鐵路客運站人員疏散安全風險模擬研究

白 元

（新疆維吾爾自治區安全科學技術研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

0 引言

鐵路客運站是與人們生活密切相關的公共建筑，是人員密集的場所，必須確保安全。近年來，隨著經濟的發展，全國鐵路旅客發送量增長迅猛，根據國家鐵路局統計公報顯示，從2000年的16.76億人增至2017年的30.84億人，年均增長8.3%。為了滿足越來越多旅客的出行需求，國內各大城市相繼建成大型現代化綜合交通客運樞紐站，現代大型鐵路客運樞紐站在很大程度上改變了傳統的客運組織模式，主要表現是建筑結構復雜、建設規模宏大，交通功能范圍更廣、空間更大。鐵路客運站不僅成為聯系城市之間交通的重要節點，而且成為融商業、服務、餐飲、娛樂等為一身的城市商圈。客運站內的客流密集度高、人員組成復雜，人員對周圍環境都不熟悉，是易發生緊急突發事件的公共區域。一旦出現緊急情況等突發事件，隨時可能發生旅客混亂、行為舉止失常、精神異常、盲目自救等情況，給緊急情況下的人員應急安全疏散造成很大壓力，極有可能造成跌倒、踩踏等次生事故。

鐵路客運站作為人員密集場所，無法開展真實疏散演習，人群仿真成為目前對建筑疏散性能評估的重要方法，廣泛應用于各類型大型公共建筑[1-2]。隨著1980年第一個計算機疏散模型BFIRES的誕生[3]，近30年來疏散模擬技術獲得了長足進步，疏散模擬軟件、人員疏散仿真軟件常用的有Pathfinder、Simulex、Building EXODUS、Anylogic、Legion、STEPS等[4]。國內研究人員開發的人員疏散分析軟件有Guarder、Safe-Go、MTRPedSIM、EVACUATOR[5]。Pathfinder是一套由美國的Thunderhead Engineening公司研發的簡單、直觀、易用的新型智能人員緊急疏散逃生評估系統。本文選用Pathfinder仿真模擬軟件，以烏魯木齊站空間建筑結構、客流時空分布規律、人員行為特征、疏散設施能力為基礎，建立仿真環境，并且根據疏散允許時間和人員疏散距離，對烏魯木齊站疏散能力進行分析，推導出了烏魯木齊站的最大允許容納的人員數量，對指導鐵路客運站人員進行合理疏散、制定最佳緊急疏散預案具有十分重要的現實意義[6-7]。

1 研究概況

1.1 烏魯木齊站概述

烏魯木齊站為樞紐內主要客運站，2016年8月建成通車，車站為高普（高速和普速）合場布置，高鐵新客站占地0.75km2，建筑面積11萬平方米，新客站建筑分地上兩層，地下一層，烏魯木齊站旅客空間疏散人數按設計高峰發送量8200人/h，根據《鐵路旅客車站建筑設計規范》，該站建設規模為大型站。

1.2 模型建立

根據Pathfinder仿真軟件模擬需求，實地調研烏魯木齊站，搜集相關數據，基于烏魯木齊站概況建立了1：1比例的建筑仿真環境，如圖1。

1.3 模擬條件設定

在仿真參數設定中，根據《中國成年人人體尺寸》（GB/T10000-1988E），肩寬的取值依靠我國標準來確定，男性肩寬設定為區間[37.5cm，47.5cm]內隨機分布，女性肩寬確定為區間[35.1cm，45.1cm]內隨機分布。根據現場調研數據，并結合國內外典型疏散模型中的人員速度，仿真人員特征參數設定，見下表。

圖1 烏魯木齊站建模圖Fig.1 Modeling of the Urumqi railway station

表 人員特征表Tab Description of personal characterizes

根據烏魯木齊站不同時期、時段旅客高峰期進站人數統計：日常高峰時段平均每小時6000人，每周末高峰時段平均每小時6400人，小長假高峰時段、冬春暑運高峰時段平均每小時7200人。冬春暑運疊加小長假和周末高峰時段平均每小時6545人。考慮到安檢緩慢造成旅客積壓、部分乘客提前到達車站候車和高峰時段中的最高峰時刻人流量最大等情況，在仿真中人員數量設定為8200人。模擬結果，如圖2、3。

2 人員疏散模擬分析

2.1 疏散時間分析

圖2 烏魯木齊站疏散模擬情況Fig.2 Simulation of evacuation in Urumqi railway station

根據模擬結果可以看出，進站大廳在0～30s人數快速下降，在30s后由于候車廳外、候車廳和售票廳人員疏散到進站大廳，從而使30～123s人數再次迅速上升，最高人數為201人，然后呈迅速下降趨勢，在168s后疏散完畢。售票廳疏散開始后人數呈迅速下降趨勢，在74s后疏散完畢。候車大廳在0～43s由于候車廳人員疏散出來，人數呈迅速上升趨勢，最高人數為328人，然后呈迅速下降趨勢，在141s后疏散完畢。候車廳由于疏散較為集中，人數呈緩慢下降趨勢，分別在150s、113s后疏散完畢。商業區由于疏散距離較長，人數呈緩慢下降趨勢，分別在82s、64s后疏散完畢。從高架層疏散的人員，最后一名疏散結束的時間為224.5s，從站臺疏散的人員，最后一名疏散結束的時間為233.8s。從疏散整體圖中可以看出，人員在15s時通過疏散出口開始逃生，在15～53s時，出口疏散總人數（106人）的斜率較小，主要是因為前期距離疏散出口近的疏散人員較少，此時疏散的客流大部分是位于候車廳以外的客流。在53～200s時，出口疏散總人數（8019人）的斜率較大，說明人員疏散較為順暢，隨著時間推移人員疏散速度有所放緩，在233.8s 最終疏散 8310人。

圖3 烏魯木齊站疏散出口模擬情況Fig.3 Simulation of evacuation of exists in Urumqi railway station

根據《NFPA130》《鐵路旅客車站建筑設計規范》《建筑防火設計規范》[8-9]等相關行業標準要求，對鐵路客運站的旅客疏散運動時間不大于5min。烏魯木齊站最小疏散時間16s，最大疏散時間233.8s，平均疏散時間為131.7s，根據安全疏散時間公式，火災報警時間和人員預動作時間之和取1min，得出在高峰小時發送量8200人情況下，烏魯木齊站的整體疏散時間為393.8s，超出相關規范中車站必要安全疏散時間6min的要求。主要原因是烏魯木齊站南廣場尚未建設完成，疏散設施未全部投入使用，影響了疏散效率。同時在疏散高峰期，候車廳檢票閘機有效疏散寬度驟減形成疏散瓶頸，除無障礙檢票閘機為0.9m寬外，人工檢票口和自動檢票閘機寬度都為0.6m，每個閘機僅容1人通過，這使得在突發狀況下，蜂擁而至的人群到達閘機處時大量擁堵，從而形成了疏散瓶頸。根據《鐵路工程設計防火規范》《建筑設計防火規范》《地鐵設計規范》[10]相關行業標準，安全疏散的距離不得大于50m，從烏魯木齊站人員疏散距離來看，最小疏散距離8m，最大疏散距離196.9m，平均疏散距離84.9m，人員疏散距離超出了相關規范的安全疏散距離。主要是因為鐵路客運站屬于交通建筑，高大空間多切功能性強，造成在候車廳現有格局下防火分區的面積突破了規范，造成人員疏散距離超出了相關規范的安全疏散距離。

2.2 疏散能力分析

根據模擬結果可以看出，進站大門1、5出口通行能力分別為0.1人/s和0.43人/s，通行能力最小，主要原因是出口寬度為170cm，并且位于疏散通道兩側，因此疏散人員會根據就近原則選擇出口。進站大門3出口居中，且與出站單向門垂直，通行能力從而呈現出與出站出口通行能力一致的變化趨勢。進站大門2、4出口通行能力分別為1.31人/s和1.24人/s，承擔了絕大部分的客流，存在通行能力先達到峰值，然后逐漸降低，然后又經歷一個峰值后回到零的過程。落客平臺2、3、4、5出口的通行能力相差不大，在疏散初期到中期通行能力呈逐漸上升趨勢，1出口通行能力較小，這一原因與疏散人員選擇前一出口的原因直接相關，疏散人員根據就近原則選擇了距離更近的出口進行逃生。基本站臺出口通行能力變化趨勢較小，通行能力分別為0.34人/s和0.66人/s。其余7個站臺通行能力相差不大，通行能力在5.71～7.27人/s之間。根據HCM2000標準服務水平[11]，疏散人員排隊服務水平在A-D級以內，疏散人員樓梯服務水平在A-E級以內，疏散人員通道服務水平在A-E級以內，烏魯木齊站樓梯、扶梯、閘機、出入口通道等能力能夠滿足《地鐵設計規范》中對應急疏散能力的要求。

3 結論

本文通過對鐵路客運站烏魯木齊站進行人員疏散的仿真模擬研究，由Pathfinder建立的模型可以準確的模擬鐵路客運站突發狀況下人員疏散時的基本狀況，是一種有效的疏散安全風險評估方法，能夠為突發事件應急預案制定提供依據。在設計高峰小時發送量8200人情況下，最小疏散時間16s，最大疏散時間233.8s，平均疏散時間為131.7s。疏散人員從高架進站大門疏散的疏散時間為224.5s，疏散人員從站臺疏散的疏散時間為233.8s，并且候車廳商業區人員疏散時間最長。結合模擬結果，加上火災報警時間和人員預動作時間得出烏魯木齊站的整體疏散時間為393.8s，超出國家規定中車站必要安全疏散時間6min的要求，仍有許多問題有待進一步的研究和探討。模擬結果能夠顯示出疏散高峰時造成人員擁擠的疏散瓶頸，為改進疏散方案及措施起到一定指導作用。