基于突发事件的地铁连通商业建筑防火卷帘控制方式对人员疏散的影响

马 辉, 陈 曦, 王欣洋

(1.华北科技学院安全工程学院，廊坊 065201； 2.北京劳动保障职业学院，北京 100029)

地铁及与其连通的商业空间建筑两部分使用功能不同，运营主体不同，属于两类人员密集场所的相互叠加，突发事件中人员疏散难度更大。地铁及与其连通的商业空间建筑可能遇到的公共安全事件除火灾外，还有地震、洪水、恐怖袭击、车辆故障或停电引发人员滞留而导致的踩踏事故等，但目前大多学者关注火灾事故的人员疏散，而忽视了除此之外其他类型的突发事件中地铁及与其连通的商业空间人员疏散问题。

由于其连通型的要求，在地铁段与商业段连接处会采用防火卷帘作为防火分隔措施，防火卷帘除了可以在火灾事故中下降起到防火分隔的作用，在除火灾外其他类型突发事件中防火卷帘下降与否、下降时间及高度等也会对人员疏散产生影响，因为此时原本的连通的空间被分割成地铁段和商业段，人员疏散路径、疏散通道和可选择的疏散设施都会发生变化，因此研究突发事件中防火卷帘控制方式对地铁及其连通商业空间两股人流交汇影响下的人员疏散研究非常必要。

张哲[1]以某大型商场为例，分析从9个防火分区优化成11个 防火分区后人数疏散时间的变化，关注防火分区数量变化对人员疏散的影响；赵武军等[2]以已有建筑为例重新划分防火分区，对楼梯位置和出口位置进行改进，分析防火分区划分方式对人员疏散的影响规律；许彬[3]针对某地下超市疏散宽度不足的情况下，对内部防火门的位置和开启方向进行了优化设计。

关于防火卷帘控制方式对安全疏散影响方面，齐桓[4]对防火卷帘两部下降和防火卷帘不动作两种控制方式对大空间商场人员疏散的影响进行研究；徐桦[5]通过分析在疏散走道上设置的防火卷帘应用上存在的问题,提出了改进防火卷帘功能的设想；梅秀娟等[6]首先以某商场与轻轨站相连接开口处为例,研究当防火分隔耐火性能失效后商场内人员和轻轨内人员疏散问题，为后续学者的轨道交通与连通商业防火分隔构筑物对人员疏散影响研究奠定了基础。

由于与地铁车站连通型商业建筑日益增多，其安全疏散问题也亟待解决，目前针对于地铁车站和商场的人员疏散研究很多，张立茂等[7]基于火灾模拟器和Pathfinder软件对武汉地铁五号线司门口站进行仿真研究，对车站人流量容纳能力和火源功率容纳能力进行了有益的探讨；张苏英等[8]对蚁群算法进行改进，对大型综合建筑火灾疏散路径规划及动态逃生指示系统设计提供参考；李建华等[9]分析地铁拥堵原因，提出改善措施并应用AnyLogic模拟验证。但对于与地铁车站连通商业建筑的疏散研究较少；方平等[10]采用Building EXODUS软件对某城市轨道交通连通型地下空间(高铁、地铁、商业)进行仿真模拟，查找疏散瓶颈并提出优化策略；韩斌[11]分析地下物业开发与轨道交通的结合方式，并提出消防系统及火灾自动报警系统设计相关建议；谢元一等[12]对商业功能区与地铁车站关系对商业功能区进行分类，并提出了不同的防火分隔措施；张晋等[13-14]首先提出了与地铁车站连通型商业概念，并通过对与地铁车站连通的商场的安全容量研究以及对某连通型地下空间商业开发对既有地铁车站疏散能力的影响得出了该商场的开业可能会使地铁车站的部分出口楼梯底部产生拥堵，局部长时间高密度人群会给车站疏散带来一定的不利影响以及商业开放对部分出口疏散无影响，但增加了部分出口的疏散人数和疏散时间的结论；赵哲等[15]对相连商业街火灾对地铁车站影响进行研究，主要关注火灾烟气流动规律及防排烟策略；王宽[16]研究商业建筑与地铁连通道气流控制，关注点在于解决气流往复流动导致空调能耗过高问题。

国外方面，Yamamoto等[17]研究洪水淹没地下商场时人员疏散问题，提出分隔垂直疏散空间的方法，并与传统的最短疏散距离方法进行综合比较；Han等[18]关注地下空间的淹没风险，提出了一种同时考虑洪水强度和疏散难度的风险等级方法，判断疏散难度及紧急程度；Niira等[19]关注地震和海啸灾害中地下空间灾害防灾及疏散；Li等[20]针对地铁故障应急疏散问题，提出了一种多模式应急疏散模型框架。

综上，以上研究仍存在以下几个问题：

(1)多以单一独立建筑作为研究对象，对地铁连通商业空间此类特殊的人员密集场所安全疏散研究较少；

(2)中国学者多考虑火灾条件下防火卷帘控制方式对人员疏散影响，忽视其他类型突发事件中地铁及其连通型商业空间这类特殊建筑中防火卷帘动作对人员疏散有无影响及影响程度。

基于以上分析，以某地铁站及与其连通的商业综合体为例，运用Pathfinder仿真软件，探讨非火灾的突发事件(简称“突发事件”)中连通通道防火卷帘“一步降”“两步降”控制方式下卷帘下降时间及疏散延时时间对人员疏散的影响，以期为该类建筑突发事件应急预案制定、应急指挥决策等提供基础。

1 地铁连通商业建筑安全疏散时间

对于地铁车站连通商业空间，为连通型建筑，运营主体不同，应急疏散指示系统也各自独立，但属于互相可能影响对方安全的状况。一旦地铁或者其连通商业发生突发事件，突发事件发生段人员即刻开始疏散，其他段人员延时疏散，因此导致地铁及与其连通的商业空间疏散开始时间不同，这段时间称为“延时疏散时间”，地铁连通商业建筑突发事件发生段与其他段所需安全疏散时间分别表示为

TRSET=T探测+T报警+T预动作+T运动

(1)

TRSET=T探测+T报警+T延时疏散+T预动作+T运动

(2)

2 Pathfinder模型构建

Pathfinder 2018是一种基于人员运动和进出的紧急出口模拟器，能够较好地对人员密集场所中各类人群疏散行为进行仿真。

2.1 模型建立

2.1.1 地铁车站X

以某地铁车站X为例，建立地铁车站人员疏散物理模型如图1所示。地铁车站X全长171 m，站台宽4.5 m，车站设有3个出入口。出口A与出口C分别为地铁站的东、西出口，且直线距离为319.5 m。总平面面积6 089 m2，由负一层站厅层和负二层站台层两部分组成，共有闸机21个，其中西侧8个，东侧13个。

图1 地铁站平面图Fig.1 Plan of subway station

主体车站的建筑层数两层，内含有楼梯4个，自动扶梯4组，且自动扶梯位于楼梯的两侧。

2.1.2 商业建筑Y

与地铁连通的商业建筑Y面积为100 402 m2，商场为4层建筑，层高5.3 m，共四层，客梯6部，货梯10部，自动扶梯5组、疏散楼梯11个，商业建筑各层平面图如图2所示。

图2 商场平面图Fig.2 Plan of the shopping mall

2.1.3 地铁车站连通型地下空间商业XY

地铁车站X与连通商业Y直线距离75 m，地铁车站B口通过地下通道连接商业建筑一层，通道直线距离长30 m，通过楼梯和自动扶梯向上，再通过L形通道进入连通商业内部，立体图如图3所示。

图3 地铁车站相连通地下空间商业XY立体图Fig.3 Commercial stereogram of underground space connected with subway station XY

2.2 参数确定

2.2.1 疏散人数

(1)地铁疏散人数。根据《2019北京市交通发展年度报告》，2018年北京轨道交通早高峰进站量最大的站及轨道交通换乘量最大的站均是宋家庄站，早高峰7：00—9：00进站量2.57万人次，占全天比例44.23%，考虑到最不利疏散条件，以宋家庄站早高峰最大值作为疏散人数，即25 700÷120×2=428.33(人)，因此平均每一班车上下车人数为428人，考虑到428人属于两分钟通过内地铁闸门的人员数，并不能涵盖地铁车站内的所有人，因此在本研究拟定地铁车站内的乘客数值修正参数为2，即856人，其中2人为坐轮椅的老人及其监护人员，另外地铁站中还有18名工作人员。综上，地铁车站X内共有疏散人员874人。

(2)连通商业疏散人数。根据《建筑设计防火规范》GB 50016—2014(2018版)，结合商业建筑实际，确定商业段疏散人数，如表1所示。

表1 面积折算结果及最终疏散人数

2.2.2 移动速度

综合年龄、性别等多因素，最终确定人员移动速度如表2所示。

表2 各年龄段男女移动速度表[21]

2.2.3 乘客分布

地铁段按儿童5% 青少年51%，中年38%，老年6%[21]，连通商业中的人员分布按青年40%、儿童20%、中年20%，老年20%的比例进行仿真。

3 防火卷帘控制方式对人员疏散影响分析

3.1 “一步降”和“两步降”控制方式对疏散的影响

对于地铁及与其连通的商业广场，一般情况下时地铁段与商业段在连通处各设置一道防火卷帘，由两方分别控制，为了简化模拟条件，所指“一步降”“两步降”及下降的高度均指两道卷帘耦合动作后的情况。

当连通通道防火卷帘“一步降”时，防火卷帘下降后完全分隔成地铁段和商业段两个独立疏散主体，当采用“两步降”控制方式时，防火卷帘不动作或防火卷帘下降到距楼板1.8 m处，不会影响疏散路径，当第二步动作后卷帘下降至楼板面，因此从人员疏散角度，“一步降”或“两步降”的控制方式影响不大，关键的影响因素是卷帘动作后下降到底的时间。

3.2 防火卷帘下降时间对人员疏散影响

不考虑突发事件报警信号的延迟，假定地铁及与其连通的商业建筑疏散同时进行，为探究地铁与其连通的商业间防火卷帘下降时间对人员疏散的影响，设定如表3所示7种疏散工况。

表3 不同防火卷帘下降时间工况仿真结果

商场由于出口多，模拟结果显示无商业段人员借用地铁出口进行疏散，但地铁人员疏散中会借用商场出口疏散，印证了张晋等[14]的研究结论——“与地铁连通型商业空间的开发与利用不会对地铁人员疏散造成影响”。从表3可知，卷帘下降延时时间越长，人员所需安全疏散时间越长，在卷帘180 s下降到底的情况下，地铁疏散时间最长，连通商业段疏散时间也最长，原因在于疏散118.4 s时有7名地铁人员选择通过防火卷帘从商场出口疏散，但此时防火卷帘已下降到底，此人群不得不折返回地铁，导致地铁人员疏散时间增加，特别是折返的7人，贻误了疏散的最佳时机。当防火卷帘300 s下降到底的情况下，与卷帘不动作工况下人员疏散时间接近，仅增加4.2 s，增加0.56%，且地铁段疏散用时246.2 s，较卷帘不动作工况减少23.2 s，减少9.34%。卷帘下降时间超过300 s后，由于地铁段疏散已经完成，商业段人员独立疏散，总体疏散时间不再变化。因此综合总体安全疏散时间、地铁疏散时间角度，防火卷帘分别控制的情况下不论采取“一步降”还是“两步降”，只要保证突发事件发生后采用300 s下降到底的控制方式是最优的。

经过7种工况下的仿真，所有情况下都是连通型商业段疏散时间最长，虽然地铁段安全出口2个，连通商业段安全出口25个，表明安全出口数量不是决定疏散时间的唯一因素，初始疏散位置人员密度对疏散影响巨大。

3.3 延时疏散时间对人员疏散影响

地铁及与其连通的商业建筑应急疏散指示系统分别独立设置，若突发事件发生在地铁或商业段两者之一的区域，根据突发事件发生区域和其他区域所需安全疏散时间模型，突发事件发生后信息传递导致其他区域人员疏散要晚于突发事件发生区域人员，为分析此段延时时间对人员疏散影响，本部分将以“突发事件发生在地铁，商业延时疏散”及“突发事件发生在商业，地铁延时疏散”两种情况探讨疏散延时时间的影响，拟定仿真情景如表4所示。

表4 延时疏散仿真工况及疏散时间

突发事件发生在地铁时，商业段延时疏散60 s和120 s两种情况下，商业段延时60 s时总体疏散时间767.9 s，较同时疏散模式增加17.3 s，增加了2.25%，地铁段疏散时间246.3 s，较同时疏散模式增加0.2 s，增加了0.08%，商业段延时120 s时总体疏散时间834.9 s，较同时疏散模式增加84.3 s，增加了11.23%，地铁段疏散时间254.9 s，较同时疏散模式增加8.8 s，增加了3.58%。总的来说，商业段延时导致总体疏散时间和地铁段疏散时间都较同时疏散模式下所需疏散时间增加，且商业段延时时间增加幅度明显，对地铁及其连通商业疏散不利。

突发事件发生在商业，地铁延时疏散时间越长，虽然总疏散时间相对同时疏散模式的750.6 s有所减少，但地铁段人员疏散时间增幅过大，且两种地铁延时疏散情况下，地铁疏散时间均超过了《地铁设计规范》第8.3.10条规定的6 min事故疏散时间要求。

综上，对于地铁连通商业建筑，不论突发事件发生在地铁段还是商业段，都是两个部分同时疏散时对疏散最有利，要求地铁及其连通的商业建筑在突发事件响应中实现“无缝对接”。

4 结论

(1)地铁连通型地下空间商业建筑紧急情况下，无商业段人员借用地铁出口进行疏散，但地铁人员疏散中会借用商场出口疏散，印证了“与地铁连通型商业空间的开发与利用不会对地铁人员疏散造成影响”的结论。

(2)地铁及与其连通型地下空间商业建筑紧急情况下人员疏散过程中，虽然地铁出口数量少于商业段，但地铁段疏散用时短，连通商业建筑段疏散用时长，表明疏散场所人员密度对疏散影响巨大。

(3)地铁及与其连通型地下空间商业建筑的防火卷帘“一步降”或“两步降”控制方式对于人员疏散影响不大。

(4)防火卷帘下降延时时间越长，人员所需安全疏散时间越长，在卷帘180 s下降到底的情况下，地铁及连通商业建筑疏散时间均最长，是最不利的控制方式。

(5)当防火卷帘300 s下降到底的情况下，与卷帘不动作工况下人员疏散时间接近，仅增加4.2 s，增加0.56%，且地铁段疏散用时246.2 s，较卷帘不动作疏散模式减少23.2 s，减少9.34%。从总体安全疏散时间、地铁疏散时间角度，防火卷帘分别控制，不论采取“一步降”还是“两步降”的控制方式，突发事件发生后采用300 s下降到底的控制方式是最优的。

(6)对于地铁连通商业建筑，不论突发事件发生在地铁段还是商业段，都是两个部分同时疏散对疏散最有利。