地鐵安全疏散分析與討論

趙保鋒，晉 君，陳慶龍，馮 瑤通信作者

(1.天津三號線軌道交通運營有限公司，天津 300190；2.中國船級社質量認證公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

依據《地鐵設計規范》[1]和《城市軌道交通運營企業安全生產標準化評價實施細則》[2]內的相關要求，須滿足事故條件下人員在6min內全部疏散到安全區域的要求，但對于如何證明地鐵車站設計滿足人員疏散的要求并沒有進一步解釋。目前大多數的驗證手段均為經驗公式計算或數值模擬。對于人員安全疏散理論的研究，國外的研究要比國內的研究略早一些，美國的消防工程師手冊 (SFPE Handbook of Fire Protection Engineering)中對人員的疏散參數選取原則有較為明確的描述，早期國內的消防性能化評估工作中經常引用SFPE中的相關參數。近年來，隨著國家經濟的突飛猛進，地鐵行業得到了前所未有的發展，對于地鐵站這種具有特殊使用功能的建筑形式，人員疏散理論研究尤為重要。

1 地鐵安全疏散理論概述

1.1 建筑消防安全疏散理論

消防安全疏散中人員安全疏散的性能判據為：人員能在火災達到危險狀態之前全部疏散到安全區域，按照規范的原則，供人員安全疏散用的封閉樓梯間、防煙樓梯間、室外樓梯的入口門和一層直通室外的門即為安全出口，人員到達封閉樓梯間、防煙樓梯間、室外樓梯的入口門或一層的外門，即完成了安全疏散的過程[3]。總疏散時間為：

TRSET=Td+Tpre+k·Tt

(1)

式中：Td為報警時間，Tpre為響應時間，Tt人員疏散行動時間，k為安全系數[4]。

1.2 地鐵安全疏散理論

《地鐵設計規范》于2013年完成修訂工作，新版的規范里給出了乘客從站臺層疏散的計算方法，即:

(2)

對于運營期間的地鐵車站來說，公式中疏散的人員數量實際是客流控制期中超高峰小時站臺上的最大候車乘客與列車所載的最大客流斷面流量之和。一般來說這些數據要查找設計文件才能得到。考慮到地鐵車站的特殊性，設計了電扶梯疏散，式中：A1實則是扶梯的疏散能力，A2則是疏散樓梯的疏散能力。值得注意的是，在2013版的規范里，對于總人員的計算進行了修改，車站員工需要參加指揮、協助、引導人員疏散和撲救初期火災，所以不再計算在疏散人員內。

2017年由中國安全生產科學研究院、中國標準化研究院等單位起草的《地鐵安全疏散規范》[5]中進一步明確了車站安全疏散的總體要求。其中包含了地鐵車站站臺、站廳、列車等場景下疏散經驗公式，進一步明確了疏散參數的取值及計算方法。這里與《地鐵設計規范》不同的是，站臺層事故安全疏散時間為預反應時間、人員疏散至樓扶梯的時間、樓扶梯上平均滯留時間、通過樓扶梯的時間以及通道非均勻性偏差時間之和。

國內關于地鐵安全疏散的規范主要有GB50157-2013和GB/T33668-2017，從經驗公式上看，后者要嚴于前者，考慮了疏散過程中的滯留、阻礙等因素，但后者是推薦性標準，且在第一條“范圍”中明確指出，該標準的使用范圍為新建工程的安全疏散設計及運營工程的疏散安全管理，所以早年設計的地鐵是否在運營期間完全按照后者計算還有待商榷，但GB/T33668-2017對運營過程中的應急管理仍有一定的指導意義。

2 案例應用與分析

筆者選取某地鐵站的疏散模擬案例進行分析，以期發現日常管理中常見的問題，并針對法律法規的學習給出自己的理解，以優化相應的模擬結果。

2.1 數值模擬應用案例

模擬環境下選取的地鐵站為地鐵二級車站，有效長度為120 m、寬度為13 m，設有2個安全出口，車站示意圖如圖1所示。

圖1 車站示意圖

地鐵車站中需要疏散的人員包括站廳、站臺和列車的乘客及工作人員。乘客的男女老少選取比例參考《中國統計年鑒2021》，車站預測遠期高峰小時客流量如表1所示，通過計算可以得到，最大高峰客流量存在于早高峰，設計下行客流量為9 695人/h。客流高峰時間段最小發車間隔為3 min。故站臺上行方向候車人數為480人，下行方向候車人數為485人，列車中乘客共1 380人，數值模擬過程中的人員參數設置情況如表2所示。

表1 車站預測遠期高峰小時客流量

表2 地鐵仿真模型中疏散人員數量

站臺和列車乘客的疏散開始時間為100 s，疏散運動時間為540 s，總疏散時間為640 s完成人員疏散全過程，不能滿足6 min的要求。

2.2 理論研究及分析

1)Q1最大客流斷面流量實際上并不是一列車滿載客流量，而是按照超高峰小時一列進站列車所載客流，它的取值一般可以從設計文件或者后期的調研文件中找到，對于最大客流斷面流量的計算，在學術研究里有多種估算方法，這個數值是大于定員人數還是小于定員人數，主要還是取決于一個城市的發展情況，城市的規模、人口數量對其影響很大。故認為在進行數據選取時還應以有資質的設計院出具的計算結果為依據進行計算。

2)Q2站臺上最大候車乘客選取相對容易，客流控制期超高峰小時站臺上車的最大候車乘客，認為可以理解成同一時刻(即達到高峰小時客流量的時刻)同時進入上、下行的乘客總數，而超高峰系數的選取按照標準應該處于1.1～1.4，這里系數的取值也應該參考城市規模，對于一線城市，筆者推薦選取1.4，而針對本案例中的二線城市，筆者推薦選取1.2～1.3進行計算。

Q1=Max{(7 370+1 357)，(6 361+1 149)}/20×1.2=524人(人數取整數)

3)扶梯通過能力計算參考本市的地鐵扶梯通過能力整體情況，即121人/min·m。故2部1 m的扶梯整體通過能力為242人/min，但在規范中要求計算時須假設一部扶梯失效，故計算時按照整體通過能力121人/min進行計算。

4)疏散樓梯通過能力計算參考本市的地鐵扶梯通過能力整體情況，事故疏散狀態為單向上樓通過人數3 700人/h，4.8 m總寬度的樓梯通過能力為296人/min。

將參數帶入到公式中計算，3種情景下對應的疏散時間為3.73 min，即224 s。

3 結語

按照《地鐵設計規范》進行計算得到的人員疏散時間為224 s，某站的疏散時間滿足規范要求，但在列車超員狀態下會嚴重影響疏散時間，大客流狀態下應予以關注，這與數值模擬案例中計算得到的640 s差異較大，部分原因是由于參數的選取導致的。

此外在數值模擬過程中，人員的參數選擇對于結果的影響也較大，比如人的肩寬、樓梯的運行速度、人的運行速度、人的分布情況等。上述案例是典型性能化模擬中的常見案例，對于地鐵這樣具有特殊使用功能的建筑來說，模擬的參數選擇上更應該考慮到地鐵的實際情況，而不是僅僅參考《建筑設計防火規范》、SFPE等通用規范。雖然《地鐵安全疏散規范》是2017年發布的規范，而早期地鐵設計主要參考的是《地鐵設計規范》，但在《地鐵安全疏散規范》中卻給出了人員的行走速度、樓梯的通過能力、扶梯運行和停運狀態下的通過能力、柵欄門的通過能力等，這些參數的選取都是經過大量數據統計得到的具有符合中國國情可參考的數據，這對運營過程中的應急能力評估具有指導意義。