悬挂式单轨列车乘客区间紧急疏散方案研究

张 强 王孔明 张茂帆 王伯铭 李天一 杨文锐

悬挂式单轨列车乘客区间紧急疏散方案研究

张 强 王孔明 张茂帆 王伯铭 李天一 杨文锐

介绍悬挂式单轨交通系统的特点，并结合国外悬挂式单轨交通系统成功运行的经验，对悬挂式单轨交通系统的救援疏散方法进行分析。对几种主要的疏散方式进行疏散时间的计算分析，最后提出了悬挂式单轨交通系统的区间紧急疏散方案。

悬挂式单轨交通系统；列车；紧急疏散；疏散时间

0 引言

悬挂式单轨交通系统，通过车辆悬吊在轨道梁下方实现安全、平稳行驶。悬挂式单轨交通将地面交通移至空中，充分利用了城市空间，节省了宝贵的地面道路交通资源，另外，还具有安全可靠、运行噪声低、投资低、可移植性强、工期短等优点。自1901年德国乌帕塔尔市建成世界上首条线至今，已在德国、日本得到了成熟的应用。国内越来越多的城市也对该系统表现出广泛兴趣，已有上海、合肥、石家庄、济南、武汉、青岛、苏州、洛阳、贵阳、温州、沈阳、天津、郑州等城市对悬挂式单轨交通进行了前期研究或正进行可行性论证。这些城市对该系统如何组织有效的乘客区间紧急疏散提出较多疑问，因此，研究区间乘客疏散问题显得越来越迫切。

1 悬挂式单轨交通系统概述

与地铁、轻轨等城市轨道交通系统构成类似，悬挂式单轨交通系统主要由车辆、供电、信号、通信、自动售检票系统（AFC）、火灾自动报警系统（FAS）、环境及设备监控系统（BAS）、车站、区间结构（桥梁）、车辆基地等构成。与一般的城市轨道交通相比，悬挂式单轨交通的特殊性，主要反映在车辆悬吊于轨道梁下方，车辆离地高度约5 m，在特殊路段，车净空高度可以达到10 m左右（图1）。

图1 悬挂式单轨交通悬吊示意图 （单位：m）

悬挂式单轨交通这种独特的交通系统最初起源于德国，当前世界上悬挂式单轨系统运用比较成熟的国家主要是日本和德国。日本共建成3条线，总长约22.11 km；德国建成3条线路，总长约19.85 km。

悬挂式单轨交通的系统构成特点，决定了无法利用轨道梁进行快速疏散，也无条件铺设疏散平台；另外，列车悬空离地高度约5 m，也不便于乘客直接快速由车内直接疏散到地面。这就造成该系统的区间紧急疏散较地铁、轻轨等其他城市轨道交通系统困难和复杂得多。

2 悬挂式单轨交通系统的区间紧急疏散方式

按照传统轨道车辆的普遍特点来分析，悬挂式单轨交通系统车辆可能会出现因为车辆故障或者是线路故障而无法前进的情况，结合日本、德国等悬挂式单轨交通系统的疏散方案分析，主要有列车自救疏散、救援列车救援疏散、地面救援疏散等3类区间紧急疏散方式[1]。

2.1 列车自救疏散法

2.1.1 列车自身动力运行到邻近车站进行紧急疏散

当随车司机发现车辆故障或者是收到灾情通知时，当列车可以继续运行的时候，尽快将列车行驶至最近的车站，指挥并引导车上乘客尽快离开车辆，疏散到车站；当列车失去动力时，尽可能利用线路的坡度，将列车滑行至邻近车站，疏散乘客[2]。从日本和德国的现有线路来看，站间距一般在600～800 m之间，故障列车行驶至最近车站的时间一般在1～2 min。这种疏散方法适用于车辆没有发生严重的故障，可以继续行驶或者是滑行，并且继续行驶不会加重事故。

2.1.2 逃生筒疏散

在列车司机室地板面留有1个逃生窗，平时逃生窗关闭，当车辆发生事故需要疏散乘客时，司机将地板面上的逃生窗打开，将平时存放在司机室内部的逃生筒放下，乘客通过逃生筒依次下降至地面（图2）。逃生筒由软绳和布料编织而成，平时可以收纳于司机室地板下方，发生事故时，可以由司机展开，同时地面救援人员协同调整逃生筒位置和倾斜角度，协助乘客逃生。

图2 逃生筒救援示意图

2.2 其他列车救援疏散

2.2.1 纵向法

（1）救援列车或工程车牵引故障车至邻近车站。当列车在区间发生故障，并且不能自主行驶时，可以出动邻近的列车或工程车通过车钩与故障列车联挂（图3），将事故列车牵引至最近的车站，尽快疏散乘客。工程车一般采用内燃驱动或蓄电池供电，以此避免出现线路断电时，救援车无法完成救援。

图3 工程车/救援列车牵引故障车

（2）乘客通过端门疏散至同车道救援列车。当列车在区间发生故障，并且完全不能前进时，同一线路上的救援车从故障列车前部或者是尾部接近故障列车，在前后车司机的协同下，救援列车停在合适的位置。前后车司机通过旗语或者是信号灯交流信息，当救援列车停在合适位置时，前后车司机打开司机室前侧的逃生门，并将车上带有保护栏杆的渡板向外伸出，形成逃生通道。乘客在司机的指挥下，通过逃生通道疏散至救援列车内，然后救援列车行驶至最近车站，引导乘客疏散。构建逃生通道用的渡板平时放在司机室内，此种方法适用于单线线路。图4为救援过程的示意图，图中箭头为乘客疏散方向。

图4 纵向救援法

2.2.2 横向法

在复线区间的线路上，当车辆出现故障不能够继续前进时，平行线路上的救援列车将车站上备用的横向渡板带至事故现场，救援列车停在故障列车一侧。并将列车之间的侧门位置打开一定的宽度，把渡板伸出车厢侧门，构成带扶手的救援通道，乘务人员指挥乘客通过救援通道疏散到救援列车。这种救援方式适合复线的线路。救援过程的示意图如图5所示，图中箭头为乘客的疏散方向。

2.3 地面救援

在车辆段配备救援用汽车（图6）或利用社会消防部门配置的消防云梯等设备，当悬挂式单轨车辆出现故障停留在车站之间，乘客不能疏散时，并且停车地点下方有公路，救援汽车可以行驶至事故地点，将乘客疏散至地面。1个车辆段可以配置若干辆救援用汽车或者在发生事故时请求消防部门的支援，由此加快乘客的疏散过程，缩短疏散时间。

图5 横向救援法

图6 救援用汽车

3 几种主要救援方式疏散时间计算

疏散时间和采用的疏散方式直接相关。疏散总的时间一般由以下两部分组成：一部分是等待救援时间或运行时间，即乘客等待救援时间或列车运行到邻近站疏散的运行时间，这是间接耗时；另一部分是乘客的直接疏散耗时。

以日本千叶悬挂式单轨交通车辆为分析对象，对比分析几种不同的疏散方法所用的疏散时间的差异。图7为车辆的平面图。车体纵向长度为A，侧门宽度为B，车体宽度为C，端门宽度为D。端门位于司机室前部，每1辆车每侧有2个侧门，司机室内地板面右侧设有1个逃生窗口。

图7 悬挂式单轨列车平面图

按照文献[3～4]综述，乘客通过车门疏散时会发生堵塞，通过出口的流量为：

公式（1）、（2）中：v0是人员的平均行走速度，m/s；s0是人员密度，人/m2；w0是逃生出口的有效宽度，m。

2辆车辆编组的定员W为156人，车辆面积S=A ・ C，此处A和C取值分别为14.8 m与2.38 m；由此得到车内人员密度为：

根据Predtechenskii和Milinskii的研究[5]，紧急情况下，人的行走速度为：

将s0数值带入公式（3）中，得到人员疏散速度v0为0.567 m/s。

按照文献[6]的论述，一般情况下，门单侧的边界宽度为0.1m。逃生出口的实际有效宽度w0由门宽减去门两侧的边界宽度。不同救援逃生方式逃生时间的区别就在于出口的数量和每个出口的宽度。

3.1 列车自身动力运行到邻近站疏散时间计算

悬挂式单轨交通系统一般站间距约600～800 m，平均运行速度约25 km/h，当列车发生故障时，自身动力能够运行到邻近站，一般需耗时2 min左右。

当列车停靠邻近站，全列车靠站台一侧4个侧门全部打开，乘客直接向站台疏散，侧门宽度B约1.3 m，根据公式（1）、（2），可以计算直接疏散时间约28 s。

因此，列车通过自身动力运行到邻近站进行疏散总的时间：2 min+28 s=148 s。

3.2 列车逃生筒疏散计算

首先需要列车员打开相关设备并下到地面组织有序疏散，一般耗时约2 min。需考虑单个乘客排队滑到地面后，后续乘客才能通过逃生筒滑行，以确保乘客安全，按车辆离地垂直高度约5 m，参照自动扶梯的规定，逃生筒倾斜角30°，乘客滑行速度0.9 m/s，则千叶线2辆编组全列车定员156人全部疏散耗时为：156×5/sin30°/0.9=1 733 s。

因此，列车逃生筒疏散总耗时：2 min+1 733 s=1 853 s。

3.3 端门疏散时间计算

悬挂式单轨交通系统一般最小行车间隔约3 min，平峰时段行车间隔一般约6 min。故障车自身动力无法支持继续运行，等待邻近列车救援的等待时间几乎与行车间隔相当。

故障列车上的乘客通过列车司机室前部的端门逃生到同一线路上的救援列车。参照日本千叶线单轨列车的参数，端门的宽度为D为0.67 m，由此得到w0=0.47 m，将w0、s0、v0带入公式（1）和（2）中，得到2辆编组的列车通过端门疏散的时间约为265 s。

因此，高峰时段，端门疏散总耗时为3 min+265 s=445 s；平峰时段，端门疏散总耗时为6 min+265 s=625 s。

3.4 侧门疏散时间计算

故障车等待邻近列车出动救援的等待时间与端门逃生等待时间相当。

在复线线路，乘客通过故障列车和救援列车侧门之间的逃生通道，疏散至救援列车。在实际的使用情况中，通过侧门进行救援时，侧门并不能够完全打开，侧门打开的宽度与救援用跨板的宽度一致，此处取逃生跨板的宽度为0.8 m。由此得到，逃生出口的有效宽度为w0=0.6 m，将w0、s0、v0带入公式（1）和（2）中，得到2辆编组的列车通过侧门逃生时间208 s。若采用2个侧门同时逃生，则逃生时间会减少一半，即104 s。

因此，1个侧门疏散总耗时：

高峰时段为3 min+208 s=388 s；平峰时段6 min+208=568 s。

2个侧门疏散总耗时：

高峰时段为3 min+104 s=284 s；平峰时段6 min+104=464 s。

3.5 地面救援疏散时间计算

根据社会消防力量配置原则，出动云梯、消防车等赶到现场一般约5 min。

云梯单次可承载5人，以1.5 m/s的速度运至地面，考虑列车离地高度约5 m，则2辆编组列车总定员156人完成到地面疏散直接耗时为156/5×5×2/1.5=208 s。

因此，地面救援疏散总耗时为5 min+208 s=508 s。

不同条件下的疏散总耗时如表1所示。

表1 不同疏散方式总耗时比较

通过表1可知：

（1）在各种疏散方式总耗时的比较中，列车自身动力运行到邻近站总耗时最小，疏散最方便快捷。

（2）在各种疏散方式的直接疏散耗时中，站台疏散耗时最小，其次是2个侧门疏散。

（3）逃生筒疏散方式耗时最多，疏散效果最差。但相对于救援列车或社会救援，等待救援时间要短些，可在一定程度上降低疏散压力。

（4）各种疏散方式的等待时间均不低于2 min，对于火灾等极端情况下，乘客安全保障压力较大。

4 悬挂式单轨交通区间紧急疏散方案

通过前面对各种疏散方式总耗时的比较分析，提出适用的区间紧急疏散方案如下。

（1）区间紧急疏散体系由列车自救疏散、其他列车救援进行紧急疏散、地面救援疏散3类疏散方法有机组成，相互配合补充。为达到完善的疏散方案，列车应配置端门及渡板、侧门渡板、逃生筒等，并应具有较强的故障运行能力和较高的耐火性能。

（2）提高列车的耐火性能和故障运行能力，优先满足自身动力运行到邻近车站疏散的要求。

（3）在自身动力无法满足运行到邻近车站的情况下，在离地高度适中，且便于人员疏散到地面时，优先启动逃生筒逃生，同时出动邻近列车进行救援。

（4）在自身动力无法满足运行到邻近车站的情况下，在离地高度适中，但不便于人员直接通过逃生筒疏散到地面时，应呼叫社会地面救援疏散，同时出动邻近列车进行救援。

（5）在自身动力无法满足运行到邻近车站的情况下，在离地高度较高，且不便于人员疏散到地面时，应等待其他列车救援疏散。

5 结语

本文针对悬挂式单轨交通系统的特点，分析计算了各种常用疏散方式的疏散时间，并提出了初步的疏散方案。下一步应结合具体工程进行进一步的分析，并对提高列车的耐火性能进行深入研究，以确保车载乘客等待疏散过程中的安全。

[1] 师维，方从明，杨文学. 跨座式单轨交通乘客区间疏散救援方法[J]. 都市快轨交通，2008，21（1）：28-30.

[2] 仲建华. 重庆市轨道交通较～新线跨座式单轨车安全措施与救援方法对策研究[C]//城市轨道交通学术研讨会论文集. 北京：中国铁道出版社，1997：290-294.

[3] 陈智明，霍然，王浩波，等. 某教学楼火灾中人员安全疏散时间的预测[J]. 火灾科学，2003，1（1）：40-45.

[4] 谢灼利，张建文，魏丽军，等.地铁车站站台火灾中人员的安全疏散[J]. 中国安全科学学报，2004，14（7）：21-25.

[5] V M Predtechenskii，A I Milinskii. Planning for Foot Traffic Flow in Buildings[M]. New Delhi：Amerind Publishing，1978.

[6] 李伏京，方卫宁，胡清梅，等.地铁车辆安全疏散性能的仿真研究[J]. 系统仿真学报，2006，18（4）：852-855.

责任编辑 冒一平

Study on Passenger Emergency Evacuation Plan for Suspended Monorail Train in Section

Zhang Qiang, Wang Kongming, Zhang Maofan, et al.

The paper makes introduction on characteristics of suspended monorail. With the successful operation experience of suspended monorail system abroad, rescue and evacuation methods for suspended monorail system are analyzed. The calculation and analysis on evacuation time for several major evacuations are conducted. In final part it puts forward the evacuation plans for emergency evacuation in section for suspended monorail.

suspended monorail, train, emergency evacuation, evacuation time

U232∶U298

2015-06-10

张 强：中铁二院工程集团有限责任公司，高级工程师，四川成都 610031