地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)狀況下人員應(yīng)急疏散效率研究

陳火炬 韓柯柯 曹 松 柳鵬鵬

(武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司， 430064， 武漢∥第一作者，工程師)

地鐵地下區(qū)間隧道(以下簡(jiǎn)稱“地鐵隧道”)內(nèi)部空間狹小，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)放大高溫、有毒氣體的毒害作用，給人員的生命安全帶來(lái)極大威脅[1]。國(guó)外學(xué)者通過隧道逃生試驗(yàn)，對(duì)人員在列車出口、隧道出口、隧道內(nèi)行走速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究[2]。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)值模擬等方式，對(duì)幾種聯(lián)絡(luò)通道間距及寬度參數(shù)進(jìn)行了研究[3-4]。因地鐵隧道結(jié)構(gòu)特殊，國(guó)內(nèi)外對(duì)不同隧道結(jié)構(gòu)的火災(zāi)疏散方式、火災(zāi)疏散效率的主要影響因素以及各影響因素間的關(guān)系仍缺乏系統(tǒng)性的研究。本文根據(jù)武漢地鐵實(shí)際工程，對(duì)地鐵隧道在火災(zāi)狀況下的疏散方式及影響隧道人員疏散的主要因素進(jìn)行研究。

1 地鐵隧道火災(zāi)下的人員疏散方式

根據(jù)地鐵隧道的結(jié)構(gòu)及長(zhǎng)短等特征，地鐵隧道在火災(zāi)情況下有多種疏散方式，主要包括通過疏散平臺(tái)、道床直接疏散、通過橫向聯(lián)絡(luò)通道疏散至其他隧道或?qū)Ｓ檬枭⑺淼馈⑼ㄟ^疏散門或縱向疏散樓梯進(jìn)入隧道內(nèi)疏散通道等。本文對(duì)單洞單線隧道、單洞雙線隧道及公鐵兩用隧道3種不同的地鐵隧道進(jìn)行分析，對(duì)不同隧道類型下發(fā)生火災(zāi)時(shí)的人員疏散方式進(jìn)行數(shù)值模擬，以研究分析常見地鐵隧道不同疏散方式的疏散效率。

2 不同類型地鐵隧道火災(zāi)下的人員疏散模擬

2.1 建立地鐵隧道火災(zāi)下的人員疏散模型

乘客在區(qū)間內(nèi)的疏散時(shí)間受眾多因素影響，目前暫無(wú)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)區(qū)間疏散時(shí)間的具體數(shù)值作出明確要求。本文基于實(shí)際案例通過pathfinder軟件建立3種類型的地鐵隧道疏散模型，其中，地鐵列車為6節(jié)編組，總長(zhǎng)為132 m。雖然在火災(zāi)狀況下人員疏散的方向(車頭或車尾)可能有所不同，但疏散的過程是相同的，所以本文模擬人員疏散時(shí)，均考慮在車頭位置發(fā)生火災(zāi)，且不考慮采用道床疏散。模擬計(jì)算列車因火災(zāi)迫停于距離地鐵隧道疏散出口最遠(yuǎn)的位置，將乘客通過聯(lián)絡(luò)通道或疏散門抵達(dá)安全區(qū)域的時(shí)間定義為火災(zāi)疏散時(shí)間。選取疏散速度和疏散時(shí)間作為參數(shù)，用以評(píng)價(jià)各影響因素對(duì)疏散效率的影響程度。

2.2 單洞單線地鐵隧道火災(zāi)下的人員疏散

武漢軌道交通2號(hào)線的江漢路站—積玉橋站區(qū)間為典型的單洞單線隧道，設(shè)有2個(gè)過江風(fēng)井及3個(gè)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道。模擬計(jì)算列車車頭火災(zāi)后迫停區(qū)間情況下乘客需走聯(lián)絡(luò)通道到達(dá)其他隧道的疏散情況。乘客數(shù)量及列車數(shù)量取目前該線運(yùn)營(yíng)早高峰的實(shí)際值，列車的運(yùn)行間隔為3.6 min，每列車的乘客約為1 296人。

經(jīng)模擬計(jì)算，列車上乘客全部通過聯(lián)絡(luò)通道到達(dá)另1條隧道共計(jì)耗時(shí)2 940 s。

2.3 單洞雙線地鐵隧道火災(zāi)下的人員疏散

武漢軌道交通8號(hào)線的黃浦路站—徐家棚站區(qū)間為典型的單洞雙線隧道，該隧道內(nèi)共設(shè)有5個(gè)聯(lián)絡(luò)通道。模擬計(jì)算列車車頭發(fā)生火災(zāi)后迫停于隧道中部(距黃浦路站1 600 m處)時(shí)的乘客疏散情況。根據(jù)列車停車及火災(zāi)發(fā)生的位置，開啟對(duì)應(yīng)的排煙模式，人員疏散時(shí)迎著新風(fēng),朝最近的聯(lián)絡(luò)通道逃生，如圖1所示。根據(jù)乘客信息系統(tǒng)的斷面客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該線工作日早高峰時(shí)段的行車間隔為6.1 min，每列車的乘客約為820人。

經(jīng)模擬計(jì)算，列車上乘客全部通過聯(lián)絡(luò)通道到達(dá)另1條隧道共計(jì)耗時(shí)2 130 s。

圖1 單洞雙線地鐵隧道火災(zāi)下的排煙及人員疏散示意圖Fig.1 Schematic diagram of smoke exhaust and personnel evacuation of fire in single-hole double-track metro tunnel

2.4 公鐵兩用單洞單線地鐵隧道火災(zāi)下的人員疏散

武漢軌道交通7號(hào)線三陽(yáng)路站—徐家棚站區(qū)間的公鐵兩用越江隧道是世界上首條已建成的公鐵合建地鐵隧道。隧道內(nèi)共設(shè)有2座風(fēng)井，其中，隧道中部設(shè)有34處疏散口，各疏散口間的距離為75 m，火災(zāi)發(fā)生時(shí)區(qū)間排煙方式及人員疏散方案如圖2所示。取該線早高峰實(shí)際值的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，列車運(yùn)行間隔為4.0 min，每列車乘客約為1 367人。以乘客通過疏散門到達(dá)疏散通道的耗時(shí)作為疏散時(shí)間。

經(jīng)模擬計(jì)算，列車上乘客全部疏散完畢共計(jì)耗時(shí)917 s。

圖2 公鐵兩用單洞單線地鐵隧道火災(zāi)下排煙及人員疏散示意圖

綜上所述，通過對(duì)3種不同類型的地鐵隧道在列車車頭處發(fā)生火災(zāi)的最不利人員疏散工況進(jìn)行數(shù)值模擬可知，公鐵兩用地鐵隧道的結(jié)構(gòu)更有利于火災(zāi)狀況下的人員緊急疏散，其疏散效率明顯高于其他隧道形式的疏散效率。

3 地鐵隧道火災(zāi)下人員疏散影響因素分析

對(duì)整個(gè)疏散過程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，疏散人數(shù)、疏散出口間距、疏散出口寬度、列車迫停位置等是造成火災(zāi)狀況下人員疏散效率不同的主要因素。本文以單洞雙線地鐵隧道疏散模型為例，擬定各工況下發(fā)生火災(zāi)位置均為車頭，在此基礎(chǔ)上設(shè)定不同的工況，進(jìn)一步對(duì)這些因素進(jìn)行分析。

3.1 疏散人數(shù)

疏散人數(shù)是影響疏散效率的重要因素。疏散人數(shù)越多，越容易產(chǎn)生擁擠，進(jìn)而降低疏散效率。疏散人數(shù)x與疏散速度y的擬合方程為：

y=-4.112 53×10-7x2+9.081 05×

10-4x+0.036 51

(1)

如表1所示，按不同疏散人數(shù)設(shè)定了10個(gè)不同的工況，以研究火災(zāi)下疏散人數(shù)對(duì)疏散效率的影響程度。根據(jù)式(1)及數(shù)值模擬結(jié)果可知：當(dāng)疏散人數(shù)較少(x≤820)時(shí)，隨著疏散人數(shù)的增加，疏散時(shí)間、疏散速度快速增加；但當(dāng)疏散人數(shù)較大(x>820)時(shí)，隨著疏散人數(shù)的進(jìn)一步增加，疏散時(shí)間緩慢增加，疏散速度趨于穩(wěn)定。

表1 不同疏散人數(shù)下的人員疏散時(shí)間及疏散速度

3.2 疏散出口間距

國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)疏散出口間距要求不同，國(guó)外規(guī)范的要求普遍高于國(guó)內(nèi)規(guī)范的要求[5]。疏散出口間距d與疏散速度y的擬合方程為：

(2)

疏散出口間距與疏散速度的關(guān)系曲線如圖3所示。

如表2所示，對(duì)不同d下的工況進(jìn)行模擬計(jì)算。由表2可知，人員疏散速度隨d的增加而降低。從疏散過程看，隨d的增加，疏散路徑數(shù)減少，疏散速度快速降低。

3.3 疏散出口寬度

如表3所示，對(duì)不同疏散出口寬度、疏散出口間距的組合工況進(jìn)行模擬計(jì)算。分析疏散過程，疏散出口處只有1條疏散路徑，人員只能排隊(duì)進(jìn)入。由表3可知，當(dāng)d為300 m時(shí)，其人員疏散時(shí)間不受疏散出口寬度的影響；當(dāng)d為100 m時(shí)，沿著列車長(zhǎng)度范圍的疏散平臺(tái)內(nèi)有疏散出口，該出口處附近聚集了疏散平臺(tái)2個(gè)方向匯集的客流以及從列車車門涌出的客流，因而在疏散出口處有大量等待疏散的乘客，其人員疏散時(shí)間隨疏散出口寬度的增加而明顯減少。因此，在疏散出口位于列車長(zhǎng)度范圍的疏散平臺(tái)內(nèi)的情況下增加疏散出口寬度,可提高疏散效率，其余情況下疏散效率基本不受d的影響。

圖3 疏散出口間距與疏散速度的關(guān)系曲線Fig.3 Curve of relation between evacuation exit spacing distance and evacuation speed

表2 不同疏散出口間距下的人員疏散時(shí)間及疏散速度Tab.2 Personnel evacuation time and speed in case of different evacuation exit spacing distances

3.4 列車迫停位置

當(dāng)現(xiàn)有地鐵隧道疏散出口間距確定時(shí)，停車位置將直接影響人員的疏散效率。如表4所示，對(duì)不同列車迫停位置的工況進(jìn)行模擬計(jì)算。由表4可知，列車迫停位置與疏散出口的距離越近，疏散時(shí)間越短，疏散速度越大。

表3 不同疏散出口寬度、疏散出口間距組合下的

人員疏散時(shí)間

Tab.3 Personnel evacuation time under different combination of evacuation exit width and evacuation exit spacing distance

表4 不同列車迫停位置下的人員疏散時(shí)間及疏散速度

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)3種不同類型地鐵隧道進(jìn)行了火災(zāi)狀況下的應(yīng)急疏散模擬研究，得出了不同疏散方式的疏散效率及影響人員疏散的主要因素；對(duì)各影響因素作進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，疏散出口間距對(duì)人員疏散影響最大，此時(shí)疏散人數(shù)增加、疏散出口間距降低;選擇靠近疏散出口停車位置及在疏散出口位于列車長(zhǎng)度范圍的疏散平臺(tái)內(nèi)時(shí)，增大疏散出口寬度能提高人員疏散效率。后續(xù)將進(jìn)一步對(duì)地鐵隧道火災(zāi)下的實(shí)際應(yīng)急處置方案進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。