導流欄桿設置對地鐵島式站臺人員疏散的影響分析*

穆娜娜，查國清，胥 旋

(1.中國安全生產科學研究院 地鐵火災與客流疏運安全北京市重點實驗室，北京 100012；2.北京航空航天大學 可靠性與系統工程學院，北京 100083)

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發展，地鐵客流量逐年攀升，地鐵線網交織復雜，合理組織客流需求增加。地鐵運營不僅要考慮正常情況下大客流疏運問題，更要考慮緊急情況下大客流疏散帶來的難題。通過調研已開通運營的地鐵車站，存在站臺通向站廳的樓扶梯布置不均衡的情況，易導致乘客在樓扶梯口處高度聚集，增加了地鐵運營安全風險，運營人員最簡單直接的措施是在站臺層樓扶梯口處設置導流欄桿進行客流疏解，但導流欄桿設置長度可能會影響到站臺人員疏散效率。因此，如何合理設置導流欄桿長度是城市軌道交通運營安全管理需解決的問題之一。針對地鐵車站內外導流欄桿設置，相關學者開展了研究。穆娜娜等[1]研究了某地鐵站臺導流欄桿的設置方式及長度對人員疏散的影響，得出合理設置可推拉導流欄桿長度可提高疏散效率的結論；施樑等[2]以某出口非均衡分布地鐵車站為例，分析了人員疏散的難點及其疏散過程存在的問題，并提出了導流欄桿的設置方案；吳博[3]總結了地鐵站內設置的導流欄桿的位置規律和結構參數，并對站廳層L型進站通道和站臺層欄桿設置問題進行了仿真及優化；張丹丹[4]分析了站外限流欄桿布置對通行區域行人密度的影響，得出S型較通道型欄桿顯著降低行人密度的結論；張劭陽等[5]通過仿真實驗得出行人沖突是導致人員速度降低密度升高的主要原因；李楊楊[6]歸納車站內外導流欄桿常見的布置形式并分析了導流欄桿的作用，通過仿真分析了正常情況下的導流欄桿設置條件以及導流欄桿對人員疏散效率的影響；吳君尚等[7]對站外限流欄桿的設置做了分類研究，并采用仿真方法分析了4類站外限流欄桿對人員疏散的影響；田水承等[8]通過仿真模擬得出某些特殊區域的障礙物能夠提高人員疏散效率的結論。本文采用BuildingEXODUS軟件進行數值模擬，選取具有代表性的地鐵島式站臺為研究對象，研究導流欄桿對人員疏散效率的影響，為地鐵島式站臺導流欄桿的設置提供參考。

1 站臺導流欄桿設置及出口分布特點

1.1 島式站臺出口分布類型

地鐵車站站臺一般分為島式站臺和側式站臺，島式站臺一般比側式站臺的寬度大，且站臺利用率高，客流分布相對均衡，車站運營管理可采取的客流組織措施較多，對高峰大客流或突發性大客流的適應性較強。地鐵車站站臺連接站廳的樓梯和自動扶梯一般沿車站縱向均衡布置。均衡分布的站臺出口可將站臺人員較為均衡分布，正常狀態下有利于客流組織，緊急狀態下有利于人員有序疏散。

隨著城市軌道交通網絡的快速發展，在車站設計以及一些舊站改建項目中，由于受限于空間、地形等要求，站臺出口難以做到均衡分布。非均衡分布將導致人員不能均衡地分散到各站臺出口，常態下增加了人員滯留時間，降低了疏運效率，緊急情況下不利于人員疏散，降低了人員疏散效率。

《地鐵設計規范》(GB 50157—2013)[9]規定，車站出入口的數量不得少于2個。通過對島式站臺進行調研，按照站臺樓扶梯通道在站臺分布的位置、數量及結構形式把島式站臺區分為A型站臺(站臺中部出口分布模式)、B型站臺(站臺混合出口分布模式)、C型站臺(站臺兩端出口分布模式)，詳見圖1(圖中箭頭方向為人員疏散方向)。

圖1 不同出口分布類型的島式站臺示意Fig.1 Schematic diagram of island platforms with different types of exits distribution

1.2 站臺導流欄桿設置

通過對地鐵車站導流欄桿進行調研，對于客流量較大的地鐵站臺，人員類型及流線相對比較復雜，一般在站臺樓扶梯口處設置導流欄桿，導流欄桿長度為2～14 m，設置方式一般分為固定式、可推拉式、可移動式[1]。

站臺設置導流欄桿一定程度上可緩解高峰客流時的人員擁堵以及流線沖突問題，但也應考慮在緊急情況下的人員疏散問題，若不能夠科學合理地設置導流欄桿將會增加人員安全疏散風險。目前，導流欄桿設置對人員疏散的影響程度研究較少，比如設置長度對客流流量、密度、速度變化的影響。因此，應根據地鐵車站站臺出口分布形式、人員運動特性等合理設置固定式或活動式導流欄桿。

2 模擬場景及參數設置

站臺出口數量和分布特點是影響人員疏散時間的主要因素，選取3種出口分布類型的島式站臺，針對不同長度導流欄桿設置疏散場景，如圖2所示。由圖2可以看出，站臺出口數量分別為2,3,2，呈相對均衡和不均衡分布。導流欄桿設置在站臺樓扶梯組的入口處，長度分別設為0，2，4，6，8，10 m。站臺列車火災時需要疏散的乘客人數為1列進站列車所載乘客及站臺上的候車乘客人數之和，列車采用6B編組，必須疏散人員分別設為200，400，600，800，1 000，1 200，1 400，1 600，1 800，2 000人。不同年齡、性別、人員運動速度等參數參照《地鐵安全疏散規范》(GB/T 33668—2017)[10]。

圖2 疏散場景示意Fig.2 Schematic diagram of evacuation scene

3 結果分析

場景一不同人數不同欄桿長度的疏散時間模擬結果如圖3所示，疏散人數和疏散時間統計見表1。由圖3可知，A型站臺在設置導流欄桿后，人員疏散時間均有所增加，主要是因為導流欄桿的設置改變了站臺原有設計出口的疏散吸引區域，增加了部分疏散人員進入到樓扶梯出口的距離。在不設置導流欄桿的情況下，按照最短路徑原則，列車內的多數疏散人員會就近選擇樓扶梯出口。由表1可知，在設置導流欄桿后，站臺中部站臺門距離右側樓扶梯出口的距離更遠，選擇左側樓扶梯出口的總人數增多，疏散距離增大起到主要影響作用，樓扶梯的通過能力幾乎不變，從而導致疏散時間增加，疏散效率降低。導流欄桿設置長度為2,4 m時，人員疏散時間增幅較小，主要是因為導流欄桿的設置增加了站臺兩端區域人員的疏散距離；導流欄桿設置長度為6,8,10 m時，人員疏散時間增幅較大，主要是因為導流欄桿的設置導致疏散人員分布不均衡程度加大且疏散距離增大。

表1 場景一典型工況下的疏散人數和疏散時間統計Table 1 Statistics of evacuation personnel number and evacuation time under typical working conditions of scene 1

圖3 場景一不同人數不同欄桿長度的疏散時間曲線Fig.3 Line chart of evacuation time in scene 1 under different numbers of personnel and different lengths of railing

場景二不同人數不同欄桿長度的疏散時間模擬結果如圖4所示。由圖4可知，B型站臺在設置導流欄桿后，相同疏散人數時，隨著導流欄桿長度的增加，人員疏散時間呈先減小后增大的趨勢，且導流欄桿設為4 m時疏散時間最短，表明在B型站臺樓扶梯處合理設置導流欄桿長度能夠降低疏散時間，提高人員疏散效率。

圖4 場景二不同人數不同欄桿長度的疏散時間曲線Fig.4 Line chart of evacuation time in scene 2 under different numbers of personnel and different lengths of railing

對于B型站臺，人員疏散初期，樓扶梯出口的分布形式影響了疏散人員的選擇，中間扶梯的設置減緩了疏散人員的不均衡性，且中間扶梯出口的通過能力有限，部分人員將選擇兩端樓扶梯進行疏散，使疏散人員較為均衡地使用樓扶梯出口。通過對比相同疏散人數時，導流欄桿設置長度分別為0，4 m時，同一疏散時刻的站臺人員密度分布如圖5所示。4 m導流欄桿的設置有效緩解了兩端樓扶梯出口擁擠度，使得各個樓扶梯出口的疏散人群密度有所降低，間接提高了疏散人員的運動速度，從而提高了疏散效率。

圖5 場景二典型工況下的人員密度分布Fig.5 Distribution of personnel density under typical working conditions of scene 2

場景三不同人數不同欄桿長度的疏散時間模擬結果如圖6所示，人員密度分布如圖7所示。由圖6,7可知，相同疏散人數時，隨著導流欄桿長度增加，人員疏散時間變化較小。對于C型站臺，站臺較多的疏散人員會集中于樓扶梯出口周圍，其樓扶梯出口出現明顯的群集疏散現象，站臺整體疏散效率下降；導流欄桿的設置能夠減緩樓扶梯出口因擁堵而造成的阻塞現象，削弱側向客流沖突，提高客流速度，維持疏散人員秩序的作用；同時，導流欄桿的設置在站臺區域形成寬度不等的通道，可造成同向沖突的加劇，降低客流速度。

圖6 場景三不同人數不同欄桿長度的疏散時間曲線Fig.6 Line chart of evacuation time in scene 3 under different numbers of personnel and different lengths of railing

圖7 場景三典型工況下的人員密度分布Fig.7 Distribution of personnel density under typical working conditions of scene 3

4 結論

1)A型站臺在設置導流欄桿后，人員疏散時間均有所增加，導流欄桿設置長度為2,4 m時，人員疏散時間增幅較小，導流欄桿設置長度為6,8,10 m時，人員疏散時間增幅較大；B型站臺在設置導流欄桿后，相同疏散人數時，隨著導流欄桿長度的增加，人員疏散時間呈先減小后增大的趨勢，且導流欄桿設為4 m時疏散時間最短；C型站臺設置導流欄桿后人員疏散時間變化不大；相比C型站臺，A,B型站臺的人員疏散效率更易受導流欄桿設置的影響。

2)A，B型站臺設置導流欄桿后，改變了站臺原有設計出口的疏散吸引區域和疏散流線，因此在地鐵運營時，可根據客流數量及站臺出口分布情況，在疏散人員集中的側樓扶梯出口處設置合適長度的導流欄桿，減緩樓扶梯口因擁堵而造成的阻塞現象，提高樓扶梯出口的使用均衡度，進而提升人員疏散效率。

3)研究結果可對地鐵島式站臺導流欄桿設置形式的優化、站臺人員疏散風險管控與應急管理提供理論參考。