（交通运输规划与管理专业论文）铁路车站火灾安全疏散及预防措施研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路车站具有内部空间大，人员密集，疏散路线复杂等特点，再加上旅 客携带大量行李，是火灾的多发场所，容易造成群死群伤的恶性事故。因此， 本文选取铁路车站为研究对象进行分析具有较高的理论和现实意义。 自上个世纪中期，很多学者就开始研究火灾发生时人员的疏散模型，这 些模型大致可以分为：不考虑人员特性的网络流模型、考虑人员特性的细网 格模型、网络网格模型等。这些模型为火灾紧急疏散做出了重要的贡献。 本文综合应用安全科学、行为学、社会学等理论和基本方法，通过收集 资料和实地调研，以及对国内外大量参考文献的阅读和总结的基础上，结合 国内外火灾紧急疏散的案例，分析了普通铁路车站火灾中存在的问题如拥 挤、践踏和群集流的成拱现象，并对这些问题对安全疏散的影响进行了分析。 探讨了未来立体化、综合化和人性化的新型车站对安全疏散所面临的挑战。 按照人员角色不同，本文把车站人员分为车站工作人员和疏散旅客。通 过研究车站火灾应急预案，结合车站日常规章，画出了车站工作人员火灾紧 急疏散运作网络图。然后根据旅客的行为特征，结合人员心理、生理和社会 行为规律，利用有色p c t r i 网工具形象的描述了旅客的疏散过程。 阐明了车站火灾安全疏散的基本条件，并分析了旅客疏散时间的组成。 然后根据旅客的疏散流线，建立了静态和动态网络模型求解旅客疏散运动时 间，并比较了不同疏散策略和不同疏散人数情况下的疏散运动时间。 通过介绍了南京车站火灾发生过程及造成的严重后果，然后分析了火灾 发生的主客观原因，并利用p e t r i 网分析了人员疏散失败过程。其次本文引入 故障树分析法，建立了车站火灾人员疏散失败故障树，分析了各基本故障事 件的重要程度。最后，结合各基本故障事件的重要程度，分析并给出了车站 火灾预防和安全疏散措施。 关键词：铁路车站火灾紧急疏散人员行为过程p e t r i 网故障树 西南交通大学硕士研究生学位论文第| | 页 a b s t r a c t r a i l w a ys t a t i o ni sal a r g es p a c e ，晰t l ls om a n yp a s s e n g e r sa n ds t a t i o ns t a 伍s i th a sc o m p l e xe v a c u a t i o nr o u t e s a n dt h ep a s s e n g e r sc a r r i e dal a r g ea m o u n to f l u g g a g e i ti sap l a c ew h i c hc a t c h e sf i r ee a s i l y t h e r e f o r e ，i ti sv e r yu s e f u lf o r s t u d y i n gr a i l w a ys t a t i o n sf i r ee m e r g e n c ye v a c u a t i o n s i n c et h e5 0y e a r so fl a s tc e n t u r y , m a n ys c i e n t i s t sh a v es t u d i e dm a n ym o d e l s o ff i r ee m e r g e n c ye v a c u a t i o n t h e s em o d e l sc a nb ec l a s s i f i e di n t ot h r e et y p e sa s f o l l o w s ：n e t w o r km o d e lw h i c hi g n o r e st h ed i f f e r e n c eo fp e r s o n ，g r i d d l i n gm o d e l w h i c hc o n s i d e r st h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i co fp e r s o n , a n dt h en e t w o r kg r i d d l i n g m o d e lw h i c hh a st h ea b i l i t yt om o d e lt h ec h a n g eo fp e r s o n s p o s i t i o ni na f l e x i b l ew a ya n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fp e r s o n t h e s em o d e l sp r o v i d em a n yg o o d m e a s u r e sf o rf i r ee m e r g e n c ye v a c u a t i o n t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ep r o b l e m sw h e nt r a i ns t a t i o no nf i r e ，u s i n gs e c u r i t y s c i e n c e ，b e h a v i o r a ls c i e n c e , s o c i o l o g y st h e o r y a n d m e t h o d s ，s u c h a s o v e r c r o w d i n g ，t r a m p l i n ga n dt h ea r c h i n gc l u s t e r sf l o wp h e n o m e n at h r o u g hd a t a c o l l e c t i o na n dr e a d i n gt h el a r g en u m b e ro fd o m e s t i ca n df o r e i g nl i t e r a t u r e i n t e g r a t e d 、航也f i r ee m e r g e n c ye v a c u a t i o nc a s eo fo r d i n a r yr a i l w a ys t a t i o n d i s c u s s i o nt h ef u t u r ec h a l l e n g e so fn e wc o m p r e h e n s i v es t a t i o n so nt h es a f e e v a c u a t i o n t h ep e o p l ew e r ed i v i d e di n t ot w oc a t e g o r i e ss t a t i o ns t a f fa n dt h ep a s s e n g e r s a c c o r d i n gt o t h e i rr o l e s i td r a w ss t a t i o n $ t a 伊sf i r ee m e r g e n c ye v a c u a t i o n o p e r a t i o nn e t w o r kt h r o u g hs t u d y i n gt h es t a t i o n sf i r ee m e r g e n c yp l a nw i t hs t a t i o n d a i l yr e g u l a t i o n s t h i sp a p e rd e s c r i b e dt h ep a s s e n g e r se v a c u a t i o np r o c e s su s i g c o l o r e dp e t r in e tb a s e do nt h e p a s s e n g e r sb e h a v i o r , i n t e g r a t e d 、析t l l p s y c h o l o g i c a l ，p h y s i o l o g i c a la n ds o c i a lb e h a v i o r t h i sp a p e rs t a t e db a s i cc o n d i t i o n sf o rp a s s e n g e rs a f e t ye v a c u a t i o ni nt r a i n s t a t i o nf i r ea n da n a l y z e dt h ec o m p o s i t i o no fp a s s e n g e re v a c u a t i o nt i m e t h e nt h i s p a p e re s t a b l i s h e ds t a t i ca n dd y n a m i cn e t w o r k sa c c o r d i n gt o t h ep a s s e n g e r s e v a c u a t i o nl i n e st oc a l c u l a t et h ee v a c u a t i o nt i m e a tl a s t , w ec o m p a r et h e e v a c u a t i o nt i m eb a s e do nd i f f e r e n ts t r a t e g i e sa n dd i f f e r e n tp a s s e n g e r s w ea n a l y z e dt h es u b j e c t i v ea n do b j e c t i v er e a s o n so fn a n j i n gs t a t i o n sf i r e t h r o u g hs t u d y i n gn a n j i n gs t a t i o n sf u ep r o c e s sa n dt h es e r i o u so u t c o m e t h e n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 w ed e s c r i p tt h ef a i l u r ee v a c u a t i o np r o c e s su s i n gp e t r in e t a tl a s t ，w ee s t a b l i s h e d t h es t a t i o ne v a c u a t i o nf a i l u r e sf a u l tt r e ea n dc a l c u l a t e dt h em j n i l l u l lc u ts e t sa n d m o s tt r a i l ss e t a n dt h eb a s i ce v e n t sa r es o r t e da c c o r d i n gt h es t r u c t u r e i m p o r t a n c e a c c o r d i n gt h e s t r u c t u r ei m p o r t a n c eo ft h eb a s i ce v e n t s ，w e p r o v i d es o m e m e a s u r e sf o rp r e v e n t i n gs t a t i o nf i r ea n de v a c u a t i o ne f f i c i e n t l y k e yw o r d s ： r a i l w a ys t a t i o n ；f i r ee m e r g e n c ye v a c u a t i o n ；h u m a nb e h a v i o rp r o c e s s ； p e l r in e t ；f a u l tt r e e ； 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打。) 学位论文作者签名：椒 日期：刎、年- ，上誓翥嚣蜘 日期：猢4 7 ，石l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 铁路车站人员众多，疏散线路复杂，再加上旅客携带大量行李，火灾时 容易发生恶性事故，并且发生事故后社会影响比较大，所以车站火灾安全疏 散是众多国内外学者研究对象，也是车站日常管理中最重要问题之一。本文 选择车站作为研究对象主要原因是： l 、车站人员众多，紧急疏散时间长 由于铁路运输具有经济、快速和安全的特点，目前铁路仍是我国中长距 离出行的首要选择。铁路客运站是人员密集的公共场所，每天都有成千上万 的旅客通过这一场所乘车去向各自的目的地。大型车站候车室的人员聚集量 经常可达数千人，尤其在春运或旅游黄金周时期，多数车站候车室会产生拥 挤现象。另外我国多数城市火车站建于2 0 世纪8 0 年代，虽然能力都有所预 留，但至今已是捉襟见肘。同时，旅客携带的大量行李箱包，多为可燃物品， 一旦发生火灾，紧急疏散时间长势必造成重大人员伤亡和财产损失。并且， 还会产生严重的不良社会影响。 2 、人员结构复杂，疏散组织困难 在车站候车的旅客年龄、性别、身体状况、道德水平、文化程度都有很 大的差别。不同旅客对火灾的反应程度、逃生路线选择能力也会表现出很大 的差异，所以旅客结构复杂给车站安全疏散带来了很大的困难。 3 、车站综合体兴起给疏散带来新挑战 车站作为城市建筑物，为了节约城市用地，方便旅客换乘，减少城市交 通拥挤，提高出行效率，世界范围内出现了很多车站综合体：即火车、汽车 和地铁车站设置在一起。车站综合体的兴起和快速发展，功能的复合和人员 的大量聚集，给车站的安全疏散带来严峻的挑战。 另外，随着我国客运专线的修建，很多大型交通枢纽陆续建成，多种交 通方式将会在同一车站换乘，车站立体化和大型化使客流的紧急疏散更加难 以组织。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 综上所述，铁路车站人口密度大，人员疏散的时间长，各种通道入口复 杂，早期的安全隐患侦察困难等等问题。因此客观上需要研究疏散策略，创 新组织方法来更好的保障车站火灾的安全疏散。 1 2 研究的理论意义和实用价值 l 、组织旅客有效的疏散，减少损失 在火灾事故发生后，如何有效地组织乘客有序的疏散，尽量减少生命财 产损失，特别是减少群死群伤等事件的发生是每个车站应当考虑的问题。在 火灾事故中，车站人群疏散的过程中通常是没有组织的，候车人员对周围的 环境也不太熟悉，因此不会按照一定的规则移动，常使疏散过程中产生堵塞， 疏散效率下降，甚至人们无法移动。所以可以通过控制人群的流向或者人为 的改变疏散路线( 如关闭和开通一些道路等) 以防止堵塞发生，确保疏散效 率最大化，减少人员伤亡和财产损失。 2 、优化车站结构，提高车站设计水平 对聚集在一起的旅客的运动规律及车站内人员疏散动态的了解，可以帮 助我们优化车站的内部结构，从而加快紧急情况时的疏散速度，减少旅客的 伤亡。它还可以帮助我们设计出正确的管理措施，从而保证春运大规模旅客 集会时人员的安全。 1 3 火灾安全疏散国内外研究现状 建筑物火灾安全疏散是一个比较活跃的研究领域，国内外很多学者在模 型的建立和仿真平台的开发上做了很大的贡献。现总结如下： 1 3 1 国内外安全疏散研究现状 国内外对于大型公共场所火灾突发事件人员安全疏散的研究主要集中在 模型的开发并利用计算机进行仿真方面，疏散模型的开发大致可以分为宏观 型和微观模型两类，图1 1 列出了公共场所火灾疏散模型开发现状： 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 公共场所人 员疏散模型 刚格模型 宏观网络 流模型 图卜1 公共场所火灾疏散模型开发现状 ( 1 ) 考虑人的行为特征的微观离散模型 在文献 u 2 l 3 l q u ，他们将要研究建筑物平面划分为较细的直角坐标网 格，用来确定疏散人员的具体位置和所在网格的物理特性，然后采用拉格朗 日法对每一时刻每一个个体运动的速度进行分析，可以做到跟踪每一个人的 运动轨迹，确定疏散时间。 徐高【4 】在网格模型的基础上，引入了描述人员信息掌握程度( 对周围环境 了解越多，就越清楚最短路径位置) 和心理状态的参数( 情绪越慌乱，越容易 采取不理智的行为，越容易偏离最短路) ；从而使它具有模拟不同状况下人员 疏散的动态能力。利用口，2 - ，毋纠人员状态，l ，表示个体的位置，h 表示个 体的意愿进行速度，s 表示个体对建筑物空间信息掌握程度，a 表示个体理 性程度的参数，它能够真实地描述了个人的状况。 在文献f 5 】中，c e c e l i aw r i g h tb r o w n 在他的博士论文中应用微粒群算法计 算了磁悬浮车站人员疏散的时间。文中作者把要疏散的人员看成一个有大小 体积的三维粒子，每个微粒的运动模式都由其自身的最优历史记录和所在群 体的最优历史记录加以决定，直到所有的粒子都达到最优解，即所有人员安 全撤离。为了表征粒子的特征，在文章中每个粒子都被赋予一定的速度用来 代表人的不同年龄、性别等；在粒子间增加斥力作用，避免了人员之间的相 互碰撞。另外在遇到障碍物的时候，程序中设置了引导。该方法很好的解决 了多候车室立体空间疏散情况的模拟，但仍不能够揭示疏散过程中存在的问 题。 在文献【6 】中，潘忠、王长波、谢步赢认为疏散是在连续空间上进行的， 人员可以以个人预测疏散时间最短为原则来实时选择路径，以及提出一种参 动硝= 动型= 问模f|变模=网型时络=时络=机模 散嘲=丁网=随络 爵态= 基态= 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 考吸引力的疏散出口选择方法。认为人员可以在平面上处于任何一个位置， 并且可以朝任何方向运动。 微观离散模型能够很好的描述了紧急疏散过程中个人行为，能够描述人 员移动轨迹，方便计算疏散时间，而且具有较高的精度。但是在紧急疏散的 过程中各通道、场所拥挤堵塞状况难以描述，不容易找出疏散瓶颈，对研究 疏散堵塞情况作用不大。另外在大型公共场所，由于需要疏散的人群较大， 要划分的网格也相当大，计算仿真时间较长。 ( 2 ) 不考虑人的行为特征的网络模型： 在文献 7 】【8 】中，s t o k om a m a d a , k a z u h i s am a k i n o 、王振、刘茂等提出了 紧急疏散的离散时间动态网络模型。在网络模型中，节点用来表示房间、大 厅或交叉点，弧段用来表示走廊、楼梯或两个节点之间的连接；把有大量人 员的位置看作网络的源节点，把出口和安全位置作为疏散的最终目的地，通 过这样抽象以后，就可以把人员的疏散描述为网络模型。 基于上述网络模型的基础，在文献【9 】中，m c a r e y 、e s u b r a h m a n i a n 提 出了基于时变的动态网络模型。由于要考虑到突发事件造成道路堵塞或者通 行能力下降时，可能导致应急疏散网络随时间而改变。基于时变的网络模型 可以很好的描述随时间变化的动态网络。 在文献 10 】中，g e o r g i a n al h a m z a - l u p ，k i e aa h u a , r u ip e n g ，a ih h o 研究了地面交通网络疏散问题，并提出了通过动态调整疏散策略来实现最优 疏散效果。模型s t e m s ( s m a r tt r a f f i ce v a c u a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 首先根 据突发事件发生的地点、范围给出最佳疏散策略，然后通过传感器、探测器 等设备获得网络持续的交通流变化状况，然后根据路网状况相对调整疏散策 略，从而保持疏散网络以最大流形式流动。该模型能够根据路网状况动态的 调整疏散策略，避免了堵塞的加剧，在一定程度上起到了预防堵塞的作用。 宁宣熙、吴薇薇等在文献 1 1 1 2 1 3 q h 利用随机仿真试验得到不同网络 改造情况下对网络饱和流的概率分布的影响，为网络的改扩建提供了较高的 参考价值。 网络疏散模型是一种基于图论的数学模型，在研究人员疏散的过程中不 考虑个人的行为，能够很好的描述疏散过程中流的情况，从而各通道、场所 拥挤堵塞状况可以形象描述，容易找出疏散瓶颈，并且计算仿真效率高，对 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 研究疏散堵塞情况有重要的利用价值。 1 3 2 安全疏散研究未来发展趋势 ( 1 ) 疏散模型的开发和模型预测能力的改进n 4 临1 疏散模型方面的研究的一个明显趋势就是未来的模型将包含更多的行为 细节，注重人的行为因素，并考虑残疾人的疏散行为和对整体疏散时间的影 响。目前仍不断有一些疏散模型开发的报道，一些重点考虑人的相互作用因 素并能预测人的个体疏散行为和追踪个体疏散轨迹的模型被开发出来。此外， 研究人员针对前期开发的模型在使用范围和功能上做了一些拓展，克服了其 在使用中的局限性，并将其应用到安全设计、模拟疏散和火灾案例分析中。 如e x i t 8 9 、e x d u s 、c r i s p 等模型的一些功能改进及其成功应用的实例。 ( 2 ) 火灾中居民反应及毒性和烟的影响n 8 1 7 】 ， 另外一个方面集中在烟气中出口标志和疏散门标识的可见度测试，疏散 实验得出的居民反应行为和反应时间：居民人数、探测时间和行动前时间分 析，对火灾反应的性别差异；商业中心等公共建筑残疾人的火灾安全的比例 和容量调查，睡眠中火灾信号的认识；应用在疏散模拟中的开始疏散前延迟 时间和行走速度的数据库建立等。关于毒性和烟的影响有暴露在一氧化碳后 的长期后遗症的影响，在紧张的火灾试验中心理和精神指标的相关性，头项 照明和指路设施的使用对行走速度的影响，火灾烟气对生存和健康的致命影 响，对可见度损失为有限危险的烟气环境的评价，预测火灾条件下疏散者寻 路方式的概率测量方式，由于路标指示设置而导致的出口复杂性和变化采用 随机走路模型的评价等等。 通过上述一些项目的研究获得火灾安全工程师需要的信息和数据，包括： 所需的疏散时间极其组成( 探测、反应、行为延误、移动) 、居民特点、路线 寻找、标识、安全区域、信息类和非信息类警报系统、出口路径特征、决策。 ( 3 ) 疏散模型在防火设计、性能化规范和工程评估中的应用n 8 列 人员疏散研究的目的是改善防火设计，减少人员伤亡。国外在这些方而 己经有了许多成功的经验。减少火灾事故影响的非工程方案，如基于人员疏 散模型教育和训练计划的开发，公共建筑内如娱乐场所复杂居民的紧急疏散 和管理，火灾中人的行为与防火保护工程的结合，以人的行为和危险为基础 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 的消防法规，通过积极的防火管理来提高性能等等。逐步将人员疏散的研究 成果应用到防火设计和性能化规范当中。如在澳大利亚性能化规范b c a 9 6 中 疏散模型的应用。 r 1 4 本文主要研究方法和研究内容 本文针对车站环境，研究旅客紧急疏散路线，计算疏散运动时间和安全 疏散措施。 1 4 1 研究方法 本论文在写作过程中采取了以下几种研究方法： ( 1 ) 文献收集法( 对国内外的文献资料进行综合概括、归纳和提炼) ( 2 ) 比较借鉴分析法( 研究比较了不同车站火灾应急预案) ( 3 ) 建立模型法( 应用p e t r i 网描述旅客疏散过程) ( 4 ) 计算机模拟方法( 采用计算机模拟方法计算疏散运动时间) 1 4 2 研究内容 本文通过对各学科相关研究文献的学习和吸收，主要在以下四个方面进 行了相关研究： ( 1 ) 车站火灾紧急疏散存在的问题。 ( 2 ) 系统分析车站工作人员和旅客在车站火灾复杂空间中行为过程，并分 别建立了工作人员运作网络图和旅客疏散p e t r i 网模型。 ( 3 ) 建立了疏散网络模型，模拟了不同疏散策略和不同疏散人数情况下的 疏散运动时间，并得到了相关结论。 ( 4 ) 结合南京站火灾案例，分析了人员疏散失败的原因，并给出了相应改 善措旌。 本论文的研究框架如图1 - 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图1 - 2 本文研究框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章车站火灾旅客疏散问题分析 2 1 车站火灾系统组成与危害分析 2 1 1 车站火灾安全疏散系统组成 车站火灾安全疏散是一个有很多子系统构成的复杂的系统。每个子系统 包括很多组件，这些组件又对应着很多相关变量。 铁路车站火灾疏散系统包括：车站建筑结构子系统、消防配置子系统、 旅客子系统和疏散组织子系统组成，表2 1 列出了系统组成。其中车站子系 统是由门、走廊、大厅、台阶等组成，它是乘客疏散的物理环境，门、走廊、 大厅、台阶等组件的不同连接决定了乘客的疏散路线。消防配置子系统可以 及时探测到火灾线索，触发报警系统通知旅客撤离。火灾发生后，利用灭火 器和自动喷水系统可以很容易把火灾控制在初始阶段。旅客子系统在紧急疏 散过程中起到关键性的作用，不同乘客的特性例如：性别、年龄、身体状况 以及对车站的熟悉程度都对紧急疏散有一定的影响。另外，疏散组织子系统 包括应急预案和车站工作人员的实时引导，特别是车站工作人员的实时引导 在紧急疏散过程中起到关键性的作用。 表2 1 车站紧急疏散系统构成 组件子系统组件变量、属性 车站建筑结构子系统点( 例如：房间)聚集人数 离出口距离 连接处( 例如：门) 宽度 线( 例如：走廊) 宽度和长度 消防配置子系统探测系统敏感性 选择性 报警系统声音强度、信息内容 应急照明和疏散指示标志亮度、鲜明、易懂 灭火器配置数量 自动喷水系统应用可靠性 旅客子系统每个人移动速度 初始位置 寻找疏散路线能力 疏散组织子系统紧急预案最优疏散路线 实时引导 疏散策略 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 在车站安全疏散系统中，旅客疏散子系统处于核心地位，其它子系统相 互作用和影响，它们共同对旅客疏散子系统起作用，用图形表示如图2 1 ： 图2 - 1 旅客疏散系统影响图 2 1 2 铁路车站火危害性分析 l 、旅客的人身安全受到威胁 铁路车站是人员高度密集的公共场所，并且人员结构复杂，不同性别、 年龄和身体状况的旅客混杂在一起，再加上旅客携带行李众多，给火灾安全 疏散带来了困难。另外随着经济的发展，车站功能更加完善、结构更加复杂， 一些功能各异的区域设在同一场所里并进行了分割处理，往往会造成疏散路 线的迂回曲折，给人员的逃生带来了很大的困难，严重威胁了旅客的人身安 全。当车站发生火灾的时候，产生的大量浓烟、毒气容易使被困旅客的视线 不清楚，很快就会出现中毒、神志不清的现象。燃烧产生的高温、热气流使 人难以忍受，极易出现惊慌失措，在惊恐中争相逃命，互相拥挤，即使不是 烧死和熏死，也极有可能在疏散中践踏伤亡，而且拥挤的疏散人群，必然导 致疏散过慢，增加了中毒、窒息伤亡的可能性。 2 、财产的损失多 铁路车站建筑一般是一个城市的窗口，其设计样式新颖建筑结构复杂， 车站的设计建造费用昂贵；另外站内还有各种先进的控制、监视和用于行车 安全的保障设备，一旦发生火灾事故，比较容易造成车站建筑的坍塌，给国 家造成巨大的经济损失。另外，由于我国的国情，旅客经常携带的行李、财 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 产物品多价值高，在火灾疏散过程中会受到严重损失，所以火灾事故的发生 对国家和个人都会造成财产损失。 3 、社会影响大 我国铁路经过6 次大提速后，在速度、安全和舒适性上都有大幅度的提 高，在目前的经济水平和交通条件下，铁路运输仍是我国居民中长途出行的 最佳选择，而车站又是铁路运输的节点，一旦发生火灾会造成较大人员伤亡 和财产损失，然而其社会影响和后果远远高于人员和财产的损失。 首先，它会破坏长期以来铁路运输在国民心目中的安全形象，引起乘客 心理恐慌和不信任，导致大规模客流转向公路或航空，给其他交通系统造成 巨大的压力，也影响人民的正常生产和生活。另外，重大人员伤亡的火灾事 故是国内外媒体争相报导的对象，会影响国家形象，间接的会影响到国外投 资和合作交流。 2 2 车站旅客火灾疏散过程问题分析 车站是有大量人员聚集的公共场所，在火灾紧急疏散的过程中存在很多 问题，如疏散速度与人群密度的关系、群集流的成拱现象和拥挤、践踏等。 2 2 1 人群密度与疏散速度和疏散能力关系 铁路车站是一个人员高度密集的公共场所，一旦遇到火灾、爆炸等意外 事故发生，旅客将会由候车室涌向疏散通道，由于疏散通道断面的突然间小， 人员密度会迅速增加，严重影响疏散速度。 在通常情况下，男人的疏散速度要高于女人；青年人的疏散速度要高于 老年人。在某一人流密度下，随着密度的提高，群集流动速度会明显下降， 但超过一定的密度时，随着密度的提高，速度降低并不明显【啪5 1 。 国内外很多学者对不同状况下的人流密度、速度和流量之间的关系进行 了大量实际观察和研究。表2 2 中列举了单向行人流速度、密度和流量之间 的关系： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 表2 2 单向行人流速度、密度和流量关系 f r u i n ( 1 9 7 1 幻 u = 1 4 3 0 3 5 k p e a kh o u rf l o w sa tl a r g e q = 1 4 3 k 0 3 5 k c o m m u t e rb u st e r m i n a l s q = 4 0 8 u 一2 8 6 u 2 l a m e t a l ( 19 9 5 ) u = 1 2 9 0 3 6 k i n d o o rw a l k w a yi nh o n gk o n gq = 1 2 9 k - 0 3 6 q = 3 5 8 u 一2 7 8 u 2 o l d e r ( 19 6 8 ) u = 1 3 l - 0 3 4 k s h o p p i n gs t r e e t s q = 1 3 2 k - 0 3 4 k q = 3 8 5 u 一2 9 4 u p a u l s ( 19 8 7 ) u = 1 2 6 - 0 3 3 k s t a i r si nt o t a le v a c u a t i o n so f q = 1 2 6 k - 0 3 3 0 t a l l0 仃i c eb u i l d i n g s q = 3 8 2 u 3 0 3 u p o l u s e t a l ( 1 9 8 3 ) u = 1 3 卜0 2 7 k s i d e w a l k si nc e n t r a lb u s i n e s sq = 1 3 1 k - 0 2 7 f d i s t r i c th a i f a , i s r a e l q = 4 9 4 u 3 7 6 u s a r k a r & j a n a r d h a n ( 19 9 7 ) u = 1 4 6 0 3 5 k c a l c u t t a m e t r o p o l i t a n s t r a n s f e rq = 1 4 6 k - 0 3 5 0 a i r e a q = 4 17 u 一2 8 6 u t a n a r i b o o n e t a l ( 19 8 6 ) u = 1 2 3 0 2 6 k s i n g a p o r e q = 1 2 3 k - 0 2 6 f q = 4 7 3 u 一3 8 5 u v i r l d e r & e l a y a d a t h ( 19 9 4 ) k 1 0 7p ，m 2 a r e ru n i v e r s i t yo fm i s s o u d u = 1 o l e x p ( - k 4 1 7 ) u = o 61h 4 3 2 k ) f o o t b a l lg a m e s q = 4 1 7 u l n ( 1 o f u ) q = 4 3 2 u e x p ( 一u 0 6 1 ) q = 1 0 1 k e x p ( - k 4 1 7 )q = 0 6 1k i n ( 4 3 2 k ) w e i d m a n n ( 19 9 3 ) u ( 1 ( ) = i 3 4 1 - e x p ( 一1 9 3 ( 1 k -) ) 】 k l a d e k f o r m u l aw i t h d o u b l es - f 0 1 1 1 1 p r e d t e e h e n s k i i ， m i l i n s k i i ( 19 6 9 ， u = l1 2 d 4 3 8 0 d + 4 3 4 d z - 2 1 7 d + 5 7 19 7 8 ) f o o tt r a t f i cf l o wi n 0 d 0 9 2 ，k - - - a f t ( f ：p r o j e c t i v ea 心ap e rp e r s o n ) e m e r g e n c yb u i l d i n g s 张培红( 2 0 0 2 ) u = - o 0 0 5 7 k 0 0 7 4 4 k - 0 2 7 4 5 k z - 0 014 2 k + 1 5 6 7 东北大学校园 u = - o 0 0 7 k 5 - 0 0 13 5 k 4 - 0 0 9 3 8 k 3 - 0 2 3 6 6 k 2 - 0 0 3 9 5 k + i 0 4 4 u 印0 0 2 2 k 钿0 3 8 8 k 4 + 0 2 5 k 3 - 0 6 9 7 7 k 2 + o 5 8 8 8 k + 0 7 4 0 2 单位：k p m 2 1 ；u m s l ；q p m s 】 从表2 - 1 可以看出，不同研究人员研究不同环境下的人员疏散得出了不 同的表达关系式。这说明了人流密度、速度和流量之间的关系取决于人群所 处的环境状态。为了更好的展示速度、密度和流量之间的关系，本文绘制了 速度密度、流量密度曲线如图2 - 2 、2 - 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 图2 - 2 密度一速度曲线 图2 - 3 密度人流通量曲线 从曲线2 - 2 、2 - 3 可以看出在出口宽度一定的情况下，随着人流密度的增 加，出口的疏散能力会急速增长，但当人流密度到达一定程度后，当速度快 者无法超越速度慢者时，人流就会开始拥挤，出口的能力也就会开始下降。 在车站火灾环境中，旅客处于一种危险状态，并且人员密度大，容易引 起恐慌。车站火灾紧急疏散的情况下，旅客疏散速度与密度的关系更接近于 表2 2 中p r e d t e e h e n s k i i & m i l i n s k i i ( 1 9 7 0 ) 研究的e m e r g e n c y 情况，具体和细 致的研究有待于进一步深入。 2 2 2 群集流的成拱现象 l 、群集流成拱现象的形成过程 2 7 。2 8 】 在某些情况下，群集流自宽敞的空间涌向较狭窄的出入口、楼梯通道时， 除了正面的人流涌动外，往往有许多从两侧挤入的人流( 如图2 - 4 a ) ，阻碍 正面的人员流动，使群集密度增加( 如图2 - 4 b ) ，形成拱形的人流结构，形 成瞬时谁也不能通过的相持局面( 如图2 - 4 c ) ，而当拱形群集流增加到一定 程度的时候，由于某一侧力量较强导致拱的突然崩溃，一些人突入到出口中 ( 如图2 - 4 d ) 。人流突然移动，很容易失去平衡而产生各种伤害，特别是在 台阶或楼梯处更加危险，旧的拱一经破坏不久，新的拱又会形成( 如图2 4 e ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 图2 4 群集流的成拱现象 在车站火灾紧急疏散的过程中，旅客从候车室经楼梯、走廊涌向进站大 厅，由于人群的恐慌和旅客都想在最短的时间内疏散到安全区域，在楼梯和 过道的入口处由于宽度突然变窄群集流容易产生成拱现象，降低了疏散速 度，严重影响了旅客的人身安全。- 另外，部分旅客会选择从检票口疏散到安全区域。由于检票口比较狭窄， 正常情况下只允许单人通过。面对恐慌的人群，检票口处时刻存在群集流的 成拱现象，也是安全比较薄弱环节，所以应加强该处的疏散引导。 2 、群集流的疏散类型 ( 1 ) 异向群集流 异向群集流是指来自不同方向的群集流。如各种交叉通道的交汇处，来 自不同方向的群集流相互冲突相互阻塞，前进的群集受到不同方向群集流阻 塞，以及部分群集停止前进造成的阻塞、拥挤和混乱，也有相对前进的两股 群集流相逢的情况网。 车站的进站大厅是异向群集流容易形成的地方。在车站火灾紧急疏散时 各候车室人群最容易想到的疏散路线是按进站路线原路返回，各候车室的人 群在进站大厅相遇，不同方向的群集流相互堵塞，疏散速度受阻。 ( 2 ) 同向群集流 当群集中的每个人都以相同的步速和步长向相同的方向前进时，群集的 流动也是一种稳定的流动。而通常的情况是，组成人群往往包括老、弱、病、 残、妇女和儿童，人的步速和步长并不一致，而且每个人都试图按自己认定 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 的最短路线前进，快者总想超越慢者，这种心理和行为，其总体效应是产生 人流的拥挤、碰撞甚至局部人流的停滞2 蜘。 在车站走廊、楼梯内，不同年龄、性别和身体状况的乘客同时向站外安 全区域疏散，由于每位乘客占用空间面积较小，再加上步速和步长的不同， 其总体效应是产生同向群集流。 2 2 3 疏散过程拥挤践踏及其特点 l 、疏散过程拥挤践踏 在旅客大量聚集的车站，拥挤、踩踏是旅客火灾安全疏散过程中最大的 威胁。由于旅客携带大量行李，在发生火灾的情况下，很容易失去身体平衡， 出现摔倒、挤压旁人的情况。当有旅客摔倒时，由于拥挤，后面紧随的旅客 无法停下，只能从前面的旅客身上踩过，悲剧就这样发生。更糟的情况是出 现连锁反应紧接着倒下一片。 印度铁路是目前世界上最繁忙的铁路系统之一，每天运送乘客数百万。 节日期间，乘客流量加大，车站更加拥挤。据统计，印度每年大约发生近3 0 0 起铁路事故。2 0 0 4 年1 2 月1 3 日在印度首都新德里的一个主要火车站发生数 百人拥挤踩踏事故，造成5 人死亡，至少1 0 人受伤。 2 、车站疏散过程发生拥挤践踏特点【2 6 l 疏散过程发生拥挤践踏事故的特点可以概括为：“场所不定、诱因不定、 发生突然、危害巨大 。 ( 1 ) 场所不定。车站人群拥挤事故的发生可能在不同的地点发生。既可 能发生在车站的入口或出口，也可能在车站内的走廊或楼梯，还甚至可能发 生在候车室。总之，只要聚集的人群的密度达到一定的程度，就可能发生此 类事故。 ( 2 ) 诱因不定。有许多原因都可能导致旅客拥挤事故的发生。常见的情 景有，由于紧急事件造成车站的旅客疏散，在疏散过程中发生此类事故。甚 至有些时候，并没有明显的原因，却产生了严重的拥挤事故。以至于某些研 究人员将这种情况命名为“幻觉惊恐 。 ( 3 ) 发生突然。人群拥挤事故一个重要的特征是，发生十分突然。一般 而言，若发生此类事故，在极短的时间内( 几秒钟至数分钟) ，就会波及大量 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 的人员，造成伤亡。 ( 4 ) 危害巨大。人群拥挤事故常常伴随着大量人员伤亡的出现，此类事 故的危害是严重的。更由于此类事故的发生十分突然，在事故发生的前几分 钟内就会产生大量的人员伤亡，而事故后的救助也只能起很小的作用。 为了防止在人群中这种潜在的危险以灾难性的方式释放，需要研究人群 运动的规律，了解其动态。特别的，在建筑物的疏散中，尤其要考虑疏散人 流的运动。对聚集在一起的人群的运动规律及建筑物内人员疏散动态的了 解，可以帮助我们优化建筑物的内部结构，从而加快紧急情况时的疏散速度， 减少人员的伤亡。它还可以帮助我们设计出正确的管理措施，从而保证大规 模的群众集会时人员安全。 2 3 铁路车站发展趋势与安全疏散 2 3 1 铁路车站发展趋势 随着经济的快速发展和社会的进步，人们在铁路车站设计理念上有了 很大的变化。现代化车站的设计理念主要表现在以下几个方面： l 、立体化 铁路综合客运站向立体化发展，通过地上、地面、地下三个层次，车站 内外各种垂直交通设施相互结合，彼此补充，形成一体化的城市公共空间体 系。 2 、人性化 客运设施主要以方便管理为主的设计理念正在逐步改变，越来越人性 化，主要体现在：方便旅客出行，让多种交通方式换乘距离降低到最小：保 证各类通道的畅通，便捷通道，美化通道，舒适通道使旅客出行时的烦躁感 与疲劳感降低到最小；逐步提高站内的景观、绿化、透光、通风、空调、排 污、排废档次，将生态平衡与环境保护摆到实质性的位置：子信息与标牌明 显、精制、准确、通俗，使交通信息通俗化并具有亲和性；实现客运设施的 智能化。 3 、多方式 车站融入城市交通网络，与市内轨道交通、常规公交、出租车、自行车、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 停车场等形成多方式的立体化换乘衔接体系。例如：香港九龙塘枢纽位于香 港九龙塘区中心，是铁路站、地铁站、地面公共交通的站的枢纽。地铁与铁 路站相通。公共汽车站比较分散，设在仅7 米的街道上，车辆站位明确，交 通秩序良好，旅客换乘距离较近。出租车有专门的位置，其它地段设护栏， 乘客只能在指定的地方上下车。 4 、智能化 信息发布与交通诱导：在广场、换乘站台、站厅等处设置可变交通情报 板、交通信息亭、交通信息终端、专用电视频道和电话2 4 小时交通信息服 务等，最大限度地为居民提供交通信息服务。 自动控制智能化管理：利用信号自动控制系