地铁检票闸机对安全疏散的影响研究

马 辉，赵宇恒

(华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 065201)

0 引言

地铁人员密度大，疏散难度大，且疏散中发生二次踩踏事故的可能性大。地铁自动检票闸机是地铁正常运营必须的设备设施，是不可避免的“疏散障碍”，因此闸机对地铁安全疏散的影响及解决对策亟待解决。

国内外关于地铁疏散的研究很多，多集中于“人”、“机”、“环”三个角度，“人”的角度关注人员疏散的行为、疏散策略[1]，“机”的方面以疏散楼梯、安全出口、自动扶梯、自动检票闸机、疏散栏杆等疏散设施对疏散的影响为主，“环”的方面侧重火灾等人员恐慌条件下人员疏散的研究。其中对于导流栏杆的研究主要集中于对站台层导流栏杆的设置[2-4]。对于检票闸机主要研究有无闸机、闸机的设置位置，开启方向等对疏散的影响[5-8]，但没有对于在闸机设置引导栏杆影响方面的研究。研究方法方面，运用仿真软件进行地铁疏散相关研究是可行的[9-11]。

基于以上，本文运用pathfinder2018，以天津地铁西青道站为研究对象对闸机设置引导栏杆的实效性进行分析，得出最优的闸机引导栏杆设置方式。

1 工程概况

以在建的天津地铁站西青道站为例分析。本工程位于西青道与复兴路交口，车站北侧为国家粮食储备库和规划西站长途客运站，南侧为建设里小区及红桥环卫局。其上方为同期实施的西青道下沉隧道。

车站中心里程右DK16+805.500，车站线路平面缓和曲线车站左端，纵向坡度为2‰上坡。车站为地下双层岛式站台车站，站台宽12 m，车站全长187.2 m，结构标准总宽度为20.9 m。

车站共设置2座风道，4个出入口。A号风道设在主体结构西端的北侧；B号风道设在主体结构东端的北侧；A号出入口设在车站主体结构东端北侧，通向规划长途车站，并舍友垂直电梯；B号出入口在车站主体西端北侧，在天津西站国家粮食储备库南侧；C号出入口在车站主体结构西段南侧；D号出入口中车站东端南侧。

2 模型建立

Pathfinder目前已广泛应用于各行业领域人员疏散仿真研究，可以计算出模拟状态下每个人员自己的独立运动，并且会给予该模拟人一套独特的参数，例如逃生出口的选择、在运行中所需要经过的航点、逃生过程中所达到的最大速度。

2.1 场景建模

地铁站东西方向长度为187.2 m。地铁站东端的宽度为24.155 m。地铁站西端的宽度为28.161 m。以上各项墙的厚度0.6 m均计算在内。站台的宽度为12 m。A、B、C、D出入口的宽度为7 m。

在地铁站的中层顶板和底层顶板之间有一座竖直方向的电梯和两条普通楼梯。其中两个楼梯的宽度相同、长度相同，宽度为4.6 m，长度为12 m。

2.2 人员参数

由于地铁站天津西青道站是正在修建，未投入正式运营，疏散人群的组成无法进行现场调查获得，因此借鉴以往学者研究[5], 结合《地铁安全疏散规范》(GB33668—2017)人员参数如下表所示：

表2 紧急情况下不同人群的疏散速度

关于地铁站人群密度的确定。根据《地铁设计规范》第8.3.2条公式，地铁站台上的人群密度一般为0.33～0.75人/m2。此处选取人群密度为0.75人/m2的最不利条件作为模拟参数。

根据对北京实际地铁站永安里站和大望路站的观察，站厅人群密度小于站台规定的0.33人/m2，取值为0.33人/m2。得到：

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站台区域人员数量为

Q1=ρ1×S1=0.75×1521=1140 (人)

中层区域人员数量为

Q2=ρ2×S2=0.33×5600=1847 (人)

图1 物理模型平面图

2.3 自动检票闸机参数

地铁站自动检票闸机在紧急状况下，安全疏散过程中保持全开的状态。本次研究以北京西莫

罗公司生产的伸缩式扇门闸机为例，闸机长度为1.4 m，闸机厚度为0.3 m，闸机高度为0.99 m，闸机主要通道宽度为0.55 m。尺寸如图2所示。

图2 闸机外形图(mm)

闸机设置在站厅区域的东西两端，靠近出入口，由四部分组成。右上方为靠近A出入口的闸机，设置数量8个，两端设置有无障碍通道，顺时针旋转方向依次为B、C、D出入口闸机，添加人员后疏散场景图，如图3所示。

图3 添加人员后疏散场景图

3 闸机对疏散的影响

3.1 无闸机自主疏散

为了得出人员在无任何障碍条件下的自主疏散条件下所需安全疏散时间，因此在不安设检票闸机无任何分流措施的工况下进行，即无闸机自主疏散模式下进行仿真。

表3 无闸机无分流工况下的疏散时间

疏散模拟开始的早期，由于A出入口的阶梯水平长度和隧道长度都是最长的，C出入口隧道倾斜坡度最大，导致人群大量涌向了B、D出入口，如图4和表4所示。

图4 无闸机无分流10.0 s时刻人群密度色谱

表4 各出入口疏散人数

3.2 闸机对疏散影响分析

设置检票闸机的模型如下图5所示，按照无闸机自主疏散模式的参数进行模拟，显示设置闸机后在闸机前侧人员密集大，拥堵明显，如图6和7所示。

模拟结果显示，设置闸机后，疏散时间为391.3 s，相对于无闸机自主疏散模式下的318.2 s相比，疏散时间增长了73.1 s，且靠近B、D出入口的自动检票闸机处出现严重拥挤现象，各个闸机口利用率差异很大，多个闸机口的疏散利用率低。

综上所述，检票闸机的存在会影响疏散效果，但在实际疏散中闸机是不能忽视的，因此寻找破解闸机对疏散阻碍优化措施尤为重要。

3.3 闸机栏杆优化方案

(1) 闸机等长引导栏杆对疏散的影响分析

在闸机前侧和后侧各设置1米和3米等长的引导栏杆，详见图8～图11所示。通过模拟得出添加引导栏杆后疏散时间如表5所示。

图5 有闸机无分流10.0 s人群密度场

图8 引导栏杆设置在闸机后侧1 m等长

图9 引导栏杆设置在闸机前侧1 m等长

图10 引导栏杆设置在闸机后侧3 m等长

图11 引导栏杆设置在闸机前侧3 m等长

1m等长3m等长引导栏杆设置在闸机后侧引导栏杆设置在闸机前侧引导栏杆设置在闸机后侧引导栏杆设置在闸机前侧354366.8367.5365.9平均疏散时间363.55s

相比无闸机引导栏杆所用疏散时间391.3 s，设置疏散引导栏杆后疏散时间缩短近30 s，但各闸机疏散过程中利用效率不同，导致个别闸机人员集中拥堵，据此设想将闸机引导栏杆设置成不等长形式，探究其对疏散的影响。

(2) 闸机不等长引导栏杆对疏散的影响分析

结合等长引导栏杆设置中各闸机口疏散中利用率不均衡，导致个别闸机口拥堵程度大，易出现踩踏等二次伤害，因此在闸机后侧添加不等长引导栏杆进行模拟，如图12所示。

图12 不等长引导栏杆设置图

模拟过程如图13所示，疏散时间为320.1 s，相对于只设置闸机的391.3 s来说，疏散时间减少了71.2 s，减少了18.2%，相比等长栏杆疏散时间平均疏散时间365.5 s也大幅降低，仅比无闸机自助疏散模式的318.2 s多出1.3 s，优化效果明显。

图13 闸机优化后的工况模拟疏散10.0 s人群密度场

4 结论

(1) 地铁自动检票闸机对人员疏散是有阻碍作用的。有闸机的疏散时间为391.3 s，相对于无闸机自主疏散模式相比，疏散时间增长了73.1 s，增加了18.7%。

(2) 在闸机前设置引导栏杆能够提高疏散效率。

(3) 闸机前引导栏杆设置方向及长度对疏散效率存在影响。1米等长的引导栏杆在闸机后侧和前侧疏散时间方面，研究结果显示引导栏杆设置闸机后侧疏散时间为354 s，比设置在闸机前侧减少了12.8 s；在3米等长引导栏杆工况下，设置方向对疏散影响很小，两者只相差2.6 s，可以忽略。

(4) 闸机引导栏杆设置成不等长形式是疏散效果最好的。相比等长栏杆疏散时间大幅降低，比闸机无引导栏杆的工况疏散时间减少了71.2 s，减少了18.2%，仅比无闸机自主疏散模式的多1.3 s，优化效果明显。