（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道交通车站乘客紧急疏散能力研究.pdf

摘要 摘要 城市轨道交通车站乘客紧急疏散与人员的生命安全直接相关，如何有效地缓 解疏散情况下的人员捌挤，防止群死群伤事故的发生，已成为当前国内外公共安 全领域研究的热点和重点，也是地铁没计的重要组成部分。地铁站人员的紧急疏 散就是在发生各种突发事件时，在一定的时间内将站内所有人员安全地疏散到安 全区域。 本文对我困与美崮地铁车站的疏散设计标准进行比较，阐述了我国地铁车站 疏散设施的设置要求，介绍了计算建筑物紧急疏散时间的经验公式。对乘客紧急 疏散的行为特征进行了研究，从而确定仿真系统的参数及人流控制的安全指标。 本文对常用的紧急疏散策略进行了阐述，并对疏散策略产生影响的车站引导 系统的功能与设置进行了分析，利用蚁群与人群相似的趋众性、转移性，建立了 乘客紧急疏散路径选择的蚁群算法模型，并详细地介绍了如何用斛算法快速地 找到路径。 本文提出了车站紧急疏散的评价体系。重点对车站疏散能力、车站空间布局、 车站疏散对轨道交通线网运营的影响三方面的评价指标进行分析与标定。最后以 上海轨道交通二号线东昌路站为实例对象，利用p e d a g e 人流仿真软件对车站乘 客疏散进行模拟分析，得到车站改善的建议。 关键词：城市轨道交通车站，疏散评价，人流仿真，紧急疏散 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eo b j e e t i v e so fs a f e t ye v a e u a t i o ni nt h es u b w a yw a sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h e s a f e t yo fp e r s o n a ll i f e h o wt oe f f e c t i v e l ye a s et h ee v a c u a t i o no ft h ep u b l i cc r o w d e d a n dp r e v e n tc a s u a l t i e sh a db e c o m eaf o c u si nt h ed o m a i no fc u r r e n td o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lp u b l i cs a f e t y , a sw e l la sa l l i m p o r t a n tc o m p o n e n to fm r td e s i g n s u b w a ye m e r g e n c ye v a c u a t i o ni si nac e r t a i np e r i o do ft i m ea l lp e r s o n n e ls a f e l y e v a c u a t e dt os a f ea r e a sa f t e re m e r g e n c i e so c c u r r e d t h ep a p e rc o m p a r e de v a c u a t i o nd e s i g ns t a n d a r d so f c h i n aa n dt h eu n i t e ds t a t e s s u b w a ys t a t i o n ，e x p o u n d e dr e q u i r e m e n t so ft h ee v a c u a t i o nf a c i l i t i e si nc h i n a m r t s t a t i o n ，i n t r o d u c e da ne m e r g e n c ye v a c u a t i o nt i m ef o r m u l ao ne x p e r i e n c e w h e n p a s s e n g e r s c h a r a c t e rw a st h eb a s i so f t h es p a c ee v a c u a t i o ni ns t a t i o n ，t h ep a p e r a n a l y z e dt h eb e h a v i o r a lc h a r a c t e r i s t i c so f p a s s e n g e r si ne v a c u a t i o n ，d e t e r m i n e dt h e p a r a m e t e r so f t h es i m u l a t i o ns y s t e ma n dc r o w dc o n t r o li n d i c a t o r s t h i sp a p e re x p l a i n e dc o m m o ns t r a t e g yi ne m e r g e n c y e v a c u a t i o n ，a n a l y z e dt h e f u n c t i o na n dd e s i g no f e v a c u a t i o ng u i d es y s t e m ，e s t a b l i s h e de v a c u a t i o nr o u t ec h o i c e m o d e lu s i n ga n ta r i t t u n e t i cw i t has i m i l a rt r e n do ff o l l o w i n ga n dt r a n s f e r r i n gt op u b l i c v o l u m e a n dd e t m l so nh o wt ou s ea 4a l g o r i t h r nt of i n dp a t h r a p i d l y t h i sp a p e rp r e s e n t e da l le v a l u a t i o ns y s t e m ，f o c u so ni n d i c a t o r so ft h r e ea s p e c ti n e v a c u a t i o na b i l i t y t h es t a t i o ns p a c el a y o u ta n di m p a c tt or a i lt r a n s i tn e t w o r k o p e r a t i o n f i n a l l y ，u s i n gt h es t a t i o no f d o n g c h a n gr o a da sa ne x a m p l e ，i m p o s e dt h e s i m u l a t i o ns o f t w a r ep e d a g et oh a v e0 3 1e v a c u a t i o ns i m u l a t i o nt or e c e i v et h e r e c o m m e n d e di m p r o v e m e n t so f t h es t a t i o n k e yw o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i ts t a t i o n ，e v a c u a t i o ne v a l u a t i o n ，f l o ws i m u l a t i o n ， e m e r g e n c ye v a c u a t i o n i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文：学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版：在不以赢利为日的的前 提下，学校可以适当复制沦文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 主、1 灰暗 扫。8 年弓月j 8 日 同济大学学位论文原创- 眭声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：孙1 爱 三”6 年弓月i8 日 研 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 城市轨道交通系统是一种大运量、快速、准时、安全、舒适的客运交通系统， 为缓解城市交通 荇j 挤、运输能力不足的问题提供了极为有效的途释。车站是城市 轨道交通系统的基层生产单位，是乘客进出城市轨道交通线路的界面，乘客在车 站大量集中和疏散，流动性非常大。 我国城市轨道交通已进入全面发展的阶段，迄今为止，已有北京、上海、广 州、天津等1 0 个城市开建了轨道交通线路，成都、杭州、沈阳等7 个城市已完 成轨道交通的规划，其中，上海轨道交通的发展最为迅速、线网规模最大。自 2 0 0 7 年1 2 月2 9 日上海轨道交通6 号线与8 号线试运营以来，上海轨道交通己 形成8 条线、2 3 6 公罩、1 6 3 座车站的轨道交通基本网络雏形，具有“l 条环线 + 8 处换乘+ 9 站共线”的线网布局。至2 0 1 0 年，上海将建成1 1 条线、运营里程 超过4 0 0 公里的城市轨道交通基本网络，规模居世界前列。与此同时，轨道交通 的客流量也迅猛增长，据2 0 0 8 年2 月2 2 日的统计数字，上海轨道交通总客流量 达到3 2 2 8 万人次，创历史新高，同时车站的换乘客流也大幅上升，如人民广场 站的闩均换乘客流己由1 8 万人次增至2 5 万人次。客流量暴增造成车站拥挤状况 日益严重，特别是高峰小时车站与列车内往往拥挤才i 堪、寸步难行，乘客的步行 空间与私人空问被严重破坏。 人员密集往往是突发事件发生的根源，当场所内人员密度达到一定的标准就 容易产生安全隐患。城市轨道交通车站人流密度大、持续时问长，是一个安全事 故易发的场所。 城市轨道交通车站是一个相对封闭的系统，一旦发生火灾、大客流、运营中 断等突发事件时，在封闭的空间中由于呼吸困难、身体不适，乘客易产生惊慌、 恐惧、绝望等感觉，人群非常混乱，部分人群会失去理性而强行采取错误的自救 行动，此时乘客的行为难以控制，造成疏散极度困难。冈此，如何在有限的时间 内把乘客快速地疏散到安全区域，是城市轨道交通运营部门急需解决的问题，也 是关系到亿) j - 人们人身安全的重要问题。 车站的安全疏散必须满足以下两项基本要求，即：需保证车站内所有人员在 i q 矛r j 用的安全疏散时间内，均能到达安全区域；疏散过程中不会由于长时间的高 密度人员滞留和通道堵塞等引起群集枣故发生。为了满足这两项要求，应从车站 规划设计、疏散预案制定、疏散组织等方而来考虑，使车站紧急疏散能力达到最 第1 章绪论 大。 1 2 研究意义 随着城市轨道交通客流的急速上升，车站的人群高度聚集，特别是高峰期删 人群捌挤严重。又由于地铁车站自身的结构特点，其空间狭小、疏散路线长，潜 在的危险隐患较多，目照明、通风设备作用有限，一旦发生突发紧急事件，经常 造成地铁车站人员伤亡事件。大到人为恐怖事件，小到运营突发事故，都可能产 牛严重的后果，如果疏散不力，其产生影响的范围更广。一些重大突发事件的典 型案例，结果令人触目惊心，社会负面影响恶劣。究其原因，除了突发事件难以 预测与控制以外，其严重的后果很大一部分是车站疏散管理不善、安全设计不合 理所导致的。 城市轨道交通车站人员的紧急疏散是一个很复杂、难度很大的课题。首先， 突发事件情况下人员的行为难以预测，人群混乱，人员常在巨大的心理压力下产 生一系列的过激行为，如不听从管理人员的指示、推挤周瑚的人群等，使疏散! h 件的危险因子升级：再次，影响车站安全疏散的因素众多，除了人员行为以外， 疏散引导措旌、疏散管理的方法及采用的疏散方案均会对疏散能力产生很大影 响，而这些影响作用不易量化；第三，车站疏散过程是一个动态的变化过程，由 于人员行为难以量化，运用仿真的方法建立车站乘客疏散的仿真模型，难以考虑 所有的影响因素，仿真系统的开发难度也很大。 综上所述，对车站紧急疏散能力的研究可以为车站紧急疏散设施设计、疏散 管理方法及疏散预案的制定提供有效的建议与改善措施，对乘客紧急疏散课题的 研究具有十分重要的理论意义与现实意义。 1 3 城市轨道交通车站紧急疏散的研究情况 1 3 1 乘客疏散行为特征研究现状 在我国，人员安全疏散特征的研究尚属起步阶段，仅有少量公开发表的论文。 如东北大学张培红火灾时人员疏散的行为规律，对火灾时人员疏散行动能力 的主要影响凶素进行研究，并基于建筑物空问疏散性状的排队现象和多念现象， 建立火灾时人员疏散行为的数学模型；北京交通大学李伏京的磁悬浮车辆中人 员紧急疏散的仿真研究，建立了种基于车辆环境约束以及人员行为特性的元 胞自动机模型，该模型具有人员速度可变、能以自组织现象修正人员行为的特点； 2 第1 章绪论 广西师范大学谭惠利的房间内人群疏散过程的元胞自动机研究中，则建立了 基于碰撞规则与人员方向选择行为的元胞自动机模型，并得出了出口宽度与人员 疏散时间的关系公式；中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室宋卫国的某 大型商贸中心的人员疏散性能化分析中，量化了人员疏散过程中的摩擦力与排 斥力，并建立了一种新的人员疏散的元胞自动机模型c a 盹，该模型在人员疏散行 为、疏散速度及“快即是慢”效应等方面的结论与社会力模型相同。香港城市大 学的有关研究人员提出了利用计算机虚拟现实的技术收集人员在火灾中行为量 化数据的调查方法，并结合火灾后的问卷调查及疏散演爿等手段收集了大量有关 火灾中人员行为的数据。比较详细地研究了建筑物防火通道内的标识( 如灯光、 张贴、指引、广播等) 对人员疏散行为的影响，得出了一些有价值的结论，建立 了网格疏散模型( s g e m ) 。 g r e e n w i c h 大学的e dg a l e a 提出了流体动力学模型并与离散的行人运动的 虚拟现实仿真联系起来，形成的成果e x o d u s 已经应用于世界上很多的大型建筑 中。e x o d u s 从物理上( 年龄、体重、性别、灵活性) 、心理上( 耐心、驱动力) 、 位置( 行走距离) 、危险效应四个方面对人的属性分类，仿真多层建筑中大量人 群的疏散，探测在火灾或高热、毒气等情况下每个人的逃生轨迹；e g r e s s 来自 s r d 的模型是以栅格为基础，利用人工智能技术考虑人的心理因素对其行为的影 响，来模拟个体在各种环境中的反应包括在火灾中的反应。 1 3 2 疏散评价的研究进展 近年来，国外研究机构开发出一些高水平的人员安全疏散模型，这些模型不 仅可以用于建筑物中人员的安全疏散评估，还可以对建筑物的设计提出改善意 见。如由美国开发的l e g i o n 人流仿真软件，可以用在所有人流密集的场所，对建 筑物的空间利用、人流量、设备的服务质量、疏散方案、设施的通行能力等进行 评估，并且通过模拟地铁车站乘客上下车的行为，来优化列车时刻表；g r e e n w i c h 大学开发的人流仿真软件e x o d u s ，可以模拟得到疏散总时间、疏散速度及疏散瓶 颈等指标，以评价建筑物的设计是否合乎规范的要求；荷兰d e l f tu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y 丌发的s i m p e d 软件，主要针对轨道交通站台上的乘客步行交通流进行 仿真，采用微观仿真的方法模拟乘客在站台j 二的分布，评价和优化站台的设计， 该软件开发者还建立了微观行人步行流模型，研究换乘车站乘客流动和车站的优 化设计；i ：t ：l g e r r yw e s t o n 在伦敦地铁开发的p e d r o u t e _ i = + 算机模拟系统，已经广泛地 应用于模拟地铁网络中的人群运动，用柬评价通道和设备的通过能力和网络和理 性。 国内对疏散评价的研究较少，有青岛海洋大学的火灾时人员安全疏散可靠 第1 章绪论 性评估、谢娟等人的高层建筑火灾中安全疏散的评价分析中均给出了一个 以逃生概率为评价指标的疏散可靠性计算方法；南开大学城市公共安全研究中心 的阳玉敏的建筑物内人员安全疏散“性能化”评价方法的研究提出了建筑物 内防火疏散评价的程序，但没有提出具体的评价指标；北京科技大学的黄典剑在 其博士毕业论文城市地铁重大突发事件应急能力评价方法研究中从宏观上建 立了地铁应急评价体系：由j o d i e y s l e e 等人的香港地铁车站楼梯服务水平 研究中讲述了地铁服务水平的评价标准。 可以看出 国内外对乘客疏散的研究趋势有以下三方面： ( 1 ) 疏散模型的开发和模型预测能力的改进 疏散模型研究的一个明显的趋势就是更注重人行为的因素，考虑人的疏散 行为和对整体疏散时间的影响。 ( 2 ) 疏散模型中注意各种因素对疏散的影响 人员在应急疏散中，经常会受到恐慌、焦虑心理的影响，因而在疏散过程中 容易出现各种竞争如拥挤、踩踏现象，导致人员不能有效地进行疏散，甚至【b 于 疏散过程中的相互竞争，造成严重的人为伤害。有些时候山予不适当的疏散信息、 不当的疏散组织，可能误导疏散人员的疏散，延误疏散的时m ，造成人员伤亡。 因此，模型设计时需要考虑这些因素对人员应急疏散的影响。 ( 3 ) 疏散模型在模拟应急疏散、建筑安全设计和案例分析中的应用 人员疏散研究的目的是改善建筑安全设计，掌握人员在紧急事件中的行为特 点及规律，从而有效地制订应急救援方案，提高应急救援能力，减少人员伤亡。 通过模拟大型建筑等人口密集场所f 的人员应急疏散行为，分析建筑的安全疏散 设计性能，改善建筑的安全疏散设计方案：通过模拟人员在典型紧急事件中的疏 散情况，总结人员的疏散规律，制定合理的人员应急疏散方案，制定全面的应急 救援行动预案等。 1 4 研究内容与方法 1 4 1 研究内容 本文从车站和乘客两方面来对城轨车站的紧急疏散能力进行分析，并建立了 乘客疏散的仿真模型与评价模型。 ( 1 ) 介绍了国内外城市轨道交通车站的安全疏散设计的标准，以及国外计 算疏散行动时间的经验公式，通过实例分析对标准、经验公式进行比较分析； ( 2 ) 分析乘客的行为特征及对紧急疏散的影响，从而确定部分仿真参数， 4 第1 章绪论 提出人流控制的标准； ( 3 ) 以乘客的紧急疏散策略为基础，建立了乘客紧急疏散的仿真系统，最 后提出了确定乘客紧急疏散路径的蚁群算法与a t 算法模型： ( 4 ) 建立了城轨车站紧急疏散的评价体系，并从可量化的几个方面，如疏 散能力、空删布局、对轨道交通线网的影响，进行详细的分析； ( 5 ) 利用课题组开发的p e d a g e 仿真系统，设计案例，对案例中车站设备 的空间布局及疏散能力进行评价，并得出改善的结论。 1 4 2 研究方法 本文主要采用仿真的方法对轨道交通车站紧急疏散能力进行研究。 ( 1 ) 从宏观上对乘客疏散时的群体行为进行分析，确定大致的疏散方向， 再从微观的角度用仿真的方法对乘客个体的行为进行研究。 ( 2 ) 从宏观角度把车站网络化，运用网络模型描述车站空间和疏散设施之 间的连接关系：从微观角度把车站离散化，运用嗍格化方法分解车站空间，利用 胁算法搜索乘客到疏散设施的路径。 ( 3 ) 定性与定量相结合的车站疏散评价的方法 疏散的评价从车站空间布局、车站的疏散能力及对线网运营的影响三个方面 进行定量评价，从疏散管理与疏散引导两方面定性的评价疏散的效果。 第2 章城轨车站的安全疏散设计 第2 章城轨车站的安全疏散设计 2 1 安全疏散设计的标准 2 1 1 中国的疏散设计标准 世界各国对于地下铁道的安全运营设计都非常重视。如美固的 n f p a1 3 0 自1 9 8 3 年首次发布后，被公认为是解决地铁消防问题的最适宜及最完善的标 准。经过实践，于1 9 8 6 、1 9 8 8 、1 9 9 0 、1 9 9 7 及2 0 0 0 年进行了多次修改并增添 条文。最新一版的n f p a1 3 0 也于2 0 0 3 年出版问世，对安全方面做了更加完 善的补充。我国g b5 0 1 5 7 - - 2 0 0 3 地铁没计规范( 以下简称规范) 的实行， 为近几年地铁设计起了决定性的指导作用。但作为设计规范，只能是对一般性、 普遍性的问题给予规定说明，不可能对每一个具体的细节都考虑得面面俱到。特 别是在消防紧急疏散设计措施方面，与国外相比还有一定的差距。 g b 5 0 1 5 7 - - 2 0 0 3 规范1 9 1 1 9 规定：“出入口楼梯和疏散通道的宽度，应 保证在远期高峰小时客流量时发生火灾的情况下，6 r a i n 内将列车乘客和站台候 车的乘客以及工作人员全部撤离站台”，并给出的站台事故疏散时间的计算公式 为： r ： 垒鱼 + 1( 2 1 ) o 9 a l b ( n 一1 ) + a 2 b 其中：丁站台事故的疏散时间，m i n ； q l 列车载客人数( 人) ，不同城市因列车型号与编组数量不同而 会有不同的乘客人数； q 2 车站高峰小时候车人数与站内工作人员人数之和； a 。自动扶梯的通过能力，人( r a i n 研1 ； 4 楼梯的通过能力，人( r a i n - m ) ： 自动扶梯的台数，台；一1 为考虑1 台自动扶梯损害不能运 行的几率； b ，6 分别为人行楼梯的总宽度、1 台自动扶梯的宽度，m ； 1 人员反应时间，m i n ： 0 9 一楼梯与自动扶梯的理论通行能力按照9 折折减。 6 第2 章城轨车站的安全疏散设计 规范对车站安全疏散设计的要求不明显，“6 m i n 内将列车乘客和站台候 车的乘客以及工作人员全部撤离站台”，仅仅说明要把乘客在6 r a i n 内从站台疏散 完毕，并没有表明疏散到什么地方，容易引起歧义。应对疏散的最终点明确化， 如疏散到安全区。 使用这种方法计算疏散时间，实际上只考虑了疏散楼梯及自动扶梯的通行能。 力对疏散时i 日j 的影响，没有考虑行人疏散速度对疏散时间的影响，也没考虑检票 口、出入口、疏散通道通行能力的影响及车站疏散线路长短的区别，因此，用这 种方法计算，只要楼梯及自动扶梯总宽度不变，不管车站内部的空问布局，甚至 总面积怎样变化，疏散的时间都是一样的。 2 1 2 国外车站疏散设计标准 美国的n f p a1 3 0 ) ) 有轨交通设计规范中，对站台上人员的疏散时间以及 到达安全点的疏散时间均给出了明确的规定。n f p a l 3 0 标准的5 5 3 1 规定：应该 有充足的出口容量，在4 r a i n 或更短的时间内，将站台上的人员疏散完毕；5 5 3 2 规定：车站的设计应允许从站台上的最远点到安全地点的疏散在6 r a i n 或更短的时 间内完成。 其地铁车站的疏散设计标准如下： ( 1 ) 计算疏散时问的线路规定：用来作为计算用的乘客疏散路线是取用站台 某端头距车站出口最长的路线，但不得超过9 1 4 m ( 不计入垂直距离) 。 ( 2 ) 乘客对不同设施的通行速度与通行能力如下表： 表2 1 不同设施的通行速度与通行能力 设施名称通行速度( n g m i n )当量通道的通行能力( 人r a i n ) 水平通道 6 1 05 0 上升通道1 5 23 5 下降通道 1 8 34 0 转栅形闸几 6 1 02 5 单开j j6 1 05 0 ( 3 ) 当量通道的基准值是以宽度5 5 9 m m 作为1 个当量通道来计算，该宽度是 针对通道的最狭处净宽而言。但是倘若因扶手计算在5 5 9 m m 宽度内而宽度超出 8 9 m m ，则可作为例外而不计入，在1 个或多个基准值上另j j l l 3 0 5 m m 宽度，可作为0 5 个当量通道计算，若另加宽度小于3 0 5 m m ，则不予计及。 ( 4 ) 车站设计在火灾疏散的情况下，满足从站台层最远处疏散到地面安全 区的时间在6 m i n 以下，从站台层疏散至站厅层的时问为4 m i n 以下。如果不满足以 上条件，则需增设安全通道。 第2 章城轨车站的安全疏散殴计 ( 5 ) 疏散时间的计算 步行的走行时间r 的计算。将出口路线分为连续的水平段和垂直段，每 一段的走行时间等于每一段的距离除以走行速度。 r = 窆巧= 窆导 i = l1 5 ly ( 2 2 ) 式中r 一出口路线上总的走行时间，m i r a z 一在第i 段走行的时间，r a i n ； l 一第i 段的距离，m ； ”一乘客在第段上走行的速度，m m i n 。 流动区( 如站台出口、检票口、站厅出口) 的流动时间f i 的计算。该时间 包括了各流动区乘客的走行时间和等待时间，其值等于人员负荷除以流动区的最 大通行能力。 。2 等旺。， 式中：，一流动区的流动时间，m i n ； 一，流动区的人员负荷，人； c 一，流动区的最大通行能力，人m i n ； 每个流动区的等待时间 2 c 一弓 ( 2 4 ) 式中一站台出口的等待时间，m i n ； e 一站台出口的流动时间，m i r a l 一站台上走行时间，m i n 。 形2 e m a x ( f j ) ( 2 5 ) 式中呒一其他流动区的等待时间，m i n ； e 一流动区的流动时间，m i n ： f ，一此流动区之前，流动区的流动时间，m i n 。 总疏散时间，( m i n ) 2 ，+ + 善睨 ( 2 6 ) 由式可见，n f p a l 3 0 标准定义的总的疏散时间1 一，综合考虑了车站内各 种因素( 如站台与站厅的几何尺寸、出入口的长度、各种楼梯与检票口的通行能 力等) 划人员疏散的影响。与国内地铁设计规范相比，n f p a l 3 0 标准考虑的 第2 章城轨车站的安全疏散设计 更细、更全面，不但考虑了将乘客及工作人员全部撤离站台所需要的时间，而且 还考虑了疏散到安全地点所需要的时问。 2 1 3 疏散计算案例 以上海地铁2 号线东昌路站为例，分别用我国和美国规范的计算方法来计算 车站的疏散时间，并加以比较。 车站概况：该车站地下一层为站台层，地面层为站厅层，层高4 8 5 m ；站厅 层用栅栏划分为1 个非付费区和1 个付费区，设霄有1 3 个转栅形出站闸机和1 3 个转 栅形进站闸机，5 个出入口，其中3 个出入口的宽度为4 5 m ，2 个出入口的宽度为 5 m 。车站全长2 6 8 9 m ，中部站台长为1 6 4 5 m ，站厅层与站台层之间有4 组垂直通 道，每l 组通道设置1 部步行楼梯和1 台自动扶梯，对于站台层来说，正常运营时 自动扶梯上行，楼梯下行；步行楼梯和自动扶梯的宽度各为3 0 5 m 年1 1 0 5 m ，自站 台端头至站台层最远的步行楼梯或自动扶梯距离为6 6 m ，站厅层楼梯到出站闸机 的最远距离为3 3 6 m ，出入口通道的最远距离为7 0 2 1 。 按地铁列车6 节编组，列车满载时1 6 8 0 人，加上站台候车人员和工作人员、 站厅及过道乘客和工作人员共2 4 8 人，总疏散人数设置为1 9 2 5 人。 疏散时考虑车站所有出入口均为只出不进，自动扶梯电源关闭并当作楼梯来 使用。 ( 1 ) 中国规范的疏散时间的计算 根据公式3 1 ，根据车站设计情况及规范中规定的各设施的最大通行能 力数值，得到各项参数值分别为： q l + q 2 = 1 9 2 5 人，n = 4 ，4 2 鸣= 3 7 0 0 人( m 矗) ，b 2 3 0 5 m x 4 = 1 2 2 0 m ， b = 1 0 5 m 。 则根据公式3 1 计算得到该车站的疏散时问t = 3 2 6 m i n 6 m i n ( 2 ) 美国n f p a1 3 0 标准的疏散时问的计算 步行的走行时日j r = 致半+ t 垂直= 7 0 2 + 丽3 3 一6 + 6 6 + 篙= 3 1 。m i n 站台楼梯口的总宽度为1 0 5 * 4 + 3 0 5 4 = 1 6 4 m ，相当于2 9 个当量通道。所以 站台楼梯【：_ j 的最大通行能力为3 5 2 9 = 1 0 1 5 人m i n ； 检票口的最大通行能力为2 5 * 1 3 - 3 2 5 m i n 人； 站厅出l 的总宽度为4 5 * 3 + 5 * 2 = 2 3 5 m ，相当于4 2 个当量通道。所以出入 口的最大通行能力为5 0 * 4 2 = 2 1 0 0 人r a i n 。 则站台楼梯口、检票口、站厅出口的流动时间分别为： 第2 章城轨车站的安全疏散设计 = 篇乩9 0 m i n ，和= 等- s ，：砒， f m l i = 罴= 0 9 2 m i n 每个流动区的等待时间 站台楼梯口的等待时间w 楼柳。= 略梯u k 自1 9 0 6 6 ：，= 0 8 1 m i n 检票口的等待时间w k 票u = 略蔡口一f 楼葫口= 5 9 2 - 1 9 0 = 4 0 2 m i n 站厅出口处的等待时问计算为负数，即为不需等待。由以上通行能力的计算 值可知，检票口为车站疏散的瓶颈，人流会在检票l _ 】堵塞而不会在车站出口等待。 因此车站的总疏散时j 自j 为 k b l = 3 1 0 + 0 8 1 + 4 0 2 = 7 9 4 m i n ) 6 m i n 站台疏散到站厅的时间为t = 3 1 0 + 0 8 1 = 3 9 1 m i n 1 0 8 ( 人m 2 ) 速度 1 o 70 f r u i n ( 1 9 7 1 、 5 0 o f l a h e r t v 0 64 0 5 0 第3 章乘客紧急疏散行为特征研究 p a r k i n s o n ( 1 9 7 2 ) p a u l s ( 1 9 8 7 ) 4 2 v i r k h e l a y a d a t h ( 1 9 9 4 ) 1 0 3 1 2 由表3 | 2 中可以得出以下结论： ( 1 ) 阻塞密度基本在4 0 5 5 人而2 ，只有a i g a d h i e t a 1 的研究例外，阻塞 密度明显高于其他研究者，为7 0 人m 2 ，这t 要是由于特定的环境造成的，他 研究的场景是在沙特阿拉伯的麦加朝圣时的场景，人群是按顺序依次运动，只有 轮到他时爿会移动，而非有意识的要朝某个方向运动； ( 2 ) 当密度低于0 5 人m 2 时，为不受阻碍的自由流； ( 3 ) 最大流量位于区间1 1 1 6 7 人( m - s ) ，其值的波动取决于人群所处的环 境。低流量是在足球比赛的情况下得出的，而高流量是在交通换乘站的场景下得 出的，在埘应的场景下所观察到的速度和密度相一致。 3 3 乘客紧急疏散的行动能力 乘客紧急疏散的行动能力，主要用待疏散人员个体的步行速度、群集步行速 度、疏散通道及疏散出u 的群集流动系数等参数来表征。这些参数的研究属于基 础研究，f 1 本等发达困家较重视，主要通过实测、现场观察的方法来建立较完善 的数据库资料。 3 3 1 疏散速度分析 人员疏散的步行速度，不仅与事故现场的空间结构状态和事故状态有关，而 且受疏散人员年龄、性别、生理、心理及工作状态因素影响，还与人员的着装及 荷载情况、疏散人员的分布特点以及人员相互之问的社会关系等因素有关。 建筑物结构布置决定了疏散通道类型，人员疏散时经过不同的通道具有不同 的移动速度。根据地铁特征，可以把通道分为：水平通道、楼梯通道和门等3 类。 研究表明，人群j 抖 挤程度对人群人员移动速度起主要控制作用，拥挤程度可用人 员密度来量化( 即单位面积| 二的占据的人数) 。般来说，人员密度越犬，人与 人之间的距离越小，人员移动越缓慢；反之人员密度越小，人员移动越快。对于 这些参数的研究主要是通过现场观测和录像记录两种手段进行“。 ( 1 ) 人员在水平通道的移动速度 通常每个人在不同的位置、时刻所移动的速度是不同的，但在人口密度较 第3 章乘客紧急疏散行为特征研究 大的公共场所，人们的群聚效应是明显的，个体比较难以独立采取行动，因此， 可以忽略个体心理反应等次要因素，而假定人们的移动速度只与他所处的几何位 置以及该位置一定范围内的人员密度两个冈素有关。根据人们在前进时受前后和 左右两个方向阻力，以及考虑其他因素3 部分的影响，人们的逃生的速度表示为 下列函数例- 、 。= 。( 以+ 胚+ ，) ( 3 2 ) a = 1 3 2 一o 8 2 i n ( p ) b = 3 0 一u 7 6 p 式中，心一自由移动时的速度( m s ) ； 口，厂人员几何位置、人员密度、其他方面3 个因素的权重系数； p 一研究对象所处位置的人员密度( 人m 2 ) ，即单位面积内承载的人 数。 根据上海市2 0 0 3 年所做的行人步行特征实测结果，不同年龄段的行人自由移 动的速度是不刷的，男女性别也是有差别的。如下表3 3 所示。 表3 ，3 区分年龄、性别的实测速度 步幅步速步频样本数 类别 mm s s t e p s 老年女子 o 5 61 0 81 9 i2 4 6 中年女子o 6 11 t 2 01 9 96 2 l 青年女二fo 6 31 | 2 72 o l1 0 0 2 老年男子 0 6 01 1 01 8 32 8 6 中年男子0 6 61 2 51 9 l8 2 9 青年男子o 6 71 3 21 9 69 4 9 根据上述调查结果，我们的模型中把乘客分为老人、中年、青年、儿童四类， 各自在水半通道上的自由移动速度分别取为1 0 9 、1 2 3 、1 2 5 、1 0 n l $ 。 ( 2 ) 人员通过楼梯和门的移动速度 根据d o n g k o nl e e 的论文中所做的大量研究表明，人员流流量、移动速度和通 道类型以及人员密度有关，如下表3 4 所示。 表3 4 人员行走速度与密度的关系 i 通道类型人流条引：人流密度 人行速度人流茸i 1 ( m s ) 人( 埘5 ) i 第3 章乘客紧急疏散行为特征研究 ( a m 2 ) 低 3 20 1 30 4 2 低 3 20 1 0o 3 2 低 3 20 1 80 5 5 乘客疏散的速度与密度有很大关系，上述研究结论可以为我们提供借鉴作 用。我们采取密度“优化”条件下的速度作为乘客上下楼梯的自由速度，即上楼 梯0 4 m s ，下楼梯为o 5 m s 。 我们的行人运动模型中对疏散速度的计算是基于社会力模型，考虑了人员与 环境之问的“社会力”即各种排斥力与吸引力，通过“社会力”在行人周围 产生“势力场”，行人在“势力场”与周围环境的相互作用中实现加减速、拥挤、 避让等行为。 3 3 2 群集流动规律分析 在疏散设计中部是假定疏散按一定的方向和秩序进行，而实际的疏散行动并 非如此，尤其是当疏散人员密度大于某一临界值时，疏散行动表现为群集流动， 具有群集动力学的特征。 ( 1 ) 乘客密度p 根据车站空间布局和功能的不同，其乘客密度也不相同，车站内乘客密度的 大小，直接影响到乘客安全撤离至车站外的安全区的时间长短，即安全疏散时问 的长短。 由于车站空间的乘客密度不仅是决定进入疏散通道中的人数，以及疏散通道 尺寸大小的主要依据，而且也是决定车站内乘客在疏散通道中的群集迁移时问， 流动速度和疏散出口宽度及客流量的重要依据。 在通常情下，当疏散通道空j u j 中人均占有面积为s = 0 2 8 m 2 人时，则该通道 空问就可能出现人流迁移流动的危险事故；当人均占有面积s = o 2 5 m 2 人时，则 会出现人体前后紧贴相互推挤。因此，在应急情况下，此时就会在疏散通道中发 生室内人员相互阻塞、践踏、堆叠而伤亡。由此，在安全疏散通道中，为确保疏 第3 章乘客紧急疏散行为特征研究 散人流迁移流动的安全性，则必须控制其人均占有最小面积应为s = o 2 8 m 2 人， 即相应的最大人流密度则为p = 3 5 7 人所2 。 ( 2 ) 疏散通道的有效宽度，出入口的人流通过系数 在通道或出入口中的乘客流量取决于通道或出入口宽度。根据实测资料，人 流在不同迁移流动状念下，不同出入口的通过系数( 又称单位时间单位宽度的人 流量) ( 人m s ) ，如表3 5 所示。 表3 5 不同流动状态下各出入口的通过系数n ( 人m s ) 流动状态 f 班人流流动状态 流动状态 通常人流流动状态 出入口名称1 1 入u 名称 车站检票口 1 5 0 商场出入口 l - 0 0 电车出入口 1 5 0 楼梯入口1 o o 电梯5 入口 1 5 0 影剧院出入口1 2 5 1 3 0 公汽、火车出入口1 2 5 1 3 0 中小学出入口 l rl o 根据上表不同流动状态下的出入口通过系数的实测统计数据，在室内人 流应急疏散过程中，通道出入 j 的通过系数可以取表2 4 中所示之值。当= 1 0 时( 人m s ) 时，则在通常情况下安全疏散通道、出入口处不会出现疏散人流的 滞流流动现象，此时的人流迁移流动呈自由流动状态，即由室内集结于出口的人 数与通过该出口的流出人数总是相等。又称此种流动状念为稳定流动状态。因此， 在应急情况下，疏散人流的自由流动状态总是安全疏散设计所追求的目标。 应急疏散条件下，通道、出入口的通过系数( 人m j ) 如表3 6 所示。 表3 6 通道、出入口在应急疏散时的通过系数n ( 人m j ) 人流状态 出入口名称 应急疏散状态下 走道1 5 0 楼梯间出入口 1 3 0 避难问山入口 1 5 0 在设计中宽度是指通道两侧的墙壁之f 1 的距离。p a u t s 经过大量的火灾演习， 得出的结论是通道、楼梯问等处的流量取决于有效宽度而不是真实宽度。在效宽 度为实际宽度减去墙附近的距离，这段距离在疏散时并未用到，这个墙附近的边 界层的产生是由于人员不想太贴近墙行走从而会撞到墙上。不同类型疏散路径的 边界尺寸如表3 7 所示。 表3 7 不同类型疏散路径的边界尺寸 边界尺寸边界尺寸 类型类型 ( c i i i )( c l n ) 楼梯的墙1 5 其它障碍物 l o 扶手 9 宽通道处的墙 4 6 第3 章乘客紧急疏散行为特征研究 l 剧院座椅 o 门 1 5 l 走廊的墙 2 0 ( 3 ) 群集迁移流动速度 在水平行进的情况下，行人密度在0 4 3 m 2 人以下时，即人均占用面积大于 2 3r n 2 时，人流是自由流动的，p = o 4 3 m 2 人时行人流拥有最大流动速度1 2 7 m s ； 当行人密度为2 人m 2 时，群集流动出现滞留现象，平均迁移速度为0 7 3m s ；当 行人密度达到3 5 7 人m 2 时，疏散空问可能会出现人流迁移的危险事故，此时， 此时人流平均速度为0 4 7 r r d s ；当行人密度为5 5 6 人m 2 时，即人均占用通道面积 为0 1 8 m 2 ，人群的速度便很不稳定，出现停滞不前，而在通道的出口或楼梯问 同时发生阻塞现象，易发生摔伤、碰撞、挤压、造成大量伤亡，这在多起火灾中 均有发生。 由此，可以把人流密度3 5 7 人m 2 作为人流控制的指标，即当车站空间的人 群密度达n 3 5 7 人m 2 ，就要采取一定的控制或导流措施，避免人流大量聚集造 成危险。而行人密度5 5 6 人m 2 则可以作为空问瓶颈区的密度范围提供参考。 3 4 乘客疏散的模式 根据组织行为学把紧急疏散中人的行为模式分为个体行为模式、群体行为模 式和决策者行为模式。 3 4 1 个体行为模式 个体的行为模式是人员具有一定的理性，凭自身的知识与记忆自主地选择 疏散线路的方式。个体对紧急事件的感知程度不同，其时疏散的反应时间也会千 差万别。一般来说，人的生理和心理因素对疏散= = 始时问有不同程度的影响，如 年龄、性别、生理缺陷、现场疏散路线熟悉程度、睡眠状态、培训状况、恐慌、 信息和经验等，疏散行动不是在发出警报后立即开始，而是有一段时间的延迟。 对灾情信号不予理睬的人员将会需要更长的时间才能采取疏散行动。 一些学者通过划火灾后的幸存者调查和实验模拟统计得出：大于6 5 岁和小 于5 岁的疏散开始时问较一般成年人要长，性别对疏散反应时间影响不大；有生 理缺陷的人与没有缺陷的人相比，有缺陷的人其反应时白j 要慢，而且在疏散中有 可能造成疏散路线的堵塞；对现场疏散路线熟悉向言，人的行为一般表现r 在路线 的选择方而，人员在疏散时，如果在路线的长度相当的情况下，选择熟悉的疏散 路线的概率较大，约为选择紧急疏散出口人数的两倍，吃了药或喝了酒的受灾人 第3 章乘客紧急疏散行为特征研究 员疏散反应时间较慢。以上这些研究对疏散计划的制订提供了很重要的基本数 据。但都缺乏对几个因素的系统、综合的研究。 3 4 2 群体行为模式 群体行为模式包括人群的交互作用、冲突等。交互作用包括人和人