铁路车辆疏散仿真方法与应用

刘高坤

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430000）

1 前言

我国标准轨距、钢轮钢轨型客运轨道交通体系主要由高速铁路、城际铁路、市域铁路及普通轮轨式城市轨道交通构成［1］。由于受到城市规划、地形或地面复杂环境限制，城市轨道交通线路大多采用地下敷设，高铁、城际、市域等不同型式铁路也越来越多地采用隧道的敷设方式。

地下隧道的敷设形式同时也带来了救援疏散问题，如发生火灾等事故，隧道内半封闭环境将不利于人员的疏散。不同铁路制式、不同疏散方式列车上人员疏散效率也各不相同。本文旨在提出一种研究不同铁路车辆疏散仿真的方法，并通过对几种典型铁路车辆进行疏散仿真，研究其疏散效率，并进行分析。

2 铁路车辆疏散要求

2.1 不同规范对车辆疏散的要求

（1）地铁

《地铁安全疏散规范》（GB／T 33668—2017）对区间疏散要求：可采用应急疏散平台疏散和道床疏散两种方式。采用道床疏散时，列车端车应设置前端门作为乘客紧急疏散门，并配置下车设施，车辆端门宽度不小于600 mm，高度不小于1 800 mm；采用应急疏散平台作为疏散通道时，车辆侧门应开启作为紧急疏散门，疏散平台宽度一般不小于700 mm［2］。

而《地铁快线设计标准》（CJJ／T 298—2019）对100 km／h～120 km／h的地铁地下段单线疏散平台宽度要求一般不小于1 m［3］。

（2）市域铁路

《市域铁路设计规范》（T／CRSC 0101—2017）对市域列车应急设施的要求：车辆可采用端门或侧门疏散方式。车厢间贯通道宽度不小于1 200 mm，高度应不小于1 900 mm；隧道内应设贯通疏散通道，可利用侧向沟盖板或低于车厢地板150 mm～200 mm设疏散平台作为疏散通道，单线疏散通道宽度一般不小于750 mm，高度不小于2.2 m［4］。

《市域快速轨道交通设计规范》（T／CCES 2—2017）要求车辆可采用端门疏散或指定侧门疏散，采用端门疏散时应配置下车设施。车厢间贯通道宽度不应小于1 200 mm，高度不应小于1 900 mm。疏散平台宽度单线一般不小于800 mm［5］。

近年来，随着人们对消防安全的重视，轨道交通项目对隧道内的侧向疏散通道宽度标准逐渐提高，一些城市也提出了1.1 m宽的要求（如上海机场联络线）。

（3）高铁和城际铁路

《城际铁路设计规范》（TB 10623—2014）对隧道内疏散通道宽度的要求是不小于1 m［6］。

《高速铁路设计规范》（TB 10621—2014）要求隧道内救援通道宽度不小于1.5 m［7］。

2.2 不同车型的疏散方式

2.2.1 城市轨道交通列车疏散方式

按照地铁安全疏散规范要求，目前城市轨道交通的主要疏散方式有端门疏散和侧门疏散。近几年发展迅速的市域铁路，其运营模式向地铁靠近，疏散要求和疏散设施配置也与地铁相似。

（1）端门疏散

由于城市轨道交通车辆一般运营速度较低，列车头部采用非流线型设计，因此可在列车司机室前端设置紧急疏散门，在紧急情况下作为一种逃生手段，使乘客从列车两端安全地疏散至道床。高架或未设置疏散平台的区域发生紧急情况利用端门疏散。

（2）侧门疏散

侧门疏散时，侧门作为紧急疏散门，区间设置相匹配的疏散平台，疏散平台贯通整个区间，地铁的疏散平台高度一般低于车厢地板100～200 mm。每隔一段距离设置台阶连接疏散平台和道床面。当列车发生火灾或其他故障停在区间时，乘客通过侧门疏散到疏散平台，再经疏散平台或道床面步行至车站、风井等安全场所。

2.2.2 国铁列车的疏散方式

国铁动车组车门宽度一般在660～1 300 mm之间，高速度等级列车由于空气动力学和气密性要求，头车无法设紧急疏散端门，只能采用侧门疏散方式，并在列车上配置应急疏散梯，紧急疏散时由乘务员安装便携式疏散梯引导乘客疏散。部分国铁车型（如CRH5）为适应低站台，车门处设有踏步，亦可实现乘客紧急侧门疏散。

3 不同车型列车疏散仿真分析

地铁端门疏散由于利用道床做疏散通道，可以不再考虑单独设纵向疏散平台，从而控制土建规模，节省土建投资；从区间的整体疏散效率来看，疏散通道宽度决定了整体的疏散时间，但采用侧门疏散，则为列车疏散提供了更多的疏散门，有利于列车疏散，尤其在车厢发生火灾的时候，采用侧门疏散，能更快地将人员疏散至列车外［8－9］。采用何种疏散方式通常需要结合工程条件综合考虑，而不少地铁采用了疏散平台侧门疏散＋端门疏散的组合疏散系统，以提高疏散效率。

国铁线路因其速度高、站间距大，隧道占比小，载客量小，且列车配有乘务员等特点，从安全性和经济性综合考虑，采用疏散梯疏散。

疏散时间是衡量轨道交通列车因火灾等事故在区间故障停车时人员安全的重要指标，影响疏散时间的因素主要有：（1）疏散方式；（2）紧急疏散门的宽度、数量和位置；（3）车辆内部结构，如座椅布置、中部通道宽度、贯通道宽度；（4）载客量。

本次研究提出利用 Pathfinder软件，以地铁A型车、市域D型车和CRH6F型车为例，建立车辆疏散模型，进行应急疏散仿真和分析［10］。

3.1 疏散模型参数选取和模型建立方法

在Pathfinder车辆疏散模型中，车厢内可活动区域、疏散梯和疏散平台之间相互连通。疏散平台两端设有逃生出口，疏散人员则被模拟为圆柱体，疏散人员的行为设置为走向逃生出口。

根据《中国成年人人体尺寸》（GB 10000—1988）［11］中统计的人体肩宽尺寸，本次仿真研究选取平均值363 mm作为单个疏散人员模型的肩宽值，疏散时的人员平均步行速度取1.1 m／s。人员的疏散行为采用更符合试验数据的Steering模式，在该行为模式下，疏散人员体积不可相互重叠，且靠近的人员之间会相互影响［12］。

本次仿真过程中，对相应的人员疏散行为和边界条件假设如下：

（1）所有乘客服从工作人员的指令，不携带行李、无人员逆行、过道无障碍。

（2）不考虑中部车辆着火等因素影响疏散路径。

（3）不考虑疏散准备。

（4）疏散人员数量为车辆允许的最大载客量。

3.2 地铁A型车侧门疏散仿真分析

以某城市地铁A型车辆特征和参数为例建立地铁A型车疏散仿真模型，主要参数如表1所示。仿真的疏散过程为：乘客经过各车厢的侧门到达应急疏散平台，所有乘客均到达疏散平台时，则认为列车的疏散过程结束。

表1 地铁A型车疏散建模参数

建立仿真模型如图1所示，通过计算分析得到疏散仿真的车厢剩余人数－时间关系，如图2所示。

通过对车厢剩余人数－时间关系曲线和仿真三维视频进行分析，可以发现：超员工况下总疏散时间为1 350 s；由于列车疏散的侧门共有30樘，因此在疏散最初的50 s内，从列车上疏散了近700人，但是由于疏散平台的限制，最终车内和疏散平台上的乘客拥堵在头车的第一樘侧门处，所以导致整体疏散时间反而较长。

3.3 市域D型车端门疏散仿真分析

目前国内采用市域D型车的线路主要有北京大兴机场线、温州市域S1线、台州市域铁路S1线。本次以某市域D型车辆特征和参数为例建立市域D型车疏散仿真模型，主要参数如表2所示。车辆端车设置端门，采用横纵结合的座椅布置形式。仿真的疏散过程为：在紧急疏散时，乘客经过司机室与客室之间的门，进入到司机室，再经过司机室的紧急疏散门疏散至道床面，全部人员到达道床面则认为疏散结束。

表2 市域D型车疏散建模参数

建立车辆疏散模型如图3所示，通过计算分析得到市域D型车疏散仿真的车厢剩余人数－时间关系曲线，如图4所示。由车厢剩余人数－时间关系曲线可知，整个列车人员疏散过程中，疏散速率基本固定，超员工况下总疏散时间为1 545 s。

通过分析仿真的三维仿真结果，可以看出车内疏散时乘客拥堵主要发生在客室通往司机室的门通道处，因此增加司机室与客室之间门的宽度将有助于提升端门疏散效率。

3.4 城际动车组疏散仿真分析

相比国铁CRH系列的各型动车组，CRH6F城际动车组专为城际线路打造，适应大运量旅客运输需求。国内运行CRH6F动车组的线路主要有长株潭城际、宁波－余姚铁路、上海金山铁路以及珠三角城际等。本次研究以CRH6F城际动车组为例进行分析，车辆主要参数如表3所示。

表3 CRH6F型车疏散建模参数

一般国铁车的紧急疏散梯配置在两端车厢，本次仿真按照疏散梯安置在2车和7车的1位端车门来考虑，疏散救援通道宽度按规范要求的最小宽度1 m来考虑。仿真的疏散过程为：在紧急疏散时，乘客经过2车和7车紧急救援梯疏散至侧面的疏散救援通道，全部人员到达疏散通道，则认为疏散结束。

利用Pathfinder建立三维疏散模型如图5所示，通过计算分析，得到CRH6F动车组疏散仿真的车厢剩余人数－时间关系曲线，如图6所示。

由图6可知，整体的疏散速率基本固定，这取决于救援梯的疏散能力，超员工况下总疏散时间为1 322 s。而疏散仿真结果则清楚地展示出，由于2＋2的横排座椅布置，座椅间的过道宽度较窄，在疏散过程中，人员主要集中拥堵在座椅间过道和车厢贯通道区域。

4 结束语

列车疏散一般采用应急演练方式进行，但由于涉及人员较多、组织困难，且存在一定的安全隐患，因此本文提出利用Pathfinder疏散仿真软件建模的方法研究轨道交通列车疏散问题，并通过对地铁6编组A型车侧门疏散、8编组市域D型车端门疏散和8编组CRH6F城际动车组紧急救援梯疏散三种不同类型列车应急疏散进行仿真，验证了该方法的可行性，并得出以下结论：

（1）6编组A型车侧门疏散、8编组市域D型车端门疏散和CRH6F紧急救援梯疏散的超员疏散总时间分别约 1 350 s、1 545 s、1 322 s。

（2）地铁列车侧门配合疏散平台的疏散方式，虽然可作为疏散的侧门数量较多，但受限于疏散平台狭长的条件，经侧门已下到疏散平台的乘客容易和列车上的乘客拥堵在头车的第一樘侧门处。

（3）在端门疏散中，主要影响疏散效率的是司机室与客室之间的门通道和紧急疏散门的宽度。

（4）CRH6F城际动车组采用紧急救援梯疏散时，由于其车厢座椅布置的影响，座椅间过道较窄，对疏散效率的影响较大。

本文通过疏散仿真软件对不同类型列车的紧急疏散进行仿真研究，结合不同列车的疏散过程，找出影响疏散效率主要因素，对后续铁路项目车辆选型和车辆疏散系统设计具有一定的参考意义。