摘 要

地铁在民众的日常出行中扮演着愈发重要的角色，而在人口剧增、生活节奏日益加快的今天，早期设计的地铁在实际运营中是否还能承受诸如火灾等突发情况下人员疏散的考验，需要引起格外关注。本文的研究特点在于结合了具体的车站，以武汉市地铁2号线街道口地铁站为研究对象，对影响人员疏散的因素进行理论分析，侧重应急情况下人群运动的特殊心理及行为特征的研究；经反复多次测量，测绘出站内建筑结构平面图，以拍摄视频的方式获取站内乘客的运动数据，分析数据得到人群运动特征如人群密度、流量和平均运行速度等；最后基于数据分析的结果建立实际火灾疏散模型，计算乘客的疏散时间，以此为标准评估地铁乘客疏散通道的安全性。最终得出街道口地铁站站台层的疏散能力无法满足需求，而站厅层评估合格的结论。并分析了影响评估结果的主要因素如必需疏散乘客数量、通道设施通过能力及心理因素。根据评估结果提出了合理的改善建议，为其他地铁站的运营管理提供实际参考案例。

关键词：地铁安全评估；应急心理及行为；火灾疏散模型

Abstract

Subway plays an increasingly important role in People's Daily travel. However, with the rapid increase of population and the increasingly rapid pace of life, it needs to be paid special attention to whether the subway designed in the early stage can withstand the test of evacuation in emergencies such as fire in actual operation. The research feature of this paper is that it combines specific stations, takes Wuhan subway line 2 Jiedaokou station as the research object, conducts theoretical analysis on the factors affecting personnel evacuation, and focuses on the research on the special psychological and behavioral characteristics of crowd movement in emergency situations. After repeated measurements, the building structure plan of the station was mapped and the movement data of passengers in the station was obtained by shooting video. The movement characteristics of the crowd, such as crowd density, flow rate and average running speed, were obtained by analyzing the data. Finally, based on the results of data analysis, the actual fire evacuation model is established to calculate the evacuation time of passengers, and the safety of subway passenger evacuation passage is evaluated according to this standard. In the end, it comes to the conclusion that the evacuation capacity of the platform floor of the Jiedaokou subway station cannot meet the demand, while the evaluation of the station hall floor is qualified. The main factors that influence the evaluation results are analyzed, such as the number of passengers to be evacuated, the pass-ability of channel facilities and psychological factors. Based on the evaluation results, reasonable Suggestions for improvement are put forward to provide practical reference cases for the operation and management of other subway stations.

Keywords: subway safety assessment; emergency psychology and behavior; fire evacuation model.

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究目的 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 研究内容及方法 3

第2 章 人员疏散的行为及心理研究 4

2.1 影响地铁人员疏散的因素分析 4

2.1.1环境因素 4

2.1.2人的因素 5

2.2 人员逃生时特殊心理研究 6

2.2.1从众心理 6

2.2.2模仿心理 7

2.2.3习惯心理 7

2.2.4趋利避害心理 7

2.3 地铁火灾环境下人的行为反应分析 7

2.4 本章小结 8

第3章 街道口地铁站实际数据采集及模型建立 9

3.1 地铁站实际数据采集 9

3.1.1地铁站内部建筑图 9

3.1.2视频拍摄 10

3.2 视频数据预处理 11

3.2.1年龄、性别构成及比例 11

3.2.2人群密度 12

3.2.3人群运动速度 14

3.2.4人群流量 15

3.3 地铁火灾疏散模型的建立 16

3.3.1地铁站内部结构平面图 16

3.3.2地铁站内部设施通过能力 17

3.3.3站内乘客数量及状态初始设置 18

3.3.4疏散路线 20

3.4本章小结 21

第4章 地铁站人员疏散安全评估分析 22

4.1 地铁安全疏散总体要求 22

4.1.1疏散所需时间要求 22

4.1.2疏散通道通过能力要求 22

4.2 基于模型的疏散时间计算 23

4.2.1站台层起火 23

4.2.2站厅层起火 24

4.3 地铁站安全评估及结果分析 26

4.3.1 疏散人数的影响 26

4.3.2 通道、设施的影响 27

4.3.3 应急心理的影响 27

4.3.4 改进建议 28

4.4 本章小结 29

第5章 结论及展望 30

5.1 结论 30

5.2 展望 31

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会经济和城市建设的高速发展，城市轨道交通以其容量大、速度快、环保节能、安全准时的独特优点在城市建设中发挥了重要的作用，也在人们的日常出行生活中扮演着重要的角色^[1]。而地铁，作为城市轨道交通系统中的杰出代表，因其位于地下节约空间，并且低能耗环保的优势获得了众多城市的青睐。到2018年12月31日，中国内陆地区共计37个城市建成投运的城轨线路总长已达5539.19公里，其中地铁有4235.54公里，占线路总长的74.47%，远远高于轻轨、快轨等其他制式。

然而，在地铁建设高速发展的同时，由突发情况造成的人身伤害和财产损失等公共安全事件数量也在逐年增加。地铁由于其空间位于地下十分封闭、人员密集、疏散线路长、出入口少等因素，在应对各种突发情况时，灾害的影响容易在短时间内被迅速放大，如果不能在短时间内疏散人员，造成的后果无法想象。在对历年地铁安全事故的调查分析中发现，由各种原因导致的火灾影响尤为突出。1982年3月，美国纽约一地铁因传动装置故障引发火灾导致86人受伤，4辆车报废；2005年英国伦敦地铁站发生大爆炸，伤亡达1000多人。在国内，1999年广州某地铁站因电器故障引发火灾，因发现及时未造成人员伤亡，但直接财产损失达20多万元；2004年香港地铁因人为纵火导致至少13人送院治疗。地铁发生火灾造成的人员伤亡多是因为烟气的弥漫及人群拥挤发生踩踏事故，疏散出口少，导致人员疏散效率低，逃生花费的时间长。因此，针对不同的地铁环境设计合理有效的疏散方案及逃生路线对减少突发情况如火灾造成的伤亡 ，有十分重要的意义。

新的地铁线路和地铁站在投入建设之前，专家团队会对整个项目进行建设前的评估，以经验值和数据预测来评估该地铁的建设方案是否安全合理。但随着社会的快速发展，城市人口的极速增长，地铁所要承担的客运量将发生较大改变，与初期的预测值产生一定偏差。因此，对已投入运营的地铁进行新的安全评估，及时排除安全隐患，设计新的人员疏散方案和逃生路线，减少灾害发生时的人员伤亡和财产损失，提高地铁运营的服务质量等，具有指导性意义^[2]。

1.2 研究目的

我国的地铁建设因为发展起步较晚，积累的技术及管理经验还不能很好的适应的城市的快速发展要求，实际运营过程中，还存在进出车站的通行效率较低，紧急情况下乘客的疏散能力不足等问题^[3]。目前国内外的学者围绕地铁安全评估的研究大多从宏观的角度出发，通过建立一系列的数学模型，来模拟地铁站在火灾等突发情况下人员疏散的情况，这种从宏观角度出发的研究能够很好的模拟在不同客流量的情况下，人员逃生的时间及效率，便于发现地铁站人员疏散的瓶颈。但却忽略了个体的主观行为及心理活动等微观因素对逃生疏散的影响。人群的运动基于一定的运动理论，由此可以展开火灾环境下个体行为的分析。诸如火灾等突发情况，因为危机生命，容易在人群中制造恐慌情绪，干扰人对逃生路线的判断，引发人群骚动，造成踩踏事故的发生。所有的这些不确定因素都会对地铁站的安全疏散产生莫大的影响，而这些主观因素不是数学模型能够完美模拟的。

本文基于上述原因，将以武汉市地铁2号线街道口地铁站为研究对象，结合本市的运营实情，在充分分析国内外资料数据的基础上，研究地铁站乘客安全通道及设施的设置、乘客在应激状态下的行为特性及心理状态与地铁站疏散能力的关系^[4]，对街道口地铁站的乘客安全疏散通道进行评估，从个体的主观角度出发，及时发现地铁站的疏散瓶颈并进行改进，为改善城市的轨道交通设计与运营提供参考依据。

1.3 国内外研究现状

地铁的人员安全疏散问题，拓展到研究领域即为密集人群流动问题，国外的学者从20世纪初开始涉猎相关研究，历经了萌芽、发展、全面发展三个阶段，不论是宏观的行人流还是微观的个体运动，定量和定性分析都己经取得很大的进展。伴随的现代计算机技术的发展，专家学者们将研究理论与计算机完美结合，对类似于火灾等突发情况下的地铁站、火车站中的行人疏散进行了深入的研究分析，建立了一系列有不同侧重点的疏散模型，比如基于模拟拥挤人群行人运动的社会力模型^[5]、基于紧急条件下人员疏散特殊行为的元胞自动机模型和进一步优化得到的人员疏散多格子模型^[6]等，在伦敦、纽约等大城市已有基于上述模型的计算机仿真实验的应用。

而我国的学者虽然在人员疏散方面的研究起步较晚，但也有许多综合性的研究成果已发展成熟，例如考虑建筑物空间疏散性的前提下^[7]，火灾对于人员疏散行动能力的研究、应用群集动力学理论对已有人群疏散数学模型的改进研究和乘客疏散通道瓶颈分析模型等。从上述一系列的研究分析结果中可以看出，对于地铁站等人群密集场所的应急疏散研究主要从建立评估标准与模型和应用计算机进行仿真模拟两方面展开。本文将基于真实数据建立针对研究对象的实际火灾逃生模型，同时考虑行人的应激心理及行为特征，在构建的逃生疏散路线上，计算各项安全评估指标，以期得到关于理论在实际应用方面的创新，为城市轨道交通的建设提供真实的案例参考。

1.4 研究内容及方法

本文以武汉市地铁2号线街道口地铁站为研究对象，评估地铁站在发生火灾意外时的应急疏散能力，分析乘客疏散的效率瓶颈以及影响因素，包括地铁站的建筑结构如通道的长、宽、高，通道设施如检票口、安检口、闸机的位置设置，乘客应激心理及行为特征等。建立针对性较强的实际模型，对火灾发生时的情况进行模拟，以判断该地铁站对乘客疏散能力影响最大的因素，并给出合理改进建议，以提高地铁站的安全运营系数，给市民更加良好的出行体验。

文章理论研究部分集中于行人运动特性和应急心理分析，通过阅读大量的参考文献，确定密集人流中的个体行为和心理反应对运动情况的影响，为后文的实验数据采集及模型模拟提供基础的理论指导。而实验部分拟采用的技术方案及措施为：首先通过反复的实地测量获取地铁站的基本建筑结构数据，明确主要的疏散通道的位置及相互联系，用卷尺测量通道的宽度及长度，结合人因工程学中人体基本运动尺寸及密集人群运动理论确定通道最大的通过量。以安全通道的行人通过率为指标，分别研究上述因素对通过率的影响。通过率的测定方法为视屏拍摄，多次在不同的时间段，尤其是节假日及上下班高峰期，在地铁站内内定拍摄，获取原始资料数据，后续再对视频中的具体人数及时间等进行读取处理，运用概率论的方法对数据进行分析，确保数值偏差在正常范围内波动。为了模拟火灾发生时的应急情况，还将应用改进过的社会力模型理论，考虑乘客的行为特征及心理等因素选取适当的修正值对单位测量时间内的人数进行修正^[8]。

此次研究建立的模型为基于实际情况的现实模型，目的是为了方便规划疏散路线，计算各个出口的逃生时间，用实验环节获取的数据，依据国家标准计算公式对实际情况进行计算评估，明确火灾发生时的疏散瓶颈，判断街道口地铁站在实际运营过程中的安全程度，提出合理的改善建议。

第2 章 人员疏散的行为及心理研究

2.1 影响地铁人员疏散的因素分析

《地铁安全疏散规范》^[9]国家标准中，给定了一系列评估地铁乘客疏散安全程度的指标，依据不同的指标，会产生不同的影响因素，本文拟采用人员安全疏散时间为评判标准，围绕乘客逃生疏散时间分析影响地铁人员疏散的因素。当地铁内发生火灾等突发情况时，地铁站内的建筑结构、闸机等设施的设置、通道的位置及宽度、灯光和广播等环境因素，以及行人对地铁结构的熟悉程度、人群的运动状态、乘客的心理素质和应激行为反应等人为因素，都会不同程度的影响到乘客的安全疏散时间。因此，在对地铁进行安全评估之前，确定各种因素对逃生时间的影响程度对后续的定量研究具有积极意义。

2.1.1环境因素

（1）地铁的建筑结构

地铁站建筑位于地下，空间相对密闭，因此可用来逃生的通道有限，并且距离地面较远，地铁站的出入口也是固定的。这些结构上的特殊决定了地铁站在突发情况下的人员疏散时间较长，难度也大于地面上其他公共场所。这其中对疏散时间影响程度最大的就是疏散通道的宽度、长度、出口数量。疏散通道在地铁正常运营的情况下就是乘客日常进出地铁站，搭乘地铁的通道，随着建筑水平的不断发展，地铁站的建造呈现出更加复杂也更深的趋势，尤其是换乘车站，为了满足运营需求，地铁承建商选择扩大加深地铁站的构建位置，但同时也增加了地铁站的疏散距离及难度。一个地铁站的出入口自建成就是固定的，乘客只能选择从这些固定的出入口逃生，因此，出口处的通行量及选址环境也对乘客疏散时间产生了影响

（2）地铁的设施设置

一个建成的地铁站只有内部空间是不能够运行的，地铁站内十分重要的另一部分就是内部设施的设置，如自动扶梯、安检机、闸机、灯光设施、人群隔离护栏、LED显示屏等。

自动扶梯方便快捷，能提供舒适的出行条件，因而被广泛应用在地铁站内，当火灾等意外灾害发生时，自动扶梯会有不同的运行状况，比如全部停运或者单行停运等，除发生故障正在检修的自动扶梯不可作为逃生通道外^[10]，应最大限度利用自动扶梯扩充逃生通道，将停运及关闭的下行自动扶梯作为固定楼梯，共逃生使用，在地铁站的应急电压可供上行自动扶梯运行的情况下，利用自动扶梯可以大大增加老人小孩等特殊群体的逃生效率。

诸如安检机、闸机之类的设施，在逃生时都容易引发人群聚集，形成逃生瓶颈，但作为地铁站内必不可少的设施，如何规划这部分设施的数量及选取适宜的位置成为了提高乘客逃生效率、改善逃生瓶颈的关键。

人群隔离栏的作用是在客流高峰期合理的引导乘客的通行路线，提高运营效率，但在逃生时，也无疑成为了疏散通道上的障碍，一方面隔离护栏不是固定的，如果被推倒容易发生踩踏事故；另一方面不排除个别乘客因为急于逃生而有翻越护栏的行为，这样容易引发人群慌乱，制造恐慌情绪，不利于乘客安全逃生，因此在正常运营的情况下，需要合理安排人群隔离栏的使用。

另外，地铁站内的灯光设施、广播及显示器，在逃生时能有效的提供逃生信息，这对慌乱中的乘客十分重要。广播能加快反应较慢的乘客的响应时间，提早进行逃生准备，同时也能在拥挤的情况下，合理引导人流，避免乘客向同一个出口涌去。消防灯能在浓烟的情况下，指导乘客的逃生方向。显示器也能在人群嘈杂的情况下提供一定的疏散信息。这部分的设施是有助于紧急情况下的乘客疏散，地铁运营部门需要合理考虑设置。

2.1.2人的因素

一般来说，影响地铁火灾安全疏散时间的因素，除了地铁站内部的建筑结构、起火原因及火势等，还有很大一部分因素来源于被疏散的群体。研究发现，被疏散群体的年龄、性别、心理素质、经验、受教育程度等等，都影响着人员疏散时间，本小节将具体分析人为因素中的客观因素部分，主观因素如行为和心理反应的分析详见后文。

(1) 年龄

被疏散群体的年龄构成是许多学者研究突发情况下人群运动特性的关键指标，年龄不仅影响着个人的身体尺寸，进而影响到人群流动时的通道容纳量，同时不同年龄的行人行走速度也大不相同，进而也会影响到人群的逃生移动速度。除了上述生理结构方面，年龄对个人心理素质的影响也不容小觑，调查显示，20岁至40岁这一年龄段的群体，不管是应对突发情况的反应速度，还是在逃生时做出一系列决定的效率，都明显优秀于其他年龄段的人员。儿童及老年人在逃生疏散时，不管是运动能力还是心理素质都低于平均水平，是需要帮助的主要对象。因此，火灾发生时的被疏散群体其年龄构成会对逃生时间产生很大的影响，在分析问题时，不能过于理想化的赋予逃生群体优秀的年龄段，也不能极端化的考虑最坏的情况，合理的模拟疏散人群的年龄构成对分析影响逃生时间的其他因素具有控制变量的意义。

(2) 性别

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