地鐵火災(zāi)人員疏散仿真分析及其應(yīng)對措施

汪海

摘要：地鐵車站人流量大，一旦發(fā)生火災(zāi)后果十分嚴(yán)重。文章分析了乘客在火災(zāi)事故中的行為規(guī)律，使用計算機的仿真模擬技術(shù)，建立了火災(zāi)人員疏散的仿真分析模型；接著應(yīng)用相關(guān)仿真程序，對地鐵火災(zāi)人員疏散的時間影響進行了仿真分析；最后探討了各崗位人員在火災(zāi)事故中應(yīng)采取的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：地鐵火災(zāi)；仿真分析；人員疏散；人口密度

中圖分類號：U231文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0044-03

地鐵火災(zāi)一旦發(fā)生，人員疏散是減少事故損失的關(guān)鍵。但由于地鐵火災(zāi)的試驗研究具有成本高、試驗時間長、所需試驗人員多等缺點，在地鐵的設(shè)計階段，無法通過實驗對人員疏散等問題進行研究。因此，計算機仿真成為了研究地鐵火災(zāi)事故中常用的方法，本文通過對深圳地鐵火災(zāi)人員疏散進行仿真分析，探討了地鐵火災(zāi)事故中的注意事項，同時提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

一、地鐵火災(zāi)人員疏散仿真模型的建立

（一）地鐵火災(zāi)發(fā)生時人員的行為反應(yīng)

1．地鐵站工作人員的行為?；馂?zāi)發(fā)生時，地鐵工作人員具有報警、幫助乘客逃生、參與滅火等職責(zé)。其行為有一定職責(zé)性和目的性。

2．乘客的行為。發(fā)生地鐵火災(zāi)時最危險的行為是乘客產(chǎn)生恐慌。一般情況下，人在火災(zāi)發(fā)生時會盡可能逃離火災(zāi)現(xiàn)場。但如果因恐慌喪失了判斷力，多數(shù)人會選擇盲從，而導(dǎo)致?lián)頂D、爭搶等行為。由于乘客在地鐵中占了絕大部分，所以此次仿真分析的主要研究對象是乘客。

（二）火災(zāi)情況下人員的運動規(guī)律

一般，火災(zāi)時人員逃生速率v（米／秒）與當(dāng)時的人流密集度（人／平方米）及通道寬度b（米）有很大關(guān)系。人流密集度越大，逃生速率越慢。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)逃生速率與人員密度的關(guān)系如下：

（1）

考慮人行走的差異，逃生速率應(yīng)乘上折算系數(shù)，即有。圖1所示即為人的行走速率和人流密度的關(guān)系圖。

圖1人的行走速率和人員密度關(guān)系圖

（三）人員疏散仿真模型

應(yīng)用元胞自動機的原理，文章建立了人員疏散仿真模型。所謂的元胞自動機原理，是指將一個矩形的平面分成為若干網(wǎng)格，每一格點都代表一個元胞或基本單元，其狀態(tài)值為1與0分別對應(yīng)著網(wǎng)格上的實格與空格。在設(shè)定規(guī)則下，網(wǎng)格上的實格與空格按一定規(guī)則進行變化，以體現(xiàn)單元格時間、空間及狀態(tài)的隨機演化狀態(tài)。

在實際火災(zāi)逃生過程中，每個人都會按照自身情況和周圍環(huán)境等因素做出判斷和決定。大致上，可將影響乘客行為反應(yīng)的因素分為三類：（1）靜態(tài)場景的影響。如乘客會按照車站的平面布局判斷出出口位置，以確定逃生方向。（2）動態(tài)場景的影響。如乘客疏散過程中的交流或從眾行為。（3）火災(zāi)產(chǎn)物的影響。如火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣、聲音和顏色等將對乘客的逃生行為產(chǎn)生影響。

以上三種因素對人員疏散模型的影響可用式（2）表征如下：

（2）

其中：

是人員進入單元格（m，n）的概率，0≤＜1。是正規(guī)化因子，使所有能夠進入單元格的人員概率和為1。是位置吸引系數(shù)，表征車站的形狀和出口布置影響乘客行為的程度，。是方向吸引系數(shù)，表征乘客相互之間影響的程度，。是火災(zāi)影響系數(shù)，表征火災(zāi)場景影響乘客行為的程度，。指元胞（m，n）的狀態(tài)，=1時表示有人或物占據(jù)，不能進入，=0則表示無人或物占據(jù)，能夠進入。指動態(tài)場，表征人群的相互影響，（如在人員疏散的過程中廣播指引乘客疏散至某處，該單元格的動態(tài)場增大，表示更多乘客會到達該單元格）。指靜態(tài)場，表征地鐵站結(jié)構(gòu)、出口位置等因素對人員行為反應(yīng)的影響，（通常情況下，距出口越近的地方靜態(tài)場值越大）。指火災(zāi)影響力，的值取得越小，表明該處越接近火源，。

二、地鐵火災(zāi)人員疏散仿真分析

（一）仿真所選案例和相關(guān)條件

本文以深圳地鐵站中典型的雙層島式車站作為研究對象進行仿真，這種類型的車站設(shè)有站臺層、站廳層共兩層。一般在站廳層設(shè)有與外界聯(lián)系的通道和出入口，站臺層和站廳層通過四座人行樓梯相通（目前新的《地鐵設(shè)計規(guī)范》：允許使用自動扶梯疏散，但考慮到緊急情況下自動扶梯的不安全性，按最惡劣的疏散情形計算，即不考慮自動扶梯的疏散能力）。列車設(shè)有6節(jié)車廂（滿載時共1680人）。站內(nèi)疏散人員的類別為成年男性和女性、小孩及老人。

（二）仿真結(jié)果的分析

1．火災(zāi)對人員疏散的影響。在式（2）中，是火災(zāi)影響系數(shù)。沒有發(fā)生火災(zāi)時，其值為0；發(fā)生火災(zāi)時其值大于0，一般取=0.4?；鹪窗l(fā)熱率參考相關(guān)的資料，在地鐵內(nèi)起火時取為10MW，移動可燃物則取為5MW。根據(jù)仿真結(jié)果所得的人員疏散時間如表1所示。

從表1可知：（1）有無火災(zāi)時人員疏散所用時間相差并不明顯，最大時相差不足35s，這表明在火災(zāi)沒有達到危險狀態(tài)之前，火災(zāi)的影響不是很明顯；（2）火源發(fā)熱率為10MW時的人員疏散時間要比發(fā)熱率為5MW時長約4.18%，這表明火勢越大，對人員的疏散就越不利。因此，控制火勢蔓延對減少人員傷亡有著重要意義。

2．出口條件對人員疏散的影響。

（1）出站口閘機。閘機處通常是疏散人員的瓶頸。仿真結(jié)果顯示，疏散2500個人，有閘機比沒有閘機所需的疏散時間長了近100s，這不滿足設(shè)計規(guī)范的相應(yīng)要求。應(yīng)采取特別的措施來加強閘機處的人員通行能力，如設(shè)置沒有閘機的緊急疏散口或者是采用雙向閘機。目前，國內(nèi)地鐵采取的通行措施是在發(fā)生火災(zāi)后，由車站值班人員緊急釋放閘機并人工打開邊門通道。

（2）出口的個數(shù)。圖2所示為三個及四個出口時所需疏散時間的仿真結(jié)果。由圖可知，兩者相差不多，即增加過多的出口數(shù)量對疏散效率的提高影響不大。

3．樓梯的寬度對人員疏散的影響?；馂?zāi)發(fā)生時，人員疏散所需的時間與站臺層和站廳層之間的樓梯數(shù)量及寬度有著直接關(guān)系。此次仿真取站臺層與站廳層間有四座樓梯，左邊樓梯寬度取為2.5米，右邊為1.5米。根據(jù)我國的《地鐵設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，樓梯設(shè)計應(yīng)按發(fā)生事故時疏散時間不大于6分鐘進行驗算。則由圖3可知，這種樓梯所能容納的最大的安全疏散人群數(shù)為4000人。由圖3還可以看出，2500人處是一個“拐點”（疏散時間為268s），此時的疏散效率最高。

三、地鐵火災(zāi)事故中各崗位人員的應(yīng)對措施

正確應(yīng)對地鐵火災(zāi)事故，明確各崗位人員的相關(guān)職責(zé)，按照制定好的火災(zāi)處理程序、方案和措施進行火災(zāi)補救，能夠在很大程度上減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

（一）乘客的應(yīng)對措施

地鐵火災(zāi)發(fā)生在列車上或車站內(nèi)，乘客往往是第一時間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的，如果掌握一定的應(yīng)對措施，是保證地鐵火災(zāi)快速得到處置的關(guān)鍵因素。地鐵發(fā)生火災(zāi)后，乘客應(yīng)采取的主要措施：（1）第一時間報告，在車站可以就近尋找工作人員或按壓手動報警按鈕、使用乘客對講系統(tǒng)報告車控室，在列車上應(yīng)通過乘客緊急通訊裝置報告司機；（2）列車行駛過程中，千萬不要使用緊急解鎖手柄，避免造成列車區(qū)間停產(chǎn)；（3）嘗試使用滅火器撲救；（4）盡量遠離火源，按照地鐵工作人員指示疏散。

但是，由于目前國內(nèi)的乘客普遍缺少逃生應(yīng)急知識，運營單位應(yīng)加大公眾安全和應(yīng)急知識培訓(xùn)。

（二）司機的應(yīng)對措施

司機在地鐵火災(zāi)事故中職責(zé)重大，其采取的應(yīng)對措施正確與否，直接關(guān)系著乘客的生命安全。在列車火災(zāi)事故中，司機應(yīng)采取的主要措施：（1）接到乘客火災(zāi)報警后，立即向行車調(diào)度員報告，盡可能將列車運行（不關(guān)閉空調(diào)）至前方車站再疏散乘客。（2）告知乘客火災(zāi)事故相關(guān)處理辦法，安撫乘客情緒。（3）到達前方車站后，確認(rèn)車門和屏蔽門打開。（4）疏散好乘客后立即降弓。（5）列車在迫停區(qū)間時，須與行車調(diào)度員一起確認(rèn)疏散方向，并組織乘客的疏散。（6）后續(xù)司機一旦發(fā)現(xiàn)前面發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)立即停車，向行車調(diào)度員報告，并按相關(guān)指示行車。

（三）車站的應(yīng)對措施

收到火災(zāi)報告后，車站須立即報告OCC，并使用廣播向乘客發(fā)出疏散指引，告知乘客如何撤離，同時指派車站工作人員組織和引導(dǎo)乘客的快速撤離，將站內(nèi)的混亂局面控制到最低，開放車站所有的閘機及安全出口。此外，車站還須組織人員對火災(zāi)進行初期的撲救及傷員的搶救。

（四）OCC的應(yīng)對措施

列車火災(zāi)下，應(yīng)對措施：（1）報110、120，封鎖住火災(zāi)發(fā)生區(qū)間，停止運行火災(zāi)發(fā)生車站及其有關(guān)車站。（2）判斷火災(zāi)情況，以指示列車是否繼續(xù)前行或是組織人員撤離。（3）對被迫停在區(qū)間隧道的列車布置好防護，并對線路中的其他列車采取相應(yīng)措施，如扣車等。（4）組織救援列車的行進，與其他調(diào)度員及車站值班員協(xié)調(diào)溝通，以準(zhǔn)備正線行車的

恢復(fù)。

車站火災(zāi)下，應(yīng)對措施：（1）報110、120，組織相鄰車站人員增援；（2）組織發(fā)生火災(zāi)車站退出服務(wù)，并監(jiān)控火勢蔓延情況，如可能蔓延至區(qū)間，應(yīng)立即組織區(qū)間停運；（3）組織后續(xù)列車，不停站

通過。

并視現(xiàn)場情況，組織對事發(fā)區(qū)域停電。

（五）總體應(yīng)對措施

火災(zāi)發(fā)生后，在OCC的指揮下由車站具體負(fù)責(zé)第一時間現(xiàn)場處理，由當(dāng)值車站的值班站長或列車司機作為應(yīng)急負(fù)責(zé)人，按照“乘客生命安全第一”的原則，采取一切措施確保乘客的疏散并開展初期火災(zāi)的撲救工作，同時啟動應(yīng)急程序，調(diào)集各方面應(yīng)急力量進行增援。在消防部門接手處理后，應(yīng)在其指揮下組織配合開展火災(zāi)處理和災(zāi)后恢復(fù)運營等工作。

四、結(jié)語

文章對地鐵火災(zāi)事故時影響人員疏散時間的因素（出口個數(shù)、閘機、樓梯寬度等）進行了仿真分析，結(jié)果表明該類型地鐵站使用四座人行樓梯和三個出站口能夠基本上滿足2500人員在火災(zāi)事故中緊急疏散的要求，但在閘機特別的措施是保證疏散效率的關(guān)鍵。另外，文章指出了各崗位人員在地鐵火災(zāi)事故中的應(yīng)對措施，這對地鐵火災(zāi)的人員疏散及傷員救治工作有著重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）