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方法工程135 (2016)616 - 621

地铁车站疏散过程的数值模拟

，，，

1.中山大学工程学院，广州510006，中国;

2.广东省消防科技重点实验室，广州510006，中国

3.广东省安全生产技术中心，广州510060，中国

摘要：铁车站作为地下轨道交通系统建设;由于其封闭性和客流大的特点，一旦发生火灾等事故，可能会造成许多伤亡和大量的财产损失。因此，地铁安全疏散不仅是地铁防灾设计的重要内容之一，也是国内外研究领域的公共安全重点和热点问题。本文主要对火灾条件下的人员疏散进行了研究。首先，通过对地铁车站的拍摄和测量，获取地铁客流参数。最后，对安全疏散时间进行了计算。然后根据得到的参数，使用基于Agent技术的Pathfinder仿真软件对人员疏散过程进行仿真分析。结果表明:该站安全疏散时间为3分 8秒。符合《地铁设计规范》要求;楼梯和大门是疏散过程中的出口瓶颈，在地铁疏散设计中有相当大的优化空间。

关键词:地铁仿真，火灾，安全疏散，参数仿真

1.介绍

随着城市的发展，地铁凭借其独特的优势，迅速发展成为城市的主要交通工具之一。与此同时，地铁车站内的疏散逐渐成为行业关注的焦点。地铁车站的安全疏散需要在各种有害因素威胁到地铁乘客和工作人员的安全之前，将乘客和工作人员转移到安全区域。虽然有一些关于安全疏散的研究，但并没有形成地铁车站疏散的科研体系[1-7]。随着计算机技术的发展，工程问题与计算机技术相结合，计算机仿真技术在工程问题中的应用已成为一种方便的研究方法。本文中，基于Agent技术的Pathfinder仿真软件用于模拟分析地铁车站人员疏散过程,来测试车站是否符合人员疏散到安全区域的时间必须小于6分钟的中国设计标准和车站应如何改进以更方便疏散。

*通讯作者

电子邮箱：997219907@qq.com

1877-7058copy;2016作者。由爱思唯尔有限公司出版。这是一篇根据CC BY-NC-ND许可证(http://creativecommons.org/l

icenses/by-nc-nd/4.0/)发布的开放访问文章。

ICPFFPE 2015组委会负责的同行评审

doi: 10.1016/j.proeng.2016.01.126

2.模型建立和计算条件

2.1.建立

本文以广州地铁站为例，建立了典型地铁站的人员疏散物理模型，如图1所示，包括自动楼梯、楼梯、垂直电梯和疏散通道。平台层长128米，宽7米，设有两个自动楼梯、楼梯和垂直升降梯。车站大厅长99米，宽16米，设有四个自动检票口(A、B、C、D)和两个出口(A、B)。检票口B和D有5个阻碍，而检票口A和C有4个阻碍。具体参数如表1所示。注意:根据标准的《地铁设计规范》[8]，本仿真中的垂直电梯不考虑作为疏散工具。

自动楼梯

楼梯

自动楼梯

垂直电梯

出口A

检票口A

检票口B

出口B

检票口C

检票口D

通道

图1所示.州地铁车站结构示意图

表1.广州某地铁站的具体参数

区域	部门	长度(米)	宽度(米)
	自动楼梯的房间	15.5	3
	自动楼梯的房间	11.2	3
站台	自动楼梯	-	1
	楼梯	-	1.5
	自动楼梯的房间	7	3
	楼梯的房间	7	3
车站大厅	检票口的每个闸	1.5	0.55
	出口	-	4
	通道	-	2.5

2.2.仿真设置

1）疏散方向。疏散方向如图1中的箭头所示。当紧急疏散开始时，车站大厅的检票口全部打开，乘客从检票口进入A、B出口。同时，站台内的乘客通过站台两侧向上的自动楼梯或楼梯疏散到安全的地方。这个默认的模拟设置是乘客按顺序通过检票口，不攀爬围栏，将收费区与自由区分开。

2）疏散人群的数量。根据广州某地铁站的实地调查，每趟列车在高峰时段的平均客流量约为180人;在车站月台候车和在车站大厅步行的旅客人数分别约为100人、80人。考虑到未来的发展和地铁站超峰流量的情况，在本仿真中引入了峰值系数为1.2。因此，疏散人群数量为430人。

3）移动速度。乘客的移动速度受到很多因素的影响，如性别、年龄、乘客拿包裹的情况等，但在本仿真中笔者主要考虑了性别差异对乘客移动速度的影响。乘客移动速度如表2所示。

表2.同性别在不同位置的移动速度

性别	在水平方向上	在楼梯上	通过检票口
男人	1.322米/秒	0.860米/秒	1.275米/秒
女人	1.159米/秒	0.678米/秒	1.384米/秒

4）乘客参数。根据国内外研究资料，男性和女性肩宽分别为41厘米、38厘米；男性和女性的胸部厚度分别为25.8厘米，25.7厘米。

5）乘客分布。平台和车站大厅里的乘客总数大约是320年,110年分别ˈ。乘客随机分布在站台和车站大厅，男女比例为1:1。

3.仿真结果与分析

3.1.结果

图2所示.(a)(b)(c)(d)(e)(f)疏散时间分别为10 s、20 s、40 s、70 s、93 s和123 s后的乘客分布情况

在完成上述仿真设置参数后，笔者展开了动态仿真过程，如图2所示。疏散开始时，站台上的乘客跑到最近的向上自动楼梯或向上楼梯；与此同时，车站大厅内的乘客跑到最近的出口进行疏散。

如图2所示，当疏散时间达到10 s时，站台内的所有乘客都跑向了自动楼梯或楼梯的入口，因此自动楼梯或楼梯的入口出现了拥堵现象。同时，车站大厅内的所有乘客都跑向检票口，造成检票口拥堵。20秒后，车站大厅部分乘客已疏散到安全地点，站台部分乘客已开始到达车站大厅，准备跑向检票口。当疏散时间达到40秒时，车站大厅内的大部分乘客已经疏散完毕，站台内的部分乘客已经开始到达转门处。检票口仍然很拥挤。70秒后，站台上的大部分乘客已被疏散到车站大厅，检票口的拥堵情况没有得到改善。93秒后，车站大厅的疏散工作已经结束，检票口的拥堵情况也大大缓解。整个疏散过程持续129秒。

本次模拟疏散时间为129秒，期间430名乘客全部完成安全疏散。注：仅为疏散时间，不包括人员响应时间。考虑到人员响应时间为1分钟，安全疏散时间为3分钟9秒。

3.2.仿真结果分析

图3为平台层滞留旅客人数与时间的关系。如图3所示，当疏散开始时，疏散过程相对稳定，疏散速度为6人/秒;当疏散发生到40秒后，疏散速度开始减慢到每秒3人。根据疏散过程，当疏散时间达到10秒时，平台上的乘客开始到达检票口。此时，疏散受到十字转门的影响，整体疏散速度开始下降。71秒后,平台层乘客数量为0，表示平台内的疏散工作已经完成。考虑人员响应时间60 s，车站大厅疏散时间为130 s，满足地铁车站安全疏散时间标准要求小于6 min。

图3所示.平台内滞留人数与时间的关系

站厅滞留旅客人数与时间的关系如图4所示。疏散开始时，乘客人数曲线呈平稳下降趋势，说明疏散过程是有序进行的。23 s后，曲线开始上升，因为站厅原有滞留乘客已全部撤离，站台层原有滞留乘客已开始到达站厅。当疏散发生后约56 s时，曲线开始下降，因为站台内到达站厅的原滞留乘客数量大于通过安全出口A、B疏散的原滞留乘客数量。因此，将被困乘客疏散到车站大厅的安全地点需要127秒。

图4所示.车站大厅滞留人数与时间的关系

从图5可以看出，当疏散开始时，地铁站的数量在稳步减少，这说明车站大厅内的疏散是有序进行的。从35秒到42秒，滞留旅客总数缓慢下降，因为原来滞留旅客在车站大厅的疏散已经完成。

图5所示.车站滞留人数与时间的关系

4.结果与讨论

仿真结果表明，广州站所需安全出口时间(RSET)约为3分钟8秒，远小于6分钟。根据以上分析，该地铁站符合《地铁设计规范》的要求，设计合理。

为什么安全出口时间太短?

1.车站虽然占地面积大，可容纳的人数多，但客流高峰相对较小。因此，安全出口时间更短。

2.作为一个非换乘的地铁站，设有两个自动上行楼梯和两个上行楼梯，保证火灾后乘客在短时间内到达车站大厅。

然而，疏散模拟显示，自动上升楼梯、楼梯和检票口的入口处存在拥堵，这是影响疏散时间的主要因素。

综上所述，广州某车站的疏散能力满足地铁设计规范。

5.结论

本文以广州某地铁车站拍摄测量得到的乘客参数为基础，考虑男女比例和移动速度，以Pathfinder软件为工具，模拟疏散过程。结论如下：

广州站1个安全出口时间约3min8s，符合国家标准要求。尽管如此，仍然有优化的空间。

楼梯和检票口是疏散过程中的出口瓶颈，主要是因为楼梯和检票口的入口太窄，很多乘客无法一起通过，滞留在门口。因此，增加楼梯的宽度或门的数量是更有效地疏散到安全地方的好方法。

确认

本工作得到了广东省科技项目资金的支持(NO.2011B090400518和NO.2013B090800008)。

参考文献

[1]梁海君，徐伟斌，2012.《地铁火灾疏散性能分析》，沈阳锦州大学自然科学学院学报28卷，p.702 - 709.(中文)

[2]杨林，2013.浅析地铁火灾安全疏散，防火科学与技术10，p.1115 - 1117.(中文)

[3]谢海生，2013.地铁火灾疏散时间分析计算，铁路计算机应用22(9).(中文)

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