基于實(shí)際演練和仿真模擬的高速列車人員疏散行為模式

陶桂東，李 莉，張國安，Michael Kinsey，宋 楠

（1. 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司技術(shù)中心，山東青島 266000；2. 奧雅納工程咨詢（上海）有限公司消防組，上海 200030）

運(yùn)行中的高速列車發(fā)生火災(zāi)時(shí)，因其高火災(zāi)荷載、高人員密度和空間狹小等特性，會(huì)引發(fā)火勢(shì)和煙氣的迅速蔓延，造成嚴(yán)重后果。為了在火災(zāi)發(fā)生后盡快疏散車上人員，最大限度地降低火災(zāi)帶來的損失及影響，國內(nèi)外已有不少學(xué)者針對(duì)火災(zāi)時(shí)的列車人員疏散安全問題開展相關(guān)研究。

美國聯(lián)邦鐵路管理局（FRA）是較早開展鐵路車輛人員疏散實(shí)驗(yàn)的機(jī)構(gòu)之一，他們研究了出口數(shù)量、疏散目的地、應(yīng)急照明條件等因素的變化對(duì)人員疏散時(shí)間的影響，并以此評(píng)估了列車設(shè)計(jì)中可能阻礙人員疏散的各個(gè)方面［1］。瑞典［2］、英國［3］、韓國［4］和日本［5］等國家也進(jìn)行過一系列列車人員疏散研究。但這些列車人員疏散研究多針對(duì)單節(jié)車廂，無法反映實(shí)際火災(zāi)時(shí)列車各車廂間的人員流動(dòng)。

迄今，我國開展的高速列車火災(zāi)工況下人員疏散行為研究基本以仿真分析為主。林瑞熾［6］分析了動(dòng)車組的客室布局和逃生設(shè)備，提出有利于人員疏散的客室布局設(shè)計(jì)及應(yīng)急疏散策略。李莉等［7］仿真分析了不同疏散方式，提出各類火災(zāi)場(chǎng)景下的推薦逃生方案。朱杰等［8］研究了高速列車不同出口設(shè)置對(duì)于人員疏散的影響。杜璐露［9］和宋悅菡等［10］研究了高速列車不同火源位置對(duì)于人員疏散的影響。黃申石［11］、王萍［12］和戰(zhàn)飛飛［13］分別研究了過道間距、座椅間距、門寬等單因素及多因素耦合后對(duì)安全疏散時(shí)間的影響。呂偉等［14］研究了攜帶行李行為對(duì)高速列車人員疏散的影響。但以上研究多為仿真模擬，無法完全反映真實(shí)列車火災(zāi)場(chǎng)景下的人員疏散情況。

為進(jìn)一步了解火災(zāi)時(shí)的高速列車整體人員疏散情況，對(duì)高速列車疏散設(shè)計(jì)優(yōu)化和火災(zāi)時(shí)人員疏散策略提供合理建議，采用全尺寸高速列車，根據(jù)疏散出口數(shù)量及位置、人員構(gòu)成、疏散目的地、行李攜帶情況和團(tuán)體出行比例多個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，設(shè)置13 個(gè)不同的疏散場(chǎng)景，涵蓋整列站臺(tái)疏散、整列軌面疏散、單車行李疏散和單車團(tuán)體疏散共4個(gè)類別，并分別運(yùn)用實(shí)際演練和仿真模擬2 種方法，對(duì)比研究火災(zāi)情況下高速列車人員疏散的行為模式。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)基本設(shè)計(jì)

1）高速列車選型

使用時(shí)速350 km 的中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組，型號(hào)為CR400AF，定員576 人，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。整列動(dòng)車組（含頭、尾車）共有車廂8節(jié)，出口共計(jì)13 個(gè)，其中1 車、5 車和8 車各有1 個(gè)出口，其余車廂均為前后2 個(gè)出口。每個(gè)車廂均設(shè)有2 個(gè)內(nèi)端門，車廂與車廂之間、車廂與頭尾車之間均設(shè)有1 個(gè)外端門；動(dòng)車組的一位端和二位端分別指1 車方向和8車方向。

圖1 CR400AF型時(shí)速350 km中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組結(jié)構(gòu)示意圖

2）疏散場(chǎng)景設(shè)置

考慮參與疏散的車廂數(shù)量（整列疏散還是單車疏散）、疏散最終目的地（疏散至站臺(tái)、軌面還是相鄰車廂）、攜帶行李對(duì)乘客疏散是否有影響、疏散乘客個(gè)體間是否相互影響（即團(tuán)體出行人員間是否會(huì)存在結(jié)伴疏散行為）等因素，設(shè)置疏散場(chǎng)景13 個(gè)，各場(chǎng)景的設(shè)置條件及重點(diǎn)研究內(nèi)容整理見表1。整列疏散指整列動(dòng)車組全定員狀態(tài)下的疏散。其中場(chǎng)景1—7 分別研究疏散至站臺(tái)的情況（站臺(tái)疏散），場(chǎng)景1 和場(chǎng)景2 的設(shè)置參數(shù)完全相同，重復(fù)實(shí)驗(yàn)以避免偶然現(xiàn)象對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在實(shí)際演練實(shí)驗(yàn)中作為整列站臺(tái)疏散的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照組；場(chǎng)景3—7則在調(diào)整部分實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，與場(chǎng)景1進(jìn)行對(duì)比。場(chǎng)景8 研究疏散至軌面的情況（軌面疏散），乘客通過架設(shè)的2個(gè)緊急渡板進(jìn)行疏散。單車疏散指單節(jié)車廂滿員狀態(tài)下的疏散，乘客經(jīng)由車廂前后的端門疏散至相鄰車廂，適用于實(shí)驗(yàn)變量對(duì)不同車廂的影響具備一致性的場(chǎng)景。場(chǎng)景9—11 重點(diǎn)研究攜帶行李對(duì)乘客疏散的影響（單車行李疏散），場(chǎng)景12—13 在乘客中設(shè)置不同比例的團(tuán)體出行人員，重點(diǎn)研究疏散時(shí)個(gè)體間的相互影響（單車團(tuán)體疏散）。

續(xù)表

3）疏散演練人員構(gòu)成

參照國際類似演練以及中國動(dòng)車組旅客信息調(diào)研結(jié)果［15］，設(shè)計(jì)疏散演練人員的性別比例和年齡分布情況如圖2所示。從性別來看，參與者以男性為主，整列站臺(tái)疏散、整列軌面疏散和單車疏散的男性比例分別為74.3%，78.6%和64.4%。從年齡來看，參與者年齡分布廣泛，所有場(chǎng)景中總計(jì)約半數(shù)的參與者小于30歲；場(chǎng)景1—7（除場(chǎng)景5不含行動(dòng)不便人士之外）中約10%的參與者不小于60歲。此外，實(shí)驗(yàn)還在演練中設(shè)置了3名輪椅使用者，由其他乘客協(xié)助疏散，以模擬無法自行疏散的行動(dòng)不便人士。

1.2 實(shí)際演練

1）演練情況

整列疏散中，場(chǎng)景1—7 在山東青島即墨北站開展，疏散廣播結(jié)束后疏散開始，列車出口同時(shí)打開，所有乘客開始向站臺(tái)疏散；場(chǎng)景8 在中車青島四方的廠區(qū)內(nèi)開展，疏散廣播結(jié)束后，一位端的4車、二位端的6 車各打開1 個(gè)車廂門，列車乘務(wù)人員隨即在出口處架設(shè)緊急渡板，1—4 車的乘客通過一位端渡板疏散，5—8 車的乘客通過二位端渡板疏散。

單車疏散在中車青島四方的廠區(qū)內(nèi)開展，在實(shí)驗(yàn)列車的3 車進(jìn)行。場(chǎng)景9 疏散廣播結(jié)束后，所有乘客按廣播指引開始疏散，由乘客自行決定是否攜帶隨身行李。場(chǎng)景10 疏散廣播明確告知乘客立即疏散，不要攜帶行李。場(chǎng)景11 疏散廣播明確告知乘客必須攜帶行李疏散。場(chǎng)景12 和場(chǎng)景13 分別安排不同比例的團(tuán)體出行人員分組坐在一起，疏散廣播結(jié)束后開始疏散。

2）數(shù)據(jù)采集

演練數(shù)據(jù)采集方式包括攝像機(jī)采集和人工記錄2種。攝像機(jī)采集數(shù)據(jù)覆蓋所有13個(gè)場(chǎng)景，記錄了疏散準(zhǔn)備時(shí)間、廣播通知開始時(shí)間、疏散正式開始時(shí)間、疏散時(shí)第1 個(gè)和最后1 個(gè)乘客通過出口的時(shí)間。人工記錄數(shù)據(jù)只覆蓋場(chǎng)景1—7，主要記錄疏散時(shí)第1 個(gè)和最后1 個(gè)乘客通過出口的時(shí)間，以及各出口的使用人數(shù)。

處理攝像機(jī)畫面和人工記錄結(jié)果，整理得到如下變量在各場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)：疏散準(zhǔn)備時(shí)間（如場(chǎng)景8 中疏散渡板準(zhǔn)備時(shí)間）、廣播通知時(shí)間、整列總疏散時(shí)間、單車疏散時(shí)間、出口疏散時(shí)間、出口疏散人數(shù)、出口疏散人數(shù)占總?cè)藬?shù)比例、出口使用率、出口平均流量、乘客攜帶各類行李的比例（場(chǎng)景9—11）和車廂內(nèi)走道流量（場(chǎng)景12—13）。

1.3 軟件仿真模擬

利用ISO9001-TichIT 認(rèn)證的人員模擬軟件MassMotion，先對(duì)所有13 個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行建模，再仿真模擬不同條件下的疏散過程，過程截圖如圖3所示。

圖3 MassMotion模擬動(dòng)車組疏散過程截圖

人員參數(shù)方面，在參照實(shí)際疏散演練乘客構(gòu)成比例的基礎(chǔ)上，參考了Fruin［16］和Howard等［17-18］對(duì)人體半徑、行走速度等指標(biāo)的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)研究，相關(guān)參數(shù)具體見表2。時(shí)間參數(shù)方面，疏散前等待總時(shí)間、廣播通知時(shí)間、乘客準(zhǔn)備時(shí)間、車門開啟時(shí)間等均取自實(shí)際演練采集數(shù)據(jù)，以整列疏散為例，場(chǎng)景1—6的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

表2 整列疏散中人員參數(shù)設(shè)置

表3 整列疏散中各場(chǎng)景的時(shí)間參數(shù)設(shè)置s

2 實(shí)際演練結(jié)果分析及討論

定義疏散率為各出口所疏散人數(shù)占總疏散人數(shù)的百分比，則可用疏散率代表各出口的整體疏散能力，單位時(shí)間內(nèi)疏散率增量越大表明該出口的疏散效率越高；結(jié)合攝像機(jī)采集數(shù)據(jù)，便可得到疏散率隨時(shí)間的變化。從疏散廣播開始播報(bào)的瞬間開始計(jì)時(shí)（以此刻為0 s），根據(jù)疏散時(shí)間內(nèi)各出口疏散人數(shù)的變化，可得到疏散流量隨時(shí)間的變化，即各出口動(dòng)態(tài)疏散速率。在表1所列13種疏散場(chǎng)景下，對(duì)比研究各出口疏散能力和各出口動(dòng)態(tài)疏散速率，以期得出不同實(shí)驗(yàn)變量對(duì)列車疏散的影響。

2.1 整列站臺(tái)疏散

2.1.1 整列全定員疏散至站臺(tái)

場(chǎng)景1 中，疏散廣播開始后43 s 車門開始開啟，47 s完全開啟，此時(shí)整列列車各出口的疏散率和疏散流量如圖4所示。由圖4可得出如下結(jié)論。

圖4 場(chǎng)景1中各出口的疏散率和疏散流量隨時(shí)間的變化

（1）盡管疏散開始時(shí)部分出口的瞬時(shí)流量較高，但各出口的疏散率、疏散流量隨時(shí)間變化的曲線形狀基本一致，各出口均在45～47 s 開始疏散，且均能在96 s 之內(nèi)完成疏散，滿足前述歐盟TSI 1302—2014 互操作性技術(shù)規(guī)范對(duì)乘客緊急出口的要求；疏散時(shí)間最長的出口是2 車2 號(hào)出口，趨于穩(wěn)定后的疏散流量約為1.4人·（s·m）-1。

（2）不同車廂的疏散能力并不相同，雙出口車廂的所有乘客均通過本車廂疏散，而單出口車廂均存在乘客跨越車廂疏散的情況，如1車、5車和8車分別有36%，29%和44%的乘客通過相鄰車廂的2車2號(hào)出口、6車9號(hào)和7車12號(hào)出口疏散，跨車疏散人數(shù)分別為12，18 和19 人；多數(shù)車廂出口的疏散流量普遍在1.2～1.4 人·（s·m）-1，9 號(hào)出口和12 號(hào)出口的疏散速率最高，達(dá)到1.6～1.7人·（s·m）-1，疏散能力也最高，均在約93 s內(nèi)均完成近11%的列車定員疏散。

（3）雙出口車廂的2個(gè)出口疏散能力并不相同，如7車和6車的2個(gè)出口在80 s內(nèi)的疏散率分別相差2.6%和1.6%，即相差15.0人和9.2人，而這種差距會(huì)隨著疏散時(shí)間的推移而逐漸擴(kuò)大。這表明在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征分布一致的情況下，人員疏散行為模式的差異可能存在疊加效應(yīng)，例如在相對(duì)擁擠的車廂里，如果隊(duì)列前方乘客行進(jìn)的初始速率較高，可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)影響到后方乘客的疏散行為，進(jìn)而加速整個(gè)車廂的疏散，反之亦成立。

為進(jìn)一步了解整列列車即時(shí)疏散率和各車廂疏散率之間的關(guān)系，以5 s 為間隔，繪制各車疏散率的變化曲線如圖5所示。圖中：最外側(cè)曲線對(duì)應(yīng)整列列車即時(shí)疏散率隨時(shí)間的變化；內(nèi)部各個(gè)色塊表示各車廂即時(shí)疏散率隨時(shí)間的變化，色塊厚度為疏散率大小。由圖5可知：45 s 車門未完全開啟時(shí)部分車廂已開始疏散，約63 s 時(shí)（即18 s 內(nèi)）完成50%的列車定員疏散，約79 s時(shí)（即34 s內(nèi)）完成80%的列車定員疏散；總體而言各出口疏散率隨時(shí)間的變化基本為線性，即單位時(shí)間內(nèi)完成疏散的人數(shù)是一個(gè)基本恒定的值，同時(shí)這也表明，場(chǎng)景1中沒有因個(gè)人或團(tuán)體造成疏散延誤。

圖5 場(chǎng)景1中整列及各車廂疏散率隨時(shí)間的變化

2.1.2 1節(jié)車廂的2個(gè)出口均不可用情況下的整列站臺(tái)疏散

場(chǎng)景6 以3 車發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致雙出口均不可用為例，整節(jié)車廂的90 名乘客全部經(jīng)由相鄰車廂完成疏散。轉(zhuǎn)移至2車和4車的乘客數(shù)分別為50人和40人，因此這2 節(jié)車廂的疏散人數(shù)（乘客數(shù)）分別增加了48%和53%，疏散時(shí)間也相應(yīng)增加了51%和49%。

場(chǎng)景6 中，2 車和4 車的疏散人數(shù)隨時(shí)間的變化如圖6所示。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)時(shí)部分車內(nèi)攝像頭故障，因部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)缺失而無法準(zhǔn)確完整地形成出口疏散率和疏散流量隨時(shí)間的變化關(guān)系，但由圖6依然可以看出，2 節(jié)車廂的疏散人數(shù)和疏散時(shí)間之間存在明顯的線性關(guān)系。

圖6 2車和4車疏散人數(shù)隨時(shí)間的變化

基于場(chǎng)景6 做火災(zāi)最不利場(chǎng)景猜想。考慮頭車（1 車）和尾車（8車）乘客數(shù)量較少，以除頭車和尾車之外的中間車廂為例，進(jìn)一步分析乘客向相鄰車廂轉(zhuǎn)移對(duì)整列站臺(tái)疏散的影響。假設(shè)火災(zāi)發(fā)生在任意中間車廂，事發(fā)車廂出口均不可用且車內(nèi)乘客將平均轉(zhuǎn)移到相鄰2 個(gè)車廂，按照疏散人數(shù)和疏散時(shí)間的線性關(guān)系，可推測(cè)得到各車廂出口不可用時(shí)對(duì)整列站臺(tái)疏散的時(shí)間影響，見表4。由表4可知：6 車雙出口不可用為最不利場(chǎng)景，此時(shí)乘客轉(zhuǎn)移至只有單出口的5車和與6車定員相當(dāng)?shù)?車，這2個(gè)車廂面臨的高疏散壓力造成整列疏散時(shí)間加倍，從49 s 激增至98 s。這意味著，在真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景中，事發(fā)車廂的乘客如果能在車門開啟前，通過向相鄰車廂轉(zhuǎn)移的形式繼續(xù)向列車兩端疏散，則可以減少人數(shù)較多車廂的擁擠程度，進(jìn)而縮短整列疏散時(shí)間；這就要求針對(duì)性改進(jìn)列車應(yīng)急管理機(jī)制，一旦發(fā)生火災(zāi)等事件，列車乘務(wù)人員應(yīng)通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)和內(nèi)部通信系統(tǒng)及時(shí)高效地引導(dǎo)乘客轉(zhuǎn)移疏散。

表4 各車廂出口不可用時(shí)列車全定員疏散受到的影響

2.1.3 其他實(shí)驗(yàn)變量下的整列站臺(tái)疏散

整列站臺(tái)疏散中關(guān)于其他場(chǎng)景的分析討論不再一一展開?？偨Y(jié)各場(chǎng)景的主要分析結(jié)果如下。

（1）對(duì)于場(chǎng)景3，由于3 車5 號(hào)出口和4 車6 號(hào)出口不可用，這2 節(jié)車廂的乘客只能分別通過3 車4 號(hào)出口和4 車7 號(hào)出口進(jìn)行疏散，出口數(shù)量的減半會(huì)使受影響的車廂疏散時(shí)間加倍，直接導(dǎo)致整列疏散總時(shí)間延長1倍。

（2）對(duì)于場(chǎng)景4 和場(chǎng)景5，分別設(shè)置了內(nèi)外端門保持常開和乘客中包含10%的行動(dòng)不便人士這2個(gè)變量，但實(shí)驗(yàn)證明變量并未對(duì)疏散進(jìn)程造成明顯影響，各出口的疏散流量和疏散時(shí)間均與場(chǎng)景1基本一致。

（3）對(duì)于場(chǎng)景7，單出口車廂的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致乘客跨車廂疏散的情況，使得個(gè)別車廂人數(shù)激增，造成整列疏散總時(shí)長大幅增加，較場(chǎng)景1的疏散時(shí)間增加了約150%。因此應(yīng)盡量避免單出口車廂的列車設(shè)計(jì)。

2.2 整列軌面疏散

場(chǎng)景8使用的疏散渡板凈寬度為410 mm。2個(gè)渡板的架設(shè)時(shí)間分別為92 s 和95 s，疏散相同數(shù)量乘客（288人）的用時(shí)大致相同，分別為550 s和552 s。疏散時(shí)渡板的平均流量為1.27 人·（s·m）-1。值得一提的是，實(shí)驗(yàn)得出超過80%的乘客在渡板上的行走速度為0.25～0.35 m·s-1，均值為0.30 m·s-1，該數(shù)據(jù)可用于類似場(chǎng)景中的渡板疏散仿真模擬。

場(chǎng)景8 中2 個(gè)渡板的疏散率和疏散流量如圖7所示。由圖7可知：2 個(gè)渡板在疏散率和疏散流量隨時(shí)間的變化上均具有較高的一致性，可基本體現(xiàn)軌面疏散場(chǎng)景中設(shè)置2 個(gè)疏散出口時(shí)乘客疏散行為模式的一般性；在真實(shí)的整列軌面疏散場(chǎng)景中，出口準(zhǔn)備時(shí)間直接影響疏散總時(shí)間，疏散渡板架設(shè)越快，乘客撤離就越快，這要求列車乘務(wù)人員必須提前接受包括渡板架設(shè)訓(xùn)練在內(nèi)的應(yīng)急處置培訓(xùn)，以確保火災(zāi)等緊急情況發(fā)生后第一時(shí)間引導(dǎo)乘客疏散。

圖7 2個(gè)渡板的疏散率和疏散流量隨時(shí)間的變化

2.3 單車行李疏散

單車疏散以相鄰車廂為目的地，在實(shí)驗(yàn)車廂（3 車）內(nèi)外端門均可使用的情況下，研究車內(nèi)乘客疏散時(shí)是否攜帶行李和攜帶行李乘客比例對(duì)整個(gè)疏散過程的影響。實(shí)際演練中，場(chǎng)景9中選擇攜帶行李疏散的乘客比例約80%；場(chǎng)景10 和場(chǎng)景11 中遵從廣播指示的乘客比例分別為94%和98%，體現(xiàn)出緊急情況下乘客對(duì)列車廣播指示具有高度的遵從性。

場(chǎng)景9—11 中單車條件下的疏散率和疏散流量曲線如圖8所示（圖8（b）含場(chǎng)景11 的出口流量修正曲線，在下文詳述）。由圖8可得到如下結(jié)論。

圖8 場(chǎng)景9—11中疏散率和疏散流量隨時(shí)間的變化

（1）從疏散率來看，場(chǎng)景10 的疏散能力最強(qiáng)，80%的乘客在約30 s內(nèi)疏散，全定員約在40 s內(nèi)完成疏散；場(chǎng)景11 次之，全定員疏散時(shí)間比場(chǎng)景10延遲約10 s；場(chǎng)景9 最慢，全定員疏散時(shí)間比場(chǎng)景10 延遲約20 s。各場(chǎng)景的平均疏散流量也與之對(duì)應(yīng)，場(chǎng)景10 為1.6 人·（s·m）-1，場(chǎng)景9 為1.1人·（s·m）-1，場(chǎng)景11為1.3人·（s·m）-1。3個(gè)場(chǎng)景的疏散率和疏散流量均說明，不攜帶行李的情況下乘客明顯具有更快的疏散速度。

（2）場(chǎng)景11 出現(xiàn)了一定程度的數(shù)據(jù)失真（場(chǎng)景11 比場(chǎng)景9 的疏散流量更高、疏散時(shí)間更短），這主要是場(chǎng)景11 中的乘客熟知了疏散流程，有著更快的反應(yīng)速度；而場(chǎng)景9中乘客的表現(xiàn)更為貼合實(shí)際（存在猶豫、張望等情況）。基于場(chǎng)景9 的疏散行為模擬修正場(chǎng)景11，得到的疏散流量曲線即圖8（b）中的紅色虛線。根據(jù)修正后的場(chǎng)景11 推測(cè)極端情況，若乘客疏散時(shí)全部攜帶行李，此時(shí)疏散時(shí)間可能比廣播通知均不攜帶行李時(shí)高出75%（多30 s）。因此，列車一旦發(fā)生火災(zāi)，廣播通知所有乘客不要攜帶行李盡快撤離車廂對(duì)列車安全疏散至關(guān)重要。

2.4 單車團(tuán)體疏散

場(chǎng)景12 和場(chǎng)景13 中疏散率和疏散流量如圖9所示。由圖9可知：2 個(gè)場(chǎng)景的疏散率和疏散流量曲線均高度一致，趨于穩(wěn)定后場(chǎng)景12 的疏散流量約1.4～1.5 人·（s·m）-1，場(chǎng)景13 約1.3～1.4人·（s·m）-1，這意味著團(tuán)體出行乘客占整車乘客的比例對(duì)于單車疏散率和疏散流量均沒有明顯的影響；由于團(tuán)體乘客在乘車時(shí)相鄰而坐，疏散中大多不會(huì)被分開，減少了因相互等待而造成的疏散進(jìn)度延緩。

圖9 場(chǎng)景12和場(chǎng)景13中疏散率和疏散流量隨時(shí)間的變化

場(chǎng)景12 和場(chǎng)景13 中，人員在車廂內(nèi)的移動(dòng)速度分布如圖10 所示。圖10 可知：2 個(gè)場(chǎng)景中有超過96% 的乘客行走速度低于1.0 m·s-1，約70%～75%的人員行走速度低于0.5 m·s-1，僅有極少數(shù)人員的行走速度高于1.0 m·s-1，整個(gè)疏散演練中人員的平均行走速度較慢，原因在于疏散演練開始后，人員都擁擠在車廂通道內(nèi)，疏散隊(duì)列前方的人員阻擋了后方人員的疏散步伐。

圖10 人員疏散行走速度分布表情況

由圖9和圖10 關(guān)于2 個(gè)場(chǎng)景的對(duì)比可知，團(tuán)體乘客占總乘客比例的變化對(duì)列車疏散基本無影響。

3 實(shí)際演練與仿真模擬結(jié)果對(duì)比

從以下2 個(gè)方面分析對(duì)比實(shí)際演練結(jié)果與仿真模擬結(jié)果：一是獲取整列站臺(tái)疏散場(chǎng)景的疏散時(shí)間、出口流量等相關(guān)參數(shù)，研究出口/端門關(guān)閉、行動(dòng)不便人士、行李、團(tuán)體比例等實(shí)驗(yàn)變量對(duì)于整列/單車疏散的影響；二是對(duì)比實(shí)際演練與仿真模擬的數(shù)據(jù)，研究MassMotion 軟件在不同實(shí)驗(yàn)變量的疏散場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。

以場(chǎng)景1 為例，實(shí)際演練與仿真模擬的結(jié)果對(duì)比如圖11 所示。由圖11 可知，仿真模擬得到的疏散時(shí)間較實(shí)際演練延長約23 s。進(jìn)一步分析場(chǎng)景各出口疏散率隨時(shí)間的變化情況，發(fā)現(xiàn)原因?yàn)椋悍抡婺M中人員行走受邏輯算法存在來回?cái)[幅現(xiàn)象，而實(shí)際演練中人員可以更有效地利用走道空間，進(jìn)而呈現(xiàn)出更高的行走速度；由于車廂人數(shù)設(shè)定和出口設(shè)定，6 車9 號(hào)出口和7 車12 號(hào)出口承擔(dān)了更多的人員疏散，其比重在疏散模擬中進(jìn)一步增大，導(dǎo)致這2 節(jié)車廂（尤其是6 車）的疏散時(shí)間進(jìn)一步增大，從而延長了整列疏散時(shí)間。

圖11 場(chǎng)景1實(shí)際演練和仿真模擬整列疏散率對(duì)比

其他場(chǎng)景也可得到類似的結(jié)論，不再贅述。由此可作出總結(jié)，仿真模擬軟件的內(nèi)置參數(shù)（人員移動(dòng)速度、人員形態(tài)和行走邏輯等）與實(shí)際情況存在差異，這是導(dǎo)致仿真模擬結(jié)果較實(shí)際演練結(jié)果更為保守的主要原因。整理標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照組（場(chǎng)景1）和實(shí)驗(yàn)組（場(chǎng)景3—13）的實(shí)際演練和仿真模擬的疏散時(shí)間列表見表5。

結(jié)合表5與實(shí)際演練結(jié)果數(shù)據(jù)可知：使用MassMotion 軟件仿真模擬疏散場(chǎng)景所得到的疏散時(shí)間總體長于實(shí)際演練；各場(chǎng)景中，場(chǎng)景4和場(chǎng)景5 與場(chǎng)景1 的疏散率曲線大體一致，說明內(nèi)外端門是否常開、疏散人員中是否包括行動(dòng)不便人士對(duì)于整列站臺(tái)疏散的疏散效率暫無明顯影響；場(chǎng)景3中，實(shí)際演練在114 s 時(shí)完成整列疏散，而此時(shí)仿真模擬中約95%的人員也已完成疏散，但模擬中發(fā)生局部擁堵，導(dǎo)致了總疏散時(shí)間的增加；場(chǎng)景7中，實(shí)際演練和仿真模擬的疏散率曲線基本一致；場(chǎng)景8 中，實(shí)際演練中疏散列隊(duì)后方的乘客在疏散過程中相對(duì)松散，導(dǎo)致各車廂的清空時(shí)間普遍比仿真模擬要長，而這會(huì)導(dǎo)致乘客更易受到火災(zāi)蔓延的不利影響，因此在列車的疏散過程中，乘務(wù)人員應(yīng)全程引導(dǎo)乘客疏散，以提高疏散效率；場(chǎng)景9—13中，仿真模擬得到的整列疏散時(shí)間較實(shí)際演練均有較大程度的增幅，整體模擬結(jié)果較為保守；總體而言，雖仿真模擬與實(shí)際演練的疏散曲線整體趨勢(shì)一致，但部分場(chǎng)景中兩者的疏散時(shí)間差異較明顯，特別是單車行李疏散場(chǎng)景和單車團(tuán)體疏散場(chǎng)景，這表明仿真模擬中的人員參數(shù)設(shè)置與實(shí)際情況存在偏差。分析其主要原因，可能有以下3點(diǎn)：仿真模擬中對(duì)攜帶行李乘客的行走速度設(shè)置相對(duì)保守，而實(shí)際演練中乘客行走速度更快；模擬中默認(rèn)乘客形態(tài)為圓形且擁有固定半徑，但在較擁擠的車廂走道特別是由座位出走道處，軟件的動(dòng)態(tài)運(yùn)算導(dǎo)致人員疏散行為受制情況較為嚴(yán)重，存在來回移動(dòng)的現(xiàn)象，與實(shí)際演練中人員可靈活移動(dòng)且靈活利用走道空間的現(xiàn)實(shí)情況不符；模擬中攜帶大件行李的乘客始終保持較低速度行走，而實(shí)際演練中大件行李一般會(huì)放置在靠近出口的行李架上，乘客會(huì)保持較快速度行至行李架再減緩疏散速度。

表5 實(shí)際演練與仿真模擬的疏散時(shí)間對(duì)比

4 猜想驗(yàn)證

為提高仿真模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度，增設(shè)場(chǎng)景14和場(chǎng)景15，通過仿真模擬，分別驗(yàn)證其中1節(jié)車廂的2個(gè)出口均不可用情況下的火災(zāi)最不利場(chǎng)景猜想和場(chǎng)景8中渡板位置變更是否會(huì)對(duì)疏散產(chǎn)生影響。

4.1 場(chǎng)景14：6 車雙出口不可用是否會(huì)大幅延長整列全定員疏散的疏散時(shí)間

僅6 車關(guān)閉雙出口后，模擬得到整列站臺(tái)疏散的疏散率如圖12 所示。由圖12 可知，當(dāng)6 車雙出口不可用時(shí)，整列疏散時(shí)間由93 s 增加約1 倍至185 s，證實(shí)了前文“6車雙出口關(guān)閉會(huì)使整列疏散時(shí)間延長100%”的最不利場(chǎng)景分析。因此火災(zāi)時(shí)有必要由列車乘務(wù)人員進(jìn)行疏散引導(dǎo)，避免個(gè)別車廂人員過于擁擠而延緩疏散時(shí)間。

圖12 場(chǎng)景6和場(chǎng)景14中整列疏散率隨時(shí)間的變化

4.2 場(chǎng)景15：渡板位置的變更是否會(huì)影響整列疏散時(shí)間

將渡板位置由4 車和6 車調(diào)整至1 車和8 車后，模擬得到整列軌面疏散的疏散率如圖13 所示。由圖13 可知，渡板位置調(diào)整后，整列的疏散時(shí)間由575 s 變?yōu)?55 s，疏散時(shí)間變化較?。?%），疏散率的曲線基本一致，表明渡板架設(shè)位置對(duì)于整列疏散的影響不大。

圖13 場(chǎng)景8和場(chǎng)景15中整列疏散率隨時(shí)間的變化

5 結(jié) 語

本文采用全尺寸的高速列車，通過實(shí)際演練和仿真模擬2 種方法，分析了13 個(gè)疏散場(chǎng)景下不同實(shí)驗(yàn)變量對(duì)列車人員疏散的影響，得出以下結(jié)論：在列車所有出口均保持開啟狀態(tài)的整列站臺(tái)疏散場(chǎng)景中，全定員576 人完成疏散共用時(shí)96 s，滿足歐盟TSI 1302—2014 互操作性技術(shù)規(guī)范對(duì)乘客緊急出口的要求，且各出口的疏散流量基本在1.2～1.4 人·（s·m）-1；對(duì)疏散效率造成影響的因素包括車廂出口數(shù)量、乘客疏散時(shí)是否攜帶行李以及攜帶行李的乘客比例等，而內(nèi)外端門是否常開、行動(dòng)不便人士以及團(tuán)體出行對(duì)于疏散效率暫無明顯影響；火災(zāi)發(fā)生的具體位置會(huì)造成事發(fā)車廂上乘客選擇疏散出口的不確定性和差異性，單出口車廂的設(shè)計(jì)會(huì)使疏散時(shí)間增加150%，因此首先應(yīng)盡量避免單出口車廂的設(shè)計(jì)，其次在火災(zāi)發(fā)生時(shí)應(yīng)及時(shí)通過視頻監(jiān)控、廣播通知和內(nèi)部通信設(shè)施引導(dǎo)乘客分流疏散，避免個(gè)別出口擁堵的現(xiàn)象；使用2 個(gè)渡板進(jìn)行整列軌面疏散時(shí)，渡板的平均疏散流量均為1.27 人·（s·m）-1，疏散率與疏散流量的曲線具有高度一致性，可以代表該場(chǎng)景中人員疏散行為的一般性；80% 的乘客在渡板上的行走速度在0.25～0.35 m·s-1，均值為0.30 m·s-1，該數(shù)據(jù)可用于類似場(chǎng)景中的渡板疏散仿真模擬；疏散時(shí)若攜帶行李將大幅拖延疏散進(jìn)程，但考慮到乘客對(duì)疏散廣播指示的高度遵從，火災(zāi)發(fā)生時(shí)有必要通過疏散廣播等形式明確告知乘客不要攜帶行李，迅速撤離列車；MassMotion 軟件由于內(nèi)置參數(shù)（人員移動(dòng)速度、人員形態(tài)）較實(shí)際情況存在差異，導(dǎo)致其模擬得到的疏散率低于實(shí)際演練結(jié)果，特別是在攜帶行李的場(chǎng)景中，這種差異性更為明顯，總體而言，使用MassMotion 能夠較好地預(yù)測(cè)人員疏散趨勢(shì)但結(jié)果整體趨于保守，在了解其適用性和在列車等狹小空間的使用局限性的基礎(chǔ)上，可將其用于新型列車的前期設(shè)計(jì)。

本研究在實(shí)際演練時(shí)設(shè)置了多種變量，但未考慮疏散演練人員因短時(shí)間重復(fù)參與多個(gè)疏散演練場(chǎng)景而熟悉疏散過程的問題，以及潛在的人員疲勞問題，這些問題可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際演練無法完全真實(shí)地反映乘客在實(shí)際列車火災(zāi)場(chǎng)景中的疏散行為。此外，未來開展類似研究時(shí)，建議關(guān)注雙層高速列車，研究樓梯寬度及數(shù)量分布等因素對(duì)列車疏散時(shí)間的影響；建議不設(shè)置廣播通知提醒火情，研究乘客自行發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后的疏散前準(zhǔn)備時(shí)間；建議采用社會(huì)人員而非單位員工作為疏散演練人員，研究更具普遍性的列車乘客疏散行為。