京工业大学 绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室，北京 100124；2.北京市劳动保护科学研究所 城市有毒有害易燃易爆危险源控制技术北京市重点实验室，北京 100054)

0 引言

与轨道交通建设相结合的地下空间综合开发在发达国家和地区的地铁建设中得到广泛应用，这也是我国城市中心开展地铁建设的趋势[1]。目前我国地铁建设初期多以车站为主，周边地下空间的建设与开发在车站运营后才进行。在连通型地下空间综合开发尤其是商业开发时，其消防设计往往只注重自身的消防系统设计[2-3]，忽略了商业开发对既有地铁运营安全的影响。车站疏散能力的研究多集中在车站本身，通过建立各类模型来模拟车站的疏散过程[4-7],研究建筑因素[8]及火灾因素[9-12]对人员疏散的影响。这些研究忽略了连通型地下空间商业开发对既有地铁车站疏散能力影响，由于地下空间与车站连通，地下空间商业开发会吸引更多的客流，可能对车站人员疏散产生不利影响，因此，在开发连通型地下空间时，应充分考虑其投入使用后是否会对车站疏散产生不利影响，防止连通型地下空间商业开发对既有地铁车站带来风险。

本文针对某连通型地下商业的开发，从疏散时间及疏散过程拥堵情况等角度研究其对既有车站应急疏散能力的影响，提出避免或降低连通型地下空间商业开发对车站疏散带来不利影响的措施，以期为此类连通型地下商业开发利用和地铁运营安全运行提供技术支持。

1 研究方法

本文通过观测G车站获取了客流参数，然后利用仿真软件模拟不同突发条件下G车站人员疏散的过程。通过设置不同工况，对比商业开发前后地铁车站人员疏散的差异，分析连通型地下商业开发对既有车站应急疏散能力影响。

1.1 某地铁车站及连通型地下商业建筑介绍

G车站在规划时预留有1处连通型地下空间，后期欲对此地下空间进行商业开发，新建商场。商场及车站站厅均位于G车站地下1层，站台层位于车站地下2层。未进行商业开发前，G车站与外界连通的出入口有4处，编号为X，Y，O和P。商业空间自身与外界连通的出入口有1个，编号为Z。具体见图1。

图1 G车站与商场示意Fig.1 Schematic diagram of G station and shopping mall

1.2 软件及模型原理介绍

此研究采用仿真软件STEPS进行疏散模拟，STEPS是基于元胞自动机模型编辑而成的可视三维疏散软件，目前广泛应用于地铁、飞机场、办公楼、大型购物中心等场所的人员疏散模拟[13]。元胞自动机模型将平面均匀地划分为多个单独的矩形网格。每个网格被定义为1个单元。每个人只可以占用1个单元，反之，每个单元每次只能被1个人占用。疏散过程为人员由1个单元移动到下1个单元，直到移动到目标区域。

STEPS计算的疏散时间T等于实际步行时间Trw和实际排队时间的总和Trq。

T=Trw+Trq

(1)

其中，实际步行时间可表示为：

Trw=Tw-Taw

(2)

Tw=D/V

(3)

Taw=D2/V

(4)

式中：Tw为在没有排队条件的情况下到达出口所需的步行时间，s；Taw为修正的步行时间，s；D为人到出口的距离，m；D2代表人到达排队的队尾时人与出口之间的距离，m；V代表人的行走速度，m/s。

实际排队时间可表示为：

Trq=Tq-Taq

(5)

Tq=N/I

(6)

Taq=N2/I

(7)

式中：Tq是指在当前人员到达队列之前，如果没有人离开平面时的排队时间，s；N表示在当前人员之前到达出口的人数；N2是当前人员到达队尾前离开平面的人数；I表示出口的疏散能力，人/s；Taq表示修正的排队时间,s。

1.3 工况设定

商场与车站之间的防火卷帘未落下(故障或非火灾场景)时，商场与车站处于连通状态，商场开业可能会对车站的疏散产生影响。本文通过设定商场出口及列车到站的不同状态来研究防火卷帘未落下时商场开业是否影响车站的疏散能力，各种工况见表1。

1.4 参数的设定

1)人员尺寸及步速设定

通过连续7 d观测G车站的乘客得到人员组成比例及步行速度，成年男性和女性的速度分别为1.35 m/s和1.15 m/s，这与Li[14]、郭雩[15]的调研结果接近。人员个体生理尺寸采用《中国成年人人体尺寸》(GB 10000—1988)中规定的尺寸，具体见表2。

表1 工况编号Table 1 List of cases numbers

表2 乘客组成比例、速度及个体尺寸Table 2 Composing proportions, speeds and individual dimensions of passengers

2)人员载荷设定

G车站2018年最大半小时进出站客流量为3 447人，其中进站1 602人。列车到站间隔为3 min，因此车站疏散人数可设为345人(3 447人÷1 800 s×180 s)，其中站台候车人数160人。

列车定员数为1 408人，因此列车上的疏散人员设定为1 408人。

《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)中规定疏散人员等于建筑面积乘以0.6，此商场面积为4 158 m2，因此商场内的疏散人数设定为2 495人。具体人员设定见表3。

表3 各工况人员数量设定Table 3 Setting of numbers of passengers in different cases 人

2 结果分析及讨论

各工况下的疏散时间见表4。

表4 各工况疏散时间Table 4 Evacuation time of each case

2.1 2辆车到站时的疏散分析

1)工况A1疏散分析

工况A1疏散过程如图2所示。

从图2可以看出，突发事件发生后，列车及站台层人员迅速向通往站厅的楼梯处疏散，并在楼梯底部产生拥堵，一直持续至站台层人员疏散完毕；站厅层人员迅速向各个出入口疏散，各出口未出现拥堵。737 s时，站台层人员疏散完毕。整个疏散过程的瓶颈是站台层通往站厅层的楼梯底部。

图2 工况A1疏散过程截图Fig.2 Screenshots of evacuation process under case A1

2)工况B1疏散分析

突发事件发生后，站台层的疏散情况与工况A1相同；站厅层人员向各出口疏散，商场内人员迅速向X，Y及Z出口疏散，并迅速在这3个出口楼梯底部产生拥堵。随着疏散的进行， Z出口楼梯底部的拥堵现象逐渐消失，X及Y出口楼梯底部的拥堵现象一直持续。737 s时，站台层人员疏散完毕，846 s时全部人员疏散完毕。这个疏散过程中，O，P出口无拥堵，Z出口楼梯底部拥堵只持续一段时间。X及Y出口楼梯底部是影响疏散时间的主要因素。

3)工况C1疏散分析

工况C1下车站的疏散过程与工况B1相同，但X及Y出口楼梯底部的拥堵情况更加严重，这2处是影响疏散时间的主要因素。

4)疏散过程分析

图3为2车到站时疏散人员随时间变化曲线。由图3可知，商场开放后O及P出口疏散人数不变，X及Y出口疏散人数增加。图4为2车到站时出口排队人数随时间变换曲线。由图4可知，工况A1中X及Y出口楼梯无人员排队。工况B1和C1中X及Y出口楼梯出现人员排队，产生拥堵。因此，当商场开业后，无论Z出口是否开放，X及Y出口均产生拥堵。工况C1排队时间较工况B1长,说明当Z口不开放时，X及Y出口拥堵情况更严重。

图3 2车到站时疏散人数随疏散时间变化Fig.3 Number of evacuees against evacuation time when two vehicles arrival

图4 2车到站时出口排队人数随时间变化Fig.4 Number of people queueing against evacuation time when two vehicles arrival

2.2 上行车到站时的疏散分析

上行车到站时，疏散人数随时间的变化曲线如图5所示，出口排队人数随时间变化曲线如图6所示。图3与图5曲线趋势相同，图4与图6曲线趋势相同，说明上行车到达时车站的疏散过程与2车到达时的疏散过程类似。商场开业前，车站4个出口均无拥堵。商场开业后，X及Y出口产生拥堵。当Z出口不开放时，X及Y出口拥堵更严重。

图5 上行车到站时疏散人数随疏散时间变化Fig.5 Number of evacuees against evacuation time on upward vehicle arrival

图6 上行车到站时出口排队人数随疏散时间变化Fig.6 Number of people queueing against evacuation time on upward vehicle arrival

2.3 结果分析

不同工况下各出口的疏散时间与疏散人数分别如图7～8所示。

图7 不同工况下各出口的疏散时间Fig.7 Evacuation time of each exit under different cases

图8 不同工况下各出口的疏散人数Fig.8 Number of evacuees of each exit under different cases

由图7～8可知，下行车到站时各个出入口疏散时间与疏散人数与上行车到达时基本相同，下行车到站时的疏散过程与上行车到站时相同。车站站台层通向站厅层的两侧楼梯疏散时间和疏散过程相同。以北侧楼梯为研究对象分析商场开业对站台层的影响，其中，站台北侧疏散楼梯的疏散时间如图9所示，站台北侧楼梯处人员排队数量随时间变化曲线如图10所示。

由图9～10可以看出，商场开业前后，站台层的疏散时间基本不变，疏散瓶颈处排队人数基本相同，说明商场的开业对站台层的疏散无影响。

图9 站台北侧疏散楼梯的疏散时间Fig.9 Evacuation time of evacuation through stair on north side of platform

图10 站台北侧楼梯处人员排队数量随时间变化Fig.10 Number of people queueing at stair on north side of platform against evacuation time

由图8可以看出，当商场开业后，O及P出口疏散人数与疏散时间与商场开业前基本相同，X及Y出口的疏散人数及疏散时间明显增加。这说明商场开业后，主要影响了X及Y出口的疏散，对O及P出口的疏散无影响。

由2.1，2.2部分可知，无论商场是否开业，车站内的人员全部由O，P，X及Y出口进行疏散。商场开业对O，P疏散无影响，因此，商场开业前后车站内人员通过X及Y出口疏散的人数不变。车站内的疏散路线及人员步行速度均不变，所以车站内人员在单位时间内到达X，Y出口的人数不变，分别设其值为V站-X，V站-Y。商场开业前经X，Y出口疏散的人员全部为车站内人员。商场开业后，经X，Y出口疏散的人员由车站内人员和商场内人员组成，则：

(8)

(9)

表5 各工况X及Y出口疏散人数Table 5 Number of people queueing at stair on north side of platform against evacuation time

由图7可知，当商场未开业时，O，P，X，Y出口的疏散时间基本相同，且各个出口无拥堵，各个出口利用合理。当商场开业且出口全部开放时，Z出口疏散时间与疏散人数明显少于X及Y出口的疏散时间与疏散人数，出口利用不均衡。当商场开业且Z出口不开放时，O及P出口疏散时间与疏散人数明显少于X及Y出口的疏散时间与疏散人数，出口利用不均衡。

《地铁设计规范》(GB 50157—2013)及NFPA130(2017版)要求站台区人员疏散至安全区域的时间不大于6 min，但以上2个标准规范均未对安全区域进行具体明确。日本《铁道技术标准》规定，火灾时站台人员疏散至地面的时间不超过10 min。参照日本《铁道技术规范》，商场开业前，车站人员疏散时间为8 min 23 s，满足《铁道技术规范》的要求。商场开业后，疏散时间均大于12 min,不满足《铁道技术规范》。

综上所述，当商业开业后，新增了X及Y出口2个拥堵点，增加了车站人员的疏散时间。因此，商场开业将对应急疏散产生不利影响。

3 结论与建议

1)商场在站厅层，商业开发不会对站台层的疏散过程产生影响，但会对站厅层的疏散产生不利影响。

2)有列车到站时，商业开发对O及P出口的疏散无影响，但增加了X及Y出口的疏散人数及疏散时间，使这2个出口楼梯底部产生拥堵。Z口开放时，X及Y出口的疏散人数及疏散时间比Z口关闭时的少。

3)针对商业开发可能对车站带来的不利影响，结合商场及车站运营的实际情况，建议商场和Z出口应同步启用，以减少突发事件发生时X及Y口的疏散人数；在商场及车站设置工作人员，同时利用视频监控与应急广播，引导车站内乘客向各个出口均匀疏散，避免出现因各出口人员疏散不均衡造成局部人员过度拥挤，引发拥挤踩踏事故等情况的发生。