地铁火灾人员疏散仿真分析及其应对措施

汪海

摘要：地铁车站人流量大，一旦发生火灾后果十分严重。文章分析了乘客在火灾事故中的行为规律，使用计算机的仿真模拟技术，建立了火灾人员疏散的仿真分析模型；接着应用相关仿真程序，对地铁火灾人员疏散的时间影响进行了仿真分析；最后探讨了各岗位人员在火灾事故中应采取的应对措施。

关键词：地铁火灾；仿真分析；人员疏散；人口密度

中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）04-0044-03

地铁火灾一旦發生，人员疏散是减少事故损失的关键。但由于地铁火灾的试验研究具有成本高、试验时间长、所需试验人员多等缺点，在地铁的设计阶段，无法通过实验对人员疏散等问题进行研究。因此，计算机仿真成为了研究地铁火灾事故中常用的方法，本文通过对深圳地铁火灾人员疏散进行仿真分析，探讨了地铁火灾事故中的注意事项，同时提出了相应的应对措施。

一、地铁火灾人员疏散仿真模型的建立

（一）地铁火灾发生时人员的行为反应

1．地铁站工作人员的行为。火灾发生时，地铁工作人员具有报警、帮助乘客逃生、参与灭火等职责。其行为有一定职责性和目的性。

2．乘客的行为。发生地铁火灾时最危险的行为是乘客产生恐慌。一般情况下，人在火灾发生时会尽可能逃离火灾现场。但如果因恐慌丧失了判断力，多数人会选择盲从，而导致拥挤、争抢等行为。由于乘客在地铁中占了绝大部分，所以此次仿真分析的主要研究对象是乘客。

（二）火灾情况下人员的运动规律

一般，火灾时人员逃生速率v（米／秒）与当时的人流密集度（人／平方米）及通道宽度b（米）有很大关系。人流密集度越大，逃生速率越慢。相关研究发现逃生速率与人员密度的关系如下：

（1）

考虑人行走的差异，逃生速率应乘上折算系数，即有。图1所示即为人的行走速率和人流密度的关系图。

图1人的行走速率和人员密度关系图

（三）人员疏散仿真模型

应用元胞自动机的原理，文章建立了人员疏散仿真模型。所谓的元胞自动机原理，是指将一个矩形的平面分成为若干网格，每一格点都代表一个元胞或基本单元，其状态值为1与0分别对应着网格上的实格与空格。在设定规则下，网格上的实格与空格按一定规则进行变化，以体现单元格时间、空间及状态的随机演化状态。

在实际火灾逃生过程中，每个人都会按照自身情况和周围环境等因素做出判断和决定。大致上，可将影响乘客行为反应的因素分为三类：（1）静态场景的影响。如乘客会按照车站的平面布局判断出出口位置，以确定逃生方向。（2）动态场景的影响。如乘客疏散过程中的交流或从众行为。（3）火灾产物的影响。如火灾产生的烟气、声音和颜色等将对乘客的逃生行为产生影响。

以上三种因素对人员疏散模型的影响可用式（2）表征如下：

（2）

其中：

是人员进入单元格（m，n）的概率，0≤＜1。是正规化因子，使所有能够进入单元格的人员概率和为1。是位置吸引系数，表征车站的形状和出口布置影响乘客行为的程度，。是方向吸引系数，表征乘客相互之间影响的程度，。是火灾影响系数，表征火灾场景影响乘客行为的程度，。指元胞（m，n）的状态，=1时表示有人或物占据，不能进入，=0则表示无人或物占据，能够进入。指动态场，表征人群的相互影响，（如在人员疏散的过程中广播指引乘客疏散至某处，该单元格的动态场增大，表示更多乘客会到达该单元格）。指静态场，表征地铁站结构、出口位置等因素对人员行为反应的影响，（通常情况下，距出口越近的地方静态场值越大）。指火灾影响力，的值取得越小，表明该处越接近火源，。

二、地铁火灾人员疏散仿真分析

（一）仿真所选案例和相关条件

本文以深圳地铁站中典型的双层岛式车站作为研究对象进行仿真，这种类型的车站设有站台层、站厅层共两层。一般在站厅层设有与外界联系的通道和出入口，站台层和站厅层通过四座人行楼梯相通（目前新的《地铁设计规范》：允许使用自动扶梯疏散，但考虑到紧急情况下自动扶梯的不安全性，按最恶劣的疏散情形计算，即不考虑自动扶梯的疏散能力）。列车设有6节车厢（满载时共1680人）。站内疏散人员的类别为成年男性和女性、小孩及老人。

（二）仿真结果的分析

1．火灾对人员疏散的影响。在式（2）中，是火灾影响系数。没有发生火灾时，其值为0；发生火灾时其值大于0，一般取=0.4。火源发热率参考相关的资料，在地铁内起火时取为10MW，移动可燃物则取为5MW。根据仿真结果所得的人员疏散时间如表1所示。

从表1可知：（1）有无火灾时人员疏散所用时间相差并不明显，最大时相差不足35s，这表明在火灾没有达到危险状态之前，火灾的影响不是很明显；（2）火源发热率为10MW时的人员疏散时间要比发热率为5MW时长约4.18%，这表明火势越大，对人员的疏散就越不利。因此，控制火势蔓延对减少人员伤亡有着重要意义。

2．出口条件对人员疏散的影响。

（1）出站口闸机。闸机处通常是疏散人员的瓶颈。仿真结果显示，疏散2500个人，有闸机比没有闸机所需的疏散时间长了近100s，这不满足设计规范的相应要求。应采取特别的措施来加强闸机处的人员通行能力，如设置没有闸机的紧急疏散口或者是采用双向闸机。目前，国内地铁采取的通行措施是在发生火灾后，由车站值班人员紧急释放闸机并人工打开边门通道。

（2）出口的个数。图2所示为三个及四个出口时所需疏散时间的仿真结果。由图可知，两者相差不多，即增加过多的出口数量对疏散效率的提高影响不大。

3．楼梯的宽度对人员疏散的影响。火灾发生时，人员疏散所需的时间与站台层和站厅层之间的楼梯数量及宽度有着直接关系。此次仿真取站台层与站厅层间有四座楼梯，左边楼梯宽度取为2.5米，右边为1.5米。根据我国的《地铁设计规范》相关规定，楼梯设计应按发生事故时疏散时间不大于6分钟进行验算。则由图3可知，这种楼梯所能容纳的最大的安全疏散人群数为4000人。由图3还可以看出，2500人处是一个“拐点”（疏散时间为268s），此时的疏散效率最高。

三、地铁火灾事故中各岗位人员的应对措施

正确应对地铁火灾事故，明确各岗位人员的相关职责，按照制定好的火灾处理程序、方案和措施进行火灾补救，能够在很大程度上减少人员伤亡和财产损失。

（一）乘客的应对措施

地铁火灾发生在列车上或车站内，乘客往往是第一时间发现火灾的，如果掌握一定的应对措施，是保证地铁火灾快速得到处置的关键因素。地铁发生火灾后，乘客应采取的主要措施：（1）第一时间报告，在车站可以就近寻找工作人员或按压手动报警按钮、使用乘客对讲系统报告车控室，在列车上应通过乘客紧急通讯装置报告司机；（2）列车行驶过程中，千万不要使用紧急解锁手柄，避免造成列车区间停产；（3）尝试使用灭火器扑救；（4）尽量远离火源，按照地铁工作人员指示疏散。

但是，由于目前国内的乘客普遍缺少逃生应急知识，运营单位应加大公众安全和应急知识培训。

（二）司机的应对措施

司机在地铁火灾事故中职责重大，其采取的应对措施正确与否，直接关系着乘客的生命安全。在列车火灾事故中，司机应采取的主要措施：（1）接到乘客火灾报警后，立即向行车调度员报告，尽可能将列车运行（不关闭空调）至前方车站再疏散乘客。（2）告知乘客火灾事故相关处理办法，安抚乘客情绪。（3）到达前方车站后，确认车门和屏蔽门打开。（4）疏散好乘客后立即降弓。（5）列车在迫停区间时，须与行车调度员一起确认疏散方向，并组织乘客的疏散。（6）后续司机一旦发现前面发生火灾，应立即停车，向行车调度员报告，并按相关指示行车。

（三）车站的应对措施

收到火灾报告后，车站须立即报告OCC，并使用广播向乘客发出疏散指引，告知乘客如何撤离，同时指派车站工作人员组织和引导乘客的快速撤離，将站内的混乱局面控制到最低，开放车站所有的闸机及安全出口。此外，车站还须组织人员对火灾进行初期的扑救及伤员的抢救。

（四）OCC的应对措施

列车火灾下，应对措施：（1）报110、120，封锁住火灾发生区间，停止运行火灾发生车站及其有关车站。（2）判断火灾情况，以指示列车是否继续前行或是组织人员撤离。（3）对被迫停在区间隧道的列车布置好防护，并对线路中的其他列车采取相应措施，如扣车等。（4）组织救援列车的行进，与其他调度员及车站值班员协调沟通，以准备正线行车的

恢复。

车站火灾下，应对措施：（1）报110、120，组织相邻车站人员增援；（2）组织发生火灾车站退出服务，并监控火势蔓延情况，如可能蔓延至区间，应立即组织区间停运；（3）组织后续列车，不停站

通过。

并视现场情况，组织对事发区域停电。

（五）总体应对措施

火灾发生后，在OCC的指挥下由车站具体负责第一时间现场处理，由当值车站的值班站长或列车司机作为应急负责人，按照“乘客生命安全第一”的原则，采取一切措施确保乘客的疏散并开展初期火灾的扑救工作，同时启动应急程序，调集各方面应急力量进行增援。在消防部门接手处理后，应在其指挥下组织配合开展火灾处理和灾后恢复运营等工作。

四、结语

文章对地铁火灾事故时影响人员疏散时间的因素（出口个数、闸机、楼梯宽度等）进行了仿真分析，结果表明该类型地铁站使用四座人行楼梯和三个出站口能够基本上满足2500人员在火灾事故中紧急疏散的要求，但在闸机特别的措施是保证疏散效率的关键。另外，文章指出了各岗位人员在地铁火灾事故中的应对措施，这对地铁火灾的人员疏散及伤员救治工作有着重要的指导意义。

参考文献

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（责任编辑：周加转）