应急疏散条件下地铁站人员楼梯和扶梯选择行为分析与计算模型研究＊

曾俊鸿 周铁军 谢瑞杭 杨瑞航

随着地铁逐渐向深层发展，安全疏散的压力正在逐渐增大。快速撤离的疏散方式是地下空间人员生命安全的重要保障。目前针对地铁疏散的研究主要针对站台层到站厅层，未考虑站厅层到地面的过程。张海滨等人[1]研究了站台层至站厅层的疏散时间计算；穆娜娜[2]以站厅层为安全区，对地铁车站的疏散能力进行了模拟研究。根据《地铁安全疏散规范》，站厅层并非最终安全区，日本《地铁防火规范详解》要求10min内疏散到地面，洪水等灾害[3]表明站厅层也是存在危险的，因此疏散到地面是有必要的。疏散阶段可分为水平疏散和垂直疏散[4]，楼梯和扶梯是地铁站的主要垂直疏散设施。在疏散能力计算上，现有规范没有考虑到不同体质特征的人员在疏散设施上的选择情况。在疏散仿真模型方面，穆娜娜、王琳、贾天耀等[2,5-6]主要采用规范中的数值进行计算。针对地铁中疏散设施的选择情况，Zhang Weihua、Pei Yulong、Li Qian、史芮嘉等[7-10]探究了人员选择楼梯和扶梯的影响因素，但都是非紧急情况下的讨论，并不符合紧急情况下人员的选择情况。

因此，探究紧急情况下人员对疏散设施的选择情况是有必要的。本研究基于Xie Ruihang等[7-9,11]的研究，筛选确定了影响因子。通过线上问卷和线下访谈的方式，收集335份有效问卷，获取了不同埋深和不同体质特征的人员在紧急情况下对楼梯和扶梯的选择情况。基于结果，以埋深与体质特征为因子，对数据进行非线性回归分析[12]，建立了预测人员选择情况的数学模型。该数学模型可以优化现有仿真模型，获得更加准确的疏散情况。

1 实地调研

根据《城市地下空间规划标准》（GB/T 51358-2019）的分类，地铁站分为浅层、次浅层、次深层、深层四类，对应的深度分别地下0～15m、15～30m、30～50m、50m以上。重庆作为地质环境复杂、地铁资源丰富的区域，能够涵盖各种埋深的地铁站。因此，本文调研了人流量较大、具有代表性的43个重庆地铁站，对站厅层的埋深进行了统计（表1）。

2 问卷设置与收集

问卷收集被调查者的性别、年龄等信息，以及4种埋深情况下被调查者对楼梯和扶梯的选择情况与选择原因。在埋深设定方面，以站厅层埋深为参数，经SPSS单样本检验，将深度设置为8m、17m、35m、50m。此外，问卷还收集了被调查人员的安全知识水平以及面对拥挤时的选择情况。

被调查者在填写问卷前，被要求观看地铁火灾录像。录像中火焰、烟气等现象与行人的尖叫、奔跑等恐慌行为，有利于代入实际紧张氛围。之后被调查者被告知此时是紧急情况，需要尽快疏散到地面。以此为指导进行问卷调查，一共收集了335份有效问卷，最终形成统计结果（表2）。

表1 车站站厅层埋深统计

3 结果与分析

3.1 数据有效性分析

从统计结果上看，0～17岁组样本量过少，故不纳入统计。18～30岁组与31～45岁组在年龄上相对接近，在选择上也具有相似性，故合并为一组。经相关性分析，性别、年龄范围、埋深与选择行为均在0.01级别上存在显著相关性。

3.2 选择比例与理由分析

从总体上看，随着埋深的逐渐增大，选择自动扶梯的比例从19.7%增大到63.2%。从性别上看，女性更愿意选择扶梯，埋深越大越明显。从年龄上看，60岁以上人群选择扶梯的比例最高，45～59岁人群高于剩余两组。

从选择原因上看，由表3可知选择楼梯主要是考虑安全性，尤其是在深层地铁站中，占比达到了95%；固定的楼梯跑起来更稳、更快是第二原因，比例为60%；因为楼梯更宽和出口较近而选择的人员比例约为35%和10%。

由表4可知，选择扶梯的主要原因是速度更快、更加省力，二者的比例都达到了70%。而随着埋深逐渐增大，因为出口太远而选择扶梯的人员比例也从12%增长到56%。

3.3 更换疏散设施意愿分析

在面临拥堵的情况下，随着埋深增大，选择自动扶梯的人员更换到楼梯的比例从91%下降到58%。其中，60岁以上人群的更换意愿最低，身体素质的下降是他们难以采用楼梯进行疏散的主要原因。可以看出，随着埋深增大，人员更换疏散方式的意愿逐渐降低，选择扶梯的人员相应增多，因此深层地铁站中扶梯的运载量要求比浅层更高。

3.4 安全知识与选择意愿分析

在安全知识普及上，超过60%的人员不了解当火灾发生时，地铁站中的扶梯是安全且正常运行的。普及知识后，超过80%的人员愿意选择扶梯进行疏散，其中男性占比76%，女性占比87%，这也反映了男性疏散能力信心更强；而从年龄上看，60岁以上人群更愿意选择扶梯进行疏散，比例为90%，原因可能是疏散能力更弱，疏散能力信心更弱。

表2 自动扶梯选择比例表

表3 楼梯选择原因比例表

表4 扶梯选择原因比例表

4 数学模型构建

从数据相关性上看，性别、年龄和埋深均在0.01量级上具有显著相关性。因此，本研究通过二元逻辑回归模型对数据进行处理，将性别、年龄、埋深作为协变量，选择行为作为因变量。根据Zhang Weihua等[7]的研究表明，逻辑模型的公式为：

其中y=0为选择扶梯疏散，x1—xm为各项参数。

本研究相关影响因素的分配如下：变量x1为性别，分配和描述为1为男性、2为女性。变量x2为年龄，分配与描述为1为18～45岁、2为45～59岁、3为60岁以上。变量x3为场景的埋深，1为8m，2为17m、3为35m、4为50m。针对分配的变量，公式变形为：

将问卷结果进行非线性回归分析，获得相关系数。β0=3.588，95%置信区间为（2.912，4.265）；β1=—0.597，95%置信区间为（—0.835，—0.359）；β2=—0.647，95%置信区间为（—0.903，—0.390）；β3=—0.644，95%置信区间为（—0.758，—0.530）。所有系数均在95%置信区间内，能够较好地模拟选择情况。

将软件分析得到的系数代入公式，即可得到性别、年龄、埋深影响下，选择楼梯和扶梯人员的预测公式。从公式上看，男性、青壮年、浅埋车站，人们更愿意使用楼梯；反之，则为扶梯。楼梯上的多为疏散能力强的人员，根据相关人员的比例与疏散速度，可精确计算楼梯与扶梯的单位时间疏散量。

5 结语

随着埋深逐渐增大，自动扶梯的选择比例从19.7%上升到63.3%；面对拥挤情况，人员更换疏散设施更低。女性在紧急情况下更愿意选择扶梯，并且随埋深的增长幅度更大。随着年龄增大，扶梯疏散的选择比例逐渐增大，大于60岁的老人更倾向于选择扶梯疏散，排队情况下更加不愿意更换疏散设施。根据数据进行非线性回归分析，获得了性别、年龄、埋深影响下的楼梯和扶梯选择回归方程系数。

虽然文章针对楼梯和扶梯的选择进行了分析，但根据Zhu Kongjin等[13]的研究发现，疏散人员在长距离上行疏散过程中的疲劳度可能会影响后续的选择。人员在开始阶段疏散的选择，不一定能代表能在后续疏散过程中坚持自己的选择。因此，针对人员在后续疏散过程中，是否会更换疏散设施，其更换机制与原因有待进一步研究。

表格来源

1-4作者自绘