地鐵車站火災疏散模擬與應急照明優化研究

摘要：隨著城市化進程的加速推進，地鐵車站作為城市交通網絡中的重要樞紐，日常運營的安全性日益受到社會各界的關注。特別是在面對火災等突發事件時，地鐵車站的安全運營面臨著嚴峻的考驗。火災不僅會對地鐵車站的基礎設施造成嚴重破壞，還會對乘客的生命安全構成極大威脅。因此，開展地鐵車站火災疏散模擬與應急照明優化研究具有重要的現實意義。本文基于火災疏散模擬理論，深入研究了地鐵車站火災疏散的特性，構建了符合實際情況的地鐵車站火災疏散模型。在此基礎上，提出針對性的優化策略，旨在提高地鐵車站的火災應急響應速度和乘客疏散效率。同時，針對地鐵車站應急照明系統存在的照明不足、分布不均等問題，設計科學合理的優化方案，以期進一步提升地鐵車站的火災應急響應能力。

關鍵詞：地鐵車站；火災疏散模擬；應急照明系統；乘客疏散

引言

地鐵車站作為城市交通網絡的重要組成部分，每天承載著大量人流，是連接城市各個角落的紐帶。其安全性不僅關系廣大市民的日常出行，還直接關系市民的生命財產安全。然而，隨著城市化進程的加速推進和地鐵網絡的不斷擴展，地鐵車站的安全問題也日益凸顯[1]。例如，2011年9月27日，上海地鐵10號線兩列列車發生追尾事故，雖然該事故并非直接由火災引起，但事故現場的煙霧和混亂給乘客疏散帶來了極大困難，造成了人員傷亡。此類事件的發生敲響了地鐵車站安全的警鐘，必須高度重視地鐵的火災應急響應能力。

一、地鐵車站火災疏散模擬

（一）火災疏散模擬理論基礎

火災疏散模擬是一門涉及多學科交叉的研究領域，它融合了人員行為學、火災動力學以及建筑環境學等多個學科的知識。通過構建火災場景和人員疏散模型，利用先進的計算機仿真技術來模擬火災發生時的火勢蔓延、煙霧擴散以及人員疏散過程。這不僅能夠直觀地展示火災和疏散過程，還能夠評估不同疏散策略的有效性和疏散時間等關鍵指標，為制定科學、合理的疏散方案提供重要依據。在火災疏散模擬中，常用的軟件工具包括FDS（Fire Dynam Simulator）、EVACNET4等，這些軟件為火災疏散模擬提供了強大的技術支持。

（二）地鐵車站火災疏散模型構建

地鐵車站作為城市交通網絡的重要組成部分，建筑結構特點復雜多樣，包括站臺層、站廳層、設備區等多個功能區域。這些區域在火災疏散過程中發揮著不同的作用。因此，在構建火災疏散模型時，需要充分考慮地鐵車站的建筑結構特點。首先，人員分布是構建模型時需要考慮的關鍵因素之一。地鐵車站的日常客流量巨大，人員分布通常呈現出一定的特點[2]。在構建模型時，需要根據地鐵車站的客流量數據，合理設定人員分布參數，以確保模擬結果的準確性。其次，疏散路徑的設置也是構建模型時的重要環節。地鐵車站的布局和疏散指示標志對于人員的疏散過程具有重要影響。在構建模型時，需要根據地鐵車站的布局特點，合理規劃疏散路徑，并設置明顯的疏散指示標志，以確保人員在疏散過程中能夠迅速找到最近的安全出口。最后，疏散時間的設定也是構建模型時需要考慮的因素之一。疏散時間包括火災探測時間、報警時間、人員反應時間和疏散行動時間等多個階段。在構建模型時，需要綜合考慮這些因素，合理設定疏散時間參數，以評估不同疏散策略的有效性和疏散時間等關鍵指標。

（三）火災疏散模擬結果分析

通過火災疏散模擬，可以獲取人員疏散過程與特點，進而對疏散策略的有效性和疏散時間等關鍵指標進行評估。模擬結果顯示，在火災發生時，人員疏散速度受多種因素的影響。火災規模和煙霧濃度是影響人員疏散速度的重要因素之一。隨著火災規模的擴大和煙霧濃度的增加，人員的疏散速度會逐漸降低。由于煙霧會降低能見度，增加人員尋找出口的難度。同時，高溫和有毒氣體也會對人員的身體造成損害，進一步影響疏散速度。疏散路徑的通暢程度也對人員疏散速度產生重要影響。如果疏散路徑上存在障礙物或擁堵情況，人員的疏散速度會受到限制[3]。因此，在構建疏散模型時，需要合理規劃疏散路徑，確保路徑通暢。通過優化地鐵車站的布局和設計，增加疏散通道的數量和寬度，提高疏散路徑的通暢程度，可以有效縮短疏散時間。在疏散路徑上設置明顯的疏散指示標志和引導人員疏散的標識牌，也可以提高疏散效率。此外，人員的心理狀態也會對疏散速度產生影響。在火災發生時，人們可能感到恐慌，導致疏散速度降低。因此，加強人員培訓和演練，提高人員在火災等突發事件中的應急反應能力和自救互救能力，對于提高疏散速度具有重要意義。這有助于人員在火災發生時保持理智，迅速采取正確的疏散措施，從而提高疏散效率。

二、地鐵車站應急照明系統現狀分析

在火災等突發事件中，應急照明系統作為重要的安全保障設施，對于指導乘客快速、有序地疏散具有重要意義。然而，目前地鐵車站應急照明系統的現狀并不盡如人意，存在一些亟待解決的問題。

（一）應急照明系統組成及功能

地鐵車站應急照明系統主要由應急照明燈具、應急照明控制系統和備用電源等組成。應急照明燈具包括疏散指示燈、安全出口燈、應急照明燈等，用于在火災等突發事件中為乘客提供清晰的疏散照明。應急照明控制系統負責控制應急照明燈具的開啟和關閉以及根據火災報警系統的信號進行聯動控制。備用電源用于在市電故障時為應急照明系統提供電力保障。

（二）應急照明系統存在的問題

盡管地鐵車站應急照明系統在保障乘客安全疏散方面發揮著不可或缺的作用，但在實際應用中，仍然存在一系列亟待解決的問題。

1.照明亮度不足或分布不均

在地鐵車站的應急照明系統中，照明亮度是評估其性能的關鍵指標之一。然而，部分地鐵車站的應急照明燈具亮度明顯不足，這可能是多種原因導致的。首先，燈具選型不當。個別地鐵車站在選擇應急照明燈具時，可能過于注重成本而忽視了燈具的照明效果，導致所選燈具的亮度無法滿足疏散過程中的照明需求。其次，光源老化。隨著時間的推移，應急照明燈具的光源會逐漸老化，導致亮度下降[4]。如果地鐵車站未能及時更換老化的燈具，應急照明系統的照明效果將大打折扣。最后，灰塵積累。地鐵車站環境復雜，灰塵較多，如果應急照明燈具長期未得到清潔，灰塵會覆蓋在燈具表面，影響光線透射，從而降低照明亮度。除了照明亮度不足外，照明燈具分布不均也是地鐵車站應急照明系統存在的一個嚴重問題。一些地鐵車站在安裝應急照明燈具時，可能未能充分考慮燈具的布局和數量，導致某些區域的照明效果不佳。例如，在通道轉角、樓梯口等關鍵疏散區域，如果照明燈具的數量不足或分布不合理，乘客在這些區域的視線清晰度將受到嚴重影響，從而降低疏散效率。

2.系統可靠性、穩定性問題

地鐵車站應急照明系統的穩定性是評估其性能的重要指標之一。然而，目前部分地鐵車站的應急照明系統存在故障頻發、穩定性不足等問題。首先，系統設計不合理。一些地鐵車站在設計應急照明系統時，可能過于注重功能而忽視了系統的穩定性，導致系統在運行過程中容易出現故障。其次，設備選型不當。一些地鐵車站在選擇應急照明設備時，可能過于注重價格而忽視了設備的質量，導致所選設備無法滿足系統的運行需求。最后，維護保養不到位。地鐵車站應急照明系統需要定期進行維護和保養，以確保其正常運行。然而，地鐵車站可能由于人力、物力等資源有限，未能及時對系統進行保養，導致系統出現故障的概率增加。系統穩定性不足會給疏散工作帶來極大困難。在火災等突發事件中，如果應急照明系統出現故障或無法正常工作，乘客將無法在黑暗中找到安全的疏散路徑，從而增加疏散過程中的安全風險。此外，系統可靠性、穩定性不足還可能影響地鐵車站的整體運營安全，給地鐵車站帶來不必要的損失和社會影響。

3.應急照明持續時間不足

在火災等突發事件中，應急照明系統的持續時間對于保障乘客安全疏散至關重要。然而，部分地鐵車站的應急照明系統持續時間不足，無法滿足長時間疏散需求。第一，備用電源容量不足。一些地鐵車站在設計應急照明系統時，未能充分考慮備用電源的容量需求，導致備用電源在關鍵時刻無法提供足夠的電力支持。第二，電池老化。隨著時間的推移，應急照明系統的電池會逐漸老化，導致儲能能力下降。如果地鐵車站未能及時更換老化的電池，應急照明系統的持續時間將大打折扣。應急照明持續時間不足會給乘客的安全疏散帶來極大威脅。

三、地鐵車站應急照明系統優化方案設計

（一）優化原則與目標

針對地鐵車站應急照明系統存在的問題，依據國家相關標準和規范，如《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》（GB51309-2018）等，筆者提出了以下優化原則。首先，提升照明亮度與均勻性。地鐵車站應急照明系統的照明亮度應滿足疏散過程中乘客的視覺需求，確保他們能夠清晰地看到疏散指示和周圍環境。因此，通過選用高效節能的照明燈具和優化燈具布局，使應急照明系統的平均照度不低于5lx，照度均勻度（最小照度與平均照度之比）不低于0.7。其次，增強系統穩定性。地鐵車站應急照明系統應具有高可靠性，以確保在關鍵時刻能夠正常工作。通過優化應急照明控制系統的設計和選用高質量的電氣設備，如采用冗余設計、熱備份技術等手段，提高系統的可靠性[5]。最后，延長應急照明持續時間。地鐵車站應急照明系統的持續時間應滿足長時間疏散需求，通過選用大容量、高性能的備用電源和優化電源管理策略，如采用智能充電技術、電池壽命管理等手段，延長應急照明系統的持續時間。根據國家標準，應急照明系統的持續時間應不低于30分鐘，在實際應用中應根據地鐵車站的具體情況進行適當調整。

（二）關鍵技術與設備選型

首先，應用高效節能照明燈具。選用LED等高效節能照明燈具作為應急照明系統的光源。LED燈具具有壽命長（一般可達50000小時以上）、亮度高（可達數百流明以上）、光線柔和等優點，能夠滿足應急照明系統的需求。同時，LED燈具還具有節能環保的特點，能夠降低地鐵車站的能耗和運營成本。其次，智能照明控制系統設計。采用智能照明控制系統對應急照明燈具進行精確控制和聯動控制。系統能夠根據預設的疏散方案和火災報警系統的信號，自動調整照明燈具的亮度和開啟狀態。例如，在火災發生時，智能控制系統能夠迅速啟動應急照明系統，并按照預設的疏散路徑調整照明燈具，為乘客提供清晰的疏散指示。同時，智能控制系統還能夠實時監測照明燈具的工作能耗情況，為地鐵車站的運營管理提供數據支持。最后，備用電源及電池組選擇。選用大容量、高性能的備用電源作為應急照明系統的電力保障。備用電源應采用不間斷電源（UPS）或柴油發電機等設備，以確保在市電故障時能夠為應急照明系統提供穩定的電力輸出。電池組應選用環保型的鉛酸蓄電池或鋰離子電池組等高性能電池組，以滿足長時間疏散需求。同時，采用先進的電池管理技術和智能充電策略，如均衡充電、浮充充電等，以延長電池的使用壽命。

（三）照明燈具布置方案

在照明燈具布置方案中，充分考慮地鐵車站的布局和疏散路徑。一方面，根據地鐵車站的建筑結構和人員分布特點，合理規劃照明燈具的布局。在關鍵疏散區域和通道處，設置足夠的照明燈具，以提高照明亮度和均勻性。例如，在樓梯間、通道轉角、出口等位置，設置高亮度的LED燈具，以確保乘客在這些區域能夠清晰地看到疏散指示和周圍環境。另一方面，在照明燈具的選擇上，采用了LED等高效節能燈具。LED燈具具有壽命長、亮度高、光線柔和等優點，能夠滿足應急照明系統的需求。同時，還需要考慮燈具的防水、防塵等性能，以確保在惡劣環境下能夠正常工作。

結語

通過對地鐵車站應急照明系統的深入研究發現，地鐵車站應急照明系統的優化對于提升地鐵車站的應急響應能力具有重要意義。通過提升照明亮度及均勻性、增強系統穩定性、延長應急照明持續時間等措施，可以確保乘客在緊急情況下能夠迅速、準確地找到疏散路徑，從而減少人員傷亡風險。此外，優化方案設計中的關鍵技術對于實現應急照明系統的優化目標至關重要。LED等高效節能照明燈具的應用、智能照明控制系統的設計以及備用電源與電池組的選擇等，都是實現應急照明系統優化的關鍵因素。通過共同努力，地鐵車站應急照明系統的安全性將得到進一步提升，為乘客提供更加安全、舒適的出行環境。

參考文獻

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[3]陳文輝.基于圖像處理的地鐵區間應急疏散系統的研究[D].沈陽航空航天大學，2015.

[4]盧鋒.地鐵區間隧道消防應急照明與疏散指示系統設計研究[J].城市軌道交通研究，2023（S2）：128-134.

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