基于Pathfinder 的出口欧洲车辆疏散仿真分析

陈建芳 孙国栋 薛学栋 鄂鹏宇

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心，山东 青岛 266111）

铁路列车是重要的客运交通方式，乘客的安全疏散问题备受关注。由于列车内人员密度大，当列车突发紧急事故时，确保人员安全疏散才能有效减少人员伤亡。列车的人员疏散研究对车辆的应急方案具有重要意义。

国内朱杰等人以CRH1 高速动车组为对象，运用Building EXDOUS 软件研究了不同开门宽度、开门形式对人员安全疏散的影响[1]。王春雪等人运用Pathfinder 软件针对不同时段地铁站的疏散用时、拥堵点、人员疏散路径、出口利用率等方面进行人员疏散仿真分析[2]。杜璐露以CRH1 动车组为对象，运用Pathfinder 软件模拟不同的火源位置，结合列车火灾烟气分析，研究了人员疏散情况与火源位置、车厢出口等因素的关系[3]。目前对列车车辆的疏散仿真主要针对地铁站人员疏散及高速动车组列车内人员在隧道或在车站站台的疏散。缺乏对设有残疾人卫生间的铁路列车的人员疏散研究。

本文以出口欧洲型列车为例，通过Pathfinder 软件对车辆进行疏散仿真分析，对比车门在车辆中部和车辆端部时的疏散时间，研究车门布置对出口欧洲型列车疏散时间的影响。

1 出口欧洲型车辆布置

本文以出口型欧洲车辆为研究对象，为满足《关于与残障和行动不便人士可以使用欧盟铁路系统相关的互操作性技术规范》（TSI 1300）和《关于与欧洲铁路系统的子系统“铁路车辆- 机车车辆和客运车辆”相关的互操作性技术规范》（TSI 1302），车辆上设有1 个残疾人卫生间，客室内设有61 个座椅，固定座椅之间设置折叠桌，客室安装2 个侧门，左右侧各1 个。

2 基于Pathfinder 的人员疏散仿真

人员疏散仿真软件Pathfinder 是基于进出和人员运动的模拟器。该软件具有可以利用三维视觉效果展示疏散场景、可以精确选择观测每个人员的逃生路径以及疏散所用时间等优点[4]。同时还可以自定义部分参数，如人员的最大行走速度，出口的选择等等，更符合列车内实际情况。本文采用Pathfinder 软件进行列车内人员疏散仿真。

2.1 仿真模型

将车辆客室内的座椅、残疾人卫生间、车内设施等部件结构简化，并按照实际位置进行布置，简化后的平面图导入Pathfinder 软件中。

2.2 参数设置

2.2.1 车厢内人员数量

根据EN15663 标准，车厢站立面积不包括以下面积：

地面正常座椅的投影面积加上用于坐着的乘客搁置双脚的300mm 深度面积；

地面固定桌的投影面积；

仅可由驾驶员和乘务员使用的面积；

禁止乘客站立的面积；

仅当上车或下车才可使用的台阶及其他面积；

高度低于1850mm 的区域面积；

用于卫生间、冲洗区域的面积；

由此计算该车辆的站立面积为18.91 m2。

根据EN15663 标准，车厢站立区域设计时，每平方米容纳2～4 个乘客，本文按照最大值计算，取4 人/m2，则车厢内站立人数为76 人。

假设车厢内坐席人数为61 人，则车厢内疏散人员的总数为137 人。由于该车辆可能有残疾人乘车，假设紧急疏散时，车厢内有一位残疾人士，其余136 人为普通人。

2.2.2 行走速度

根据《SFPE 消防工程手册》，出口通道（例如走廊和门道）处无障碍人员的最大行走速度为1.19m/s[5]。Sharifi[6]和Fahy、Prolux[7]等人的研究表明，无障碍人员的最低步行速度为0.9 m/s，残疾人的平均步行速度为0.5 m/s。

本文设定普通人的行走速度为1.05m/s，残疾人士的行走速度为0.5m/s。

2.3 仿真工况

由于车辆设有残疾人卫生间，考虑到残疾人上车后的便利性，残疾人卫生间应尽量靠近车门位置。本文假设车门分别布置于车辆中部和端部，同时残疾人卫生间等设施相应进行布置。车门布置于车辆中部时，平面布置图如图1 所示；车门布置于车辆端部时，平面布置图如图2 所示。

图1 某出口欧洲型列车平面图（车门布置于车辆中部）

图2 某出口欧洲型车辆平面图（车门布置于车辆端部）

本文模拟以下四种工况进行仿真分析：

工况一：车门设置在车辆中部。紧急情况下，列车内人员从靠近站台一侧的车门疏散至站台。

工况二：车门设置在车辆中部。紧急情况下，列车内人员从列车两侧车门疏散至列车外部。

工况三：车门设置在车辆端部。紧急情况下，列车内人员从靠近站台一侧的车门疏散至站台。

工况四：车门设置在车辆端部。紧急情况下，列车内人员从列车两侧车门疏散至列车外部。

2.4 仿真结果

在Pathfinder 软件中模拟四种工况，车辆内所有人员全部疏散需要的时间详见图3 及表1。

图3 不同工况下列车内人数随时间变化图

表1 不同工况下疏散时间

仿真结果表明：

（1）当车门位于车辆中部时，列车内人员从列车两侧车门疏散比单侧车门疏散时间减少约22s；

（2）当车门位于车辆端部时，列车内人员从列车两侧车门疏散比单侧车门疏散时间减少约15s；

（3）当列车内人员从列车单侧车门疏散时，车门位于中部比车门位于车辆端部疏散时间减少约31s；

（4）当列车内人员从列车双侧车门疏散时，车门位于中部比车门位于车辆端部疏散时间减少约38s；

对于出口欧洲型车辆来说，车门位于车辆中部更有利于列车内人员疏散。如列车行驶环境允许，列车内人员从车辆双侧车门疏散可有效减少疏散时间。

3 结论

本文以某出口欧洲型车辆为研究对象，通过设置列车人员数量和合理的行人速度，对比车门在车辆中部和车辆端部时的疏散时间。通过Pathfinder 软件仿真分析发现，列车内人员从车辆双侧车门疏散可有效减少疏散时间；车门位于车辆中部更有利于列车内人员疏散。