基于Pathfinder的重庆某枢纽站台火灾人员疏散研究

涂沁颖 熊 康

(1.重庆市消防总队轨道交通支队，重庆 401147； 2.重庆大学土木工程学院，重庆 400045)

1 概述

地铁是一种有效缓解都市交通拥堵和地面用地紧张的交通工具，具有快速、低碳、准时等特点，其作用在都市交通中不可替代。地铁站作为地下建筑，进出口少，内部空间密闭，一旦出现火情，高温烟气将给人们造成严重的伤害和心理上的恐惧，十分有可能引发众多人员伤亡的恶性事件。因此，地铁站火灾的人员疏散慢慢成为了国内外不少学者研究的热点。张莉[1]运用数值模拟，开展了地铁站火灾情况下人员疏散情况的研究，提出一种引入了火灾影响因子的人员疏散模型，能精确地计算出火情下的人员疏散状态。张程[2]通过问卷调查和对地铁站内人员行走速度的实地观测，结合疏散仿真研究了地铁人员行为特征，并开发了相应的疏散仿真软件。刘梦洁[3]基于FDS火灾模拟以及Pathfinder疏散模拟，研究了某地铁车站的人流量以及火源热释放速率的容纳能力。还有很多学者对于换乘站内人员疏散、客流组织动态仿真和评价方法等方面开展了研究[4-8]。

本文假设某个地铁枢纽车站站内的列车引发了火灾，运用Pathfinder疏散评估软件对站内疏散的行为开展了一系列模拟，以研究当站台出现火情时人员的疏散安全。

2 研究对象概况

车站为重庆轨道交通4号线与轨道交通10号线的换乘车站，车站在铁路重庆北站北广场的下方。该车站与重庆北站北广场及地下空间相结合设置。地下1，2层分别是集散大厅和车辆停车场；地下3层是轨道交通站厅、站厅层同层及通过中庭连通铁路重庆北站，实现地铁与铁路的换乘。10号线垂直穿过铁路站房，其轨行区在地下4层；4号线平行于铁路站房，其轨行区位于地下5层，4号线和10号线十字换乘，属于大型轨道交通换乘站。

地下2层的10号线部分为双柱的岛式站台车站，车站规模为185 m×23 m。地下3层的4号线部分为单柱的岛式站台车站，车站规模189.6 m×23 m。两条线路十字换乘。4号、10号线车站的总建筑面积为41 109 m2，车站4号、10号线部分共设置4组地面风井。

车站设置2组共4部垂直电梯位于铁路站房前(与国铁共用)，连接站厅层、铁路进站层与地面广场，无超长出入口。图1和图2分别是4号线站台层与站厅层的平面图。

根据车站CAD平面图，运用Pathfinder对该车站建模，以人员和疏散问题为基础的前提下，对车站模型做了一些必要的简化处理，具体如下：

1)由于模拟对象为乘客，因此建模区域主要为内部站台及站厅部分，对以外的设备及工作房间不做建模；由于4号线 与10号线的换乘楼扶梯不作为火灾情况下的疏散楼扶梯，故建模不考虑十字换乘平台部分。

2)由于在建模区域内座椅、垃圾箱及自动售货机等设施所占面积相对模拟区域很小，在建模过程中忽略不计。

在Pathfinder软件内建出的与实际车站同尺寸的模型如图3所示。

3 疏散参数设计

3.1 疏散人数

对于地铁换乘车站，站内的客流总量呈现出一个规律性变化，乘客仅将车站作为一个临时过渡的空间，不会长时间的在车站内停留，根据录像中的人流量规律可知，车站内的人数与进出站的人数、列车停留时间以及间隔时间关系紧密。车站的这一特点决定了传统面积系数法并不适用于确定车站内的人员分布情况。

在交通建筑中，通常使用“人流量法”来计算人员的数量，计算方法如下：

由于该地铁站尚未投入使用，采用课题组前期实地调研重庆其他换乘车站的录像分析得到乘客在站内的停留时间和车站客流情况，如表1所示。

表1 地铁换乘站停留时间基础数据[9]

依据课题组前期研究[9]提出的利用进站、出站、换乘客流计算列车间隔内的车站内待疏散总人数方法，计算得到该站总疏散人数约为：2 803×1.4=3 925人，列车间隔时间的总人数与站厅人数之差就是站台总人数。疏散模拟模型中取站台的人数为1 280人。

3.2 人员构成

地铁车站是交通建筑，多数情况是满足人员出行需求，人员可简单分为成年男性、成年女性、儿童以及老人。根据Pathfinder 所建议的数值以及问卷调查人群的比例，本疏散模型的人员构成如表2所示。

表2 人员构成

3.3 人员行为特性

Pathfinder人员模型行为特性里最重要的设置参数为疏散速度，成年男性、成年女性、儿童、老人的行走速度根据SFPE handbook及GB/T 33668—2017地铁安全疏散规范选取，本文中人员的行走速度取值如表3所示。

表3 行走速度 m/s

4 疏散模型及结果分析

基于Pathfinder建出该换乘站内的疏散模型，如图3所示。4号线的站台层共有两部楼梯通往地下3层的站厅层。4号线的站台通过换乘平台至10号线再通向地下3层的楼扶梯不作为疏散。地下3层轨道站厅层有4个出入口连接地面，并且有两部楼扶梯通向-1层的集散大厅，人员由4号线站台层疏散到地下3层站厅层之后，会自主选择最近的出口疏散。

模拟结果显示，火灾在站台层发生后190 s时，站台上所有人均离开站台，319 s后所有人均进入站厅。疏散开始453 s时所有人员均已疏散至-1层通向地面的出口处，疏散完毕。

在地铁建筑人员疏散时间的计算中，往往把火灾探测报警时间加上人员疏散响应时间的总和设为1 min。疏散行动时间采用软件仿真获得的值，则必需的安全疏散时间是513 s，低于通过火灾模拟得出的可用安全疏散时间600 s。

5 通风排烟模拟分析

根据设计的站台层火灾场景，共设计了8个通风排烟模拟方案，火源功率均设置为1.5MW。各不同通风排烟情况下的模拟方案如表4所示，其中P1是站台送风排烟系统全部失效工况，该工况下楼扶梯口也没有形成下行风速，P2是站台送风排烟系统全部正常工作，且楼扶梯口形成下行风速的情况，P3是考虑站台送风系统失效，但是排烟系统有效，楼扶梯口没有下行风速，P4是在P2的基础上，考虑没有楼扶梯口下行风速的工况，P5是考虑站台层送风排烟全部失效，但是楼扶梯口设有下行风速的工况，P6是只考虑站台层排烟失效，送风有效，楼扶梯口无下行风速的情况，P7是在P6的基础上，考虑了楼扶梯口有下行风速的情况，P8是考虑了站台层送风系统失效，排烟有效且楼扶梯口有下行风速的情况。有关通风排烟模拟分析部分的内容作者另文中详述。

表4 通风排烟模拟方案

模拟分析结果显示，当没有形成楼扶梯口下行风速时，即使站台层有排烟和补风(P4)，仍然不能很好的及时地将烟气排出去，烟气仍然会向楼扶梯口蔓延，而人员疏散只能通过两楼扶梯口，所以无楼扶梯口下行风速的所有方案均不利于疏散；在有楼扶梯口下行风速，但是站台层的排烟系统失效的情况下(P5,P7),烟气会在下行风的阻挡下，在站台层蔓延，由于站台烟气没有有效排除，烟气层高度会很快降低到1.5 m以下，此种情况下也不能满足人员的疏散安全。因而楼扶梯口有下行风速，且站台层排烟有效的情况，有利于疏散。即除P2,P8工况外，其余的工况均无法满足该车站人员疏散的要求。模拟分析表明P5，P8可用的安全疏散时间为600 s。可用安全疏散时间大于Pathfinder模拟获得的必需安全疏散时间，说明P5，P8两个通风排烟方案能保证疏散安全。

6 结论及建议

运用Pathfinder疏散仿真软件对枢纽站的人员逃生行为开展了一系列模拟，并与FDS模拟分析得到的不同排烟方案下的临界达到危险的时间进行了对比分析。根据以上分析，当楼扶梯口有下行风速，且站台层有效排烟的情况，有利于疏散，可以延长可利用疏散时间。此外，地铁枢纽站的消防设施对于人员疏散安全十分重要，应当注重其管理和维护。