【《地铁换乘车站火灾人员疏散模型的建立与计算案例分析》3700字】

地铁换乘车站火灾人员疏散模型的建立与计算案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u9050地铁换乘车站火灾人员疏散模型的建立与计算案例分析 183301.1地铁站基本结构概况 1140021.2模拟参数的选定 243521.2.1客流数值 266451.2.2人员年龄分布 3114981.2.3人员行动速度 3190071.2.4人员肩宽 442441.3模拟工况设计 4163251.1.1疏散要求 4215231.1.2疏散人数的确定 5307721.4Pathfinder模拟数据分析 7216671.4.1模型1数据分析 7248491.4.2模型2数据分析 81.1地铁站基本结构概况本文选用上海某地下三层结构的“T”型换乘车站（如图1.1）为参考模型。该地铁站地处市区某十字路口，周边建筑包括住宅小区、办公楼宇、高等院校、科研院所、三甲医院等，交通繁忙，客流量大。该站为上海轨交A、B线换乘车站，车站共设3个出入口，2号口出入口宽度为7.75m，位于车站东北侧；3号口出入口宽度为5.75m，位于站南侧；4号口出入口宽度为6m，位于站西侧。2、3、4号出入口均为主体直出式出入口。图1.1地铁站总平面图地铁站内部设计基本信息如下：（1）站厅层：位于-1.2m，公共区面积5717.21m2。两线车站呈T型相交，设置站厅公共区，共设7组自动闸机，共23个闸机口，均为三杆式设计。A线（地下三层）站台层设两组楼扶梯，扶梯两上两下，扶梯宽度均为1.0m，楼梯宽度均为1.44m；B线（地下二层）站台层设两组楼扶梯通向站厅层，扶梯均上行，扶梯宽度均为1.0m，楼梯宽度均为1.22m。（2）站台层：A线（地下三层）站台层位于-14.9m，车站全长170.3m，站台宽度12m，站台公共区面积1597.10m2；B线（地下二层）站台层位于-8.0m，车站全长231.8m，站台宽度12m，站台公共区面积1579.43m2。两线均采用岛式站台布局；A、B线站层换乘设T型换乘通道，通道中层平台位于-11.9m。A、B线列车均采用6节编组A型列车，站台双侧各设30扇站台门。地下二、三层另设设备及管理用房区。导入图纸后绘制Pathfinder地铁站3D模型，如图1.2所示。图1.2地铁站3D模型1.2模拟参数的选定1.2.1客流数值因未获得该站规划的远期客流总量具体数值，本文采用实地拍摄调研的方式获取工作日早高峰、周末及节假日三个时间段地铁客流量情况。经调研发现，该站工作日早高峰时段（7:00-9:30）客流繁忙，站台、车厢拥挤情况明显，7:00-8:30时段客流量持续上升，8:30时到达峰值，8:30-9:30时段逐渐回落，呈正态分布状。并且为满足高峰客流需求，该站在8:00-9:30时段设定双向列车同时到站，便于解决乘客换乘或过站误乘问题。因受上海本土疫情影响，市民不必要出行减少，该站在周末及春节时段的人员荷载情况较为平稳，全天多时段未出现明显客流高峰，客流量远低于工作日早高峰，对本次模拟要求的最大载客量无重要借鉴意义，故此处略去。工作日早高峰时段的客流具体数值见表1.1。表1.1工作日早高峰时段客流数值时间A线单列列车内乘客/人B线单列列车内乘客/人A线站台层乘客/人B线站台层乘客/人A、B线换乘通道乘客/人工作人员/人7:001501208010010487:30390400200420408:00480460400500858:307207006807001209:00600600340365759:30240250170165491.2.2人员年龄分布根据我国新年龄分段，笔者将年龄段分为少年、青年、中年和老年。通过实地拍摄调研，笔者观察到工作日早高峰时段的人员主要年龄段为青年和中年人群，各占74%和18%。此次模拟中人员的具体年龄分布情况如表4.2所示。表1.2地铁人员年龄分布情况统计表1.2.3人员行动速度人员的行动速度是建立疏散模型的重要参数，也是判断能否实现安全疏散的决定性因素。迄今，国内外关于人员行动速度的研究尚未形成统一的取值。经查询相关文献资料得，国内的一些学者对地铁车站内人员的行动速度进行了大量的调研观测，刘栋栋[13]等观测摄像内容并统计数据，研究北京多个地铁换乘枢纽的行人步行速度特性；罗凤霞[14]等研究广州地铁某换乘车站和某单线车站，分析两者的站内人员组成结构和流动规律，并研究进出站人员的行动速度，都为本文提供重要参考依据。本文选取的地铁人员行动速度结合笔者实地调研统计数据及参考文献，具体取值如表1.3所示。表1.3地铁人员行动速度统计表（单位：m/s）1.2.4人员肩宽笔者参考兰州交通大学成琳娜[15]撰写的相关地铁火灾应急疏散仿真研究获取不同年龄段、性别乘客的肩宽数据，数值如表4.4所示。表1.4地铁人员肩宽统计表（单位：cm）1.3模拟工况设计1.1.1疏散要求根据《地铁设计防火标准》（GB51298-2018）[16]（以下简称《防火标准》）条文5.1.1规定，站台至站厅或其他安全区域的疏散楼梯、自动扶梯和疏散通道的通过能力，应保证在远期或客流控制期中超高峰小时最大客流量时，一列进站列车所载乘客及站台上的候车乘客能在4min内全部撤离站台（以下简称“4min要求”），并应能在6min内全部疏散至站厅公共区或其他安全区域（以下简称“6min要求”）。考虑到地下车站均设置事故通风和排烟系统，当A线（地下三层）站台发生火灾时，地下二层和站厅公共区在一定时间内能为A线（地下三层）站台上人员疏散提供较高保障。结合本文地铁站的实际情况，并参考张扬[17]、喻敏[18]的相关文献，笔者对《防火标准》5.1.1的要求作详细说明，如表1.5所示。表1.5对《防火标准》5.1.1要求的说明疏散要求时间路径自经至撤离站台4min内A线（地下三层）站台—楼扶梯组1楼扶梯组2换乘通道B线（地下二层）站台楼扶梯组3楼扶梯组4疏散至站厅公共区6min内A线（地下三层）站台楼扶梯组1站厅层楼扶梯组2站厅层换乘通道B线（地下二层）站台）B线（地下二层）站台楼扶梯组3站厅层楼扶梯组4站厅层1.1.2疏散人数的确定笔者在实地调研时发现早高峰时期A线（地下三层）有双向列车同时到站的情况，为提高模拟的合理性和准确性，本次模拟分两个工况进行对比实验，计算乘客撤离站台、疏散至站厅公共区的时间。（1）模型1：工作日早高峰8：30时段A线（地下三层）一列到站列车起火，此时B线（地下二层）即将到站的双向列车直接过站。需疏散的人员包括：A线站台单向一列列车上的全体乘客，共720人次；A、B线站台上全体候车的乘客，共1380人次；A、B线站层换乘通道内的乘客，共120人次；车站工作人员，共48人次。计算得共2268人次。（2）模型2：工作日早高峰8：30时段A线（地下三层）双向列车同时到站，此时一列到站列车起火，B线（地下二层）即将到站的双向列车直接过站。需疏散的人员包括：A线站台双向两列列车上的全体乘客，共1440人次；A、B线站台上全体候车的乘客，共1380人次；A、B线站层换乘通道内的乘客，共120人次；车站工作人员，共48人次。计算得共2988人次。1.4Pathfinder模拟数据分析1.4.1模型1数据分析（1）通过追踪模型1中B线（地下二层）候车乘客（不包括经疏散通道上行的地下三层乘客）的路径发现，整体疏散平稳，全体乘客能够实现在4min内撤离站台，总耗时约240s。4min时，A线（地下三层）的乘客疏散情况如图1.4所示。图1.4模型1地下三层240s由图1.4可见，A线（地下三层）无法实现“4min要求”，约530名乘客尚未撤离。此时所有列车内乘客已撤离至站台，北部换乘通道处无人员拥堵，楼扶梯组1、2处出现明显的人员拥堵情况，上行速度缓慢。根据疏散结果可知，A线（地下三层）乘客全部撤离站台需400s。（2）6min时，模型1疏散情况如图1.5所示。图1.5模型1360s由图1.5可见，模型1运行至360s时，无法实现“6min要求”。此时，B线（地下二层）全体人员已疏散至站厅公共区内，A线（地下三层）约有160名乘客未疏散，集中在两组楼扶梯处，拥堵情况较240s时有所缓解。站厅层自动闸机组和安全出口疏散情况良好。根据疏散结果可知，乘客全部疏散至站厅公共区需440s。（3）本次模拟，全体乘客撤离站台和疏散至站厅公共区的所需时间均未满足《防火标准》要求，通过观察模型和数据对比发现地下三层的疏散难度更大。笔者发现A线（地下三层）的疏散瓶颈在于大量乘客更倾向选择站台上的两组楼扶梯疏散，因楼扶梯疏散宽度有限，且地下三层与站厅层垂直高差超过10m，故人员容易产生疲劳、运动速度减慢等情况，导致疏散不及时。1.4.2模型2数据分析模型2根据早高峰时期A线（地下三层）双向列车同时到站的情况，较模型1增加了一列列车内搭载的乘客，共720人次。模型2运行至4min和6min时的疏散情况如表4.6所示。表1.6模型2疏散结果疏散要求地点需疏散人员/人待疏散人员/人疏散进度4min撤离站台A线（地下三层）2120151028.8%B线（地下二层）7000100%换乘通道1200100%6min撤离至站厅公共区A线（地下三层）2120101352.2%由表1.6可知，模型2运行至240s时，B线（地下二层）站台乘客和换乘通道内的乘客已全部撤离站台，满足《防火标准》的疏散要求。由于该模型A线（地下三层）站台需疏散人数较多，其三处疏散通道的通过压力较大，前240s仅疏散约28.8%的乘客，此时双向列车上搭载的乘客已全部撤离至站台，但楼扶梯组1、2处