鐵路客運(yùn)站人員疏散安全風(fēng)險(xiǎn)模擬研究

白 元

（新疆維吾爾自治區(qū)安全科學(xué)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

0 引言

鐵路客運(yùn)站是與人們生活密切相關(guān)的公共建筑，是人員密集的場所，必須確保安全。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全國鐵路旅客發(fā)送量增長迅猛，根據(jù)國家鐵路局統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，從2000年的16.76億人增至2017年的30.84億人，年均增長8.3%。為了滿足越來越多旅客的出行需求，國內(nèi)各大城市相繼建成大型現(xiàn)代化綜合交通客運(yùn)樞紐站，現(xiàn)代大型鐵路客運(yùn)樞紐站在很大程度上改變了傳統(tǒng)的客運(yùn)組織模式，主要表現(xiàn)是建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)規(guī)模宏大，交通功能范圍更廣、空間更大。鐵路客運(yùn)站不僅成為聯(lián)系城市之間交通的重要節(jié)點(diǎn)，而且成為融商業(yè)、服務(wù)、餐飲、娛樂等為一身的城市商圈?？瓦\(yùn)站內(nèi)的客流密集度高、人員組成復(fù)雜，人員對周圍環(huán)境都不熟悉，是易發(fā)生緊急突發(fā)事件的公共區(qū)域。一旦出現(xiàn)緊急情況等突發(fā)事件，隨時(shí)可能發(fā)生旅客混亂、行為舉止失常、精神異常、盲目自救等情況，給緊急情況下的人員應(yīng)急安全疏散造成很大壓力，極有可能造成跌倒、踩踏等次生事故。

鐵路客運(yùn)站作為人員密集場所，無法開展真實(shí)疏散演習(xí)，人群仿真成為目前對建筑疏散性能評估的重要方法，廣泛應(yīng)用于各類型大型公共建筑[1-2]。隨著1980年第一個(gè)計(jì)算機(jī)疏散模型BFIRES的誕生[3]，近30年來疏散模擬技術(shù)獲得了長足進(jìn)步，疏散模擬軟件、人員疏散仿真軟件常用的有Pathfinder、Simulex、Building EXODUS、Anylogic、Legion、STEPS等[4]。國內(nèi)研究人員開發(fā)的人員疏散分析軟件有Guarder、Safe-Go、MTRPedSIM、EVACUATOR[5]。Pathfinder是一套由美國的Thunderhead Engineening公司研發(fā)的簡單、直觀、易用的新型智能人員緊急疏散逃生評估系統(tǒng)。本文選用Pathfinder仿真模擬軟件，以烏魯木齊站空間建筑結(jié)構(gòu)、客流時(shí)空分布規(guī)律、人員行為特征、疏散設(shè)施能力為基礎(chǔ)，建立仿真環(huán)境，并且根據(jù)疏散允許時(shí)間和人員疏散距離，對烏魯木齊站疏散能力進(jìn)行分析，推導(dǎo)出了烏魯木齊站的最大允許容納的人員數(shù)量，對指導(dǎo)鐵路客運(yùn)站人員進(jìn)行合理疏散、制定最佳緊急疏散預(yù)案具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[6-7]。

1 研究概況

1.1 烏魯木齊站概述

烏魯木齊站為樞紐內(nèi)主要客運(yùn)站，2016年8月建成通車，車站為高普（高速和普速）合場布置，高鐵新客站占地0.75km2，建筑面積11萬平方米，新客站建筑分地上兩層，地下一層，烏魯木齊站旅客空間疏散人數(shù)按設(shè)計(jì)高峰發(fā)送量8200人/h，根據(jù)《鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，該站建設(shè)規(guī)模為大型站。

1.2 模型建立

根據(jù)Pathfinder仿真軟件模擬需求，實(shí)地調(diào)研烏魯木齊站，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，基于烏魯木齊站概況建立了1：1比例的建筑仿真環(huán)境，如圖1。

1.3 模擬條件設(shè)定

在仿真參數(shù)設(shè)定中，根據(jù)《中國成年人人體尺寸》（GB/T10000-1988E），肩寬的取值依靠我國標(biāo)準(zhǔn)來確定，男性肩寬設(shè)定為區(qū)間[37.5cm，47.5cm]內(nèi)隨機(jī)分布，女性肩寬確定為區(qū)間[35.1cm，45.1cm]內(nèi)隨機(jī)分布。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)，并結(jié)合國內(nèi)外典型疏散模型中的人員速度，仿真人員特征參數(shù)設(shè)定，見下表。

圖1 烏魯木齊站建模圖Fig.1 Modeling of the Urumqi railway station

表 人員特征表Tab Description of personal characterizes

根據(jù)烏魯木齊站不同時(shí)期、時(shí)段旅客高峰期進(jìn)站人數(shù)統(tǒng)計(jì)：日常高峰時(shí)段平均每小時(shí)6000人，每周末高峰時(shí)段平均每小時(shí)6400人，小長假高峰時(shí)段、冬春暑運(yùn)高峰時(shí)段平均每小時(shí)7200人。冬春暑運(yùn)疊加小長假和周末高峰時(shí)段平均每小時(shí)6545人?？紤]到安檢緩慢造成旅客積壓、部分乘客提前到達(dá)車站候車和高峰時(shí)段中的最高峰時(shí)刻人流量最大等情況，在仿真中人員數(shù)量設(shè)定為8200人。模擬結(jié)果，如圖2、3。

2 人員疏散模擬分析

2.1 疏散時(shí)間分析

圖2 烏魯木齊站疏散模擬情況Fig.2 Simulation of evacuation in Urumqi railway station

根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，進(jìn)站大廳在0～30s人數(shù)快速下降，在30s后由于候車廳外、候車廳和售票廳人員疏散到進(jìn)站大廳，從而使30～123s人數(shù)再次迅速上升，最高人數(shù)為201人，然后呈迅速下降趨勢，在168s后疏散完畢。售票廳疏散開始后人數(shù)呈迅速下降趨勢，在74s后疏散完畢。候車大廳在0～43s由于候車廳人員疏散出來，人數(shù)呈迅速上升趨勢，最高人數(shù)為328人，然后呈迅速下降趨勢，在141s后疏散完畢。候車廳由于疏散較為集中，人數(shù)呈緩慢下降趨勢，分別在150s、113s后疏散完畢。商業(yè)區(qū)由于疏散距離較長，人數(shù)呈緩慢下降趨勢，分別在82s、64s后疏散完畢。從高架層疏散的人員，最后一名疏散結(jié)束的時(shí)間為224.5s，從站臺疏散的人員，最后一名疏散結(jié)束的時(shí)間為233.8s。從疏散整體圖中可以看出，人員在15s時(shí)通過疏散出口開始逃生，在15～53s時(shí)，出口疏散總?cè)藬?shù)（106人）的斜率較小，主要是因?yàn)榍捌诰嚯x疏散出口近的疏散人員較少，此時(shí)疏散的客流大部分是位于候車廳以外的客流。在53～200s時(shí)，出口疏散總?cè)藬?shù)（8019人）的斜率較大，說明人員疏散較為順暢，隨著時(shí)間推移人員疏散速度有所放緩，在233.8s 最終疏散 8310人。

圖3 烏魯木齊站疏散出口模擬情況Fig.3 Simulation of evacuation of exists in Urumqi railway station

根據(jù)《NFPA130》《鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》[8-9]等相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對鐵路客運(yùn)站的旅客疏散運(yùn)動時(shí)間不大于5min。烏魯木齊站最小疏散時(shí)間16s，最大疏散時(shí)間233.8s，平均疏散時(shí)間為131.7s，根據(jù)安全疏散時(shí)間公式，火災(zāi)報(bào)警時(shí)間和人員預(yù)動作時(shí)間之和取1min，得出在高峰小時(shí)發(fā)送量8200人情況下，烏魯木齊站的整體疏散時(shí)間為393.8s，超出相關(guān)規(guī)范中車站必要安全疏散時(shí)間6min的要求。主要原因是烏魯木齊站南廣場尚未建設(shè)完成，疏散設(shè)施未全部投入使用，影響了疏散效率。同時(shí)在疏散高峰期，候車廳檢票閘機(jī)有效疏散寬度驟減形成疏散瓶頸，除無障礙檢票閘機(jī)為0.9m寬外，人工檢票口和自動檢票閘機(jī)寬度都為0.6m，每個(gè)閘機(jī)僅容1人通過，這使得在突發(fā)狀況下，蜂擁而至的人群到達(dá)閘機(jī)處時(shí)大量擁堵，從而形成了疏散瓶頸。根據(jù)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，安全疏散的距離不得大于50m，從烏魯木齊站人員疏散距離來看，最小疏散距離8m，最大疏散距離196.9m，平均疏散距離84.9m，人員疏散距離超出了相關(guān)規(guī)范的安全疏散距離。主要是因?yàn)殍F路客運(yùn)站屬于交通建筑，高大空間多切功能性強(qiáng)，造成在候車廳現(xiàn)有格局下防火分區(qū)的面積突破了規(guī)范，造成人員疏散距離超出了相關(guān)規(guī)范的安全疏散距離。

2.2 疏散能力分析

根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，進(jìn)站大門1、5出口通行能力分別為0.1人/s和0.43人/s，通行能力最小，主要原因是出口寬度為170cm，并且位于疏散通道兩側(cè)，因此疏散人員會根據(jù)就近原則選擇出口。進(jìn)站大門3出口居中，且與出站單向門垂直，通行能力從而呈現(xiàn)出與出站出口通行能力一致的變化趨勢。進(jìn)站大門2、4出口通行能力分別為1.31人/s和1.24人/s，承擔(dān)了絕大部分的客流，存在通行能力先達(dá)到峰值，然后逐漸降低，然后又經(jīng)歷一個(gè)峰值后回到零的過程。落客平臺2、3、4、5出口的通行能力相差不大，在疏散初期到中期通行能力呈逐漸上升趨勢，1出口通行能力較小，這一原因與疏散人員選擇前一出口的原因直接相關(guān)，疏散人員根據(jù)就近原則選擇了距離更近的出口進(jìn)行逃生。基本站臺出口通行能力變化趨勢較小，通行能力分別為0.34人/s和0.66人/s。其余7個(gè)站臺通行能力相差不大，通行能力在5.71～7.27人/s之間。根據(jù)HCM2000標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)水平[11]，疏散人員排隊(duì)服務(wù)水平在A-D級以內(nèi)，疏散人員樓梯服務(wù)水平在A-E級以內(nèi)，疏散人員通道服務(wù)水平在A-E級以內(nèi)，烏魯木齊站樓梯、扶梯、閘機(jī)、出入口通道等能力能夠滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中對應(yīng)急疏散能力的要求。

3 結(jié)論

本文通過對鐵路客運(yùn)站烏魯木齊站進(jìn)行人員疏散的仿真模擬研究，由Pathfinder建立的模型可以準(zhǔn)確的模擬鐵路客運(yùn)站突發(fā)狀況下人員疏散時(shí)的基本狀況，是一種有效的疏散安全風(fēng)險(xiǎn)評估方法，能夠?yàn)橥话l(fā)事件應(yīng)急預(yù)案制定提供依據(jù)。在設(shè)計(jì)高峰小時(shí)發(fā)送量8200人情況下，最小疏散時(shí)間16s，最大疏散時(shí)間233.8s，平均疏散時(shí)間為131.7s。疏散人員從高架進(jìn)站大門疏散的疏散時(shí)間為224.5s，疏散人員從站臺疏散的疏散時(shí)間為233.8s，并且候車廳商業(yè)區(qū)人員疏散時(shí)間最長。結(jié)合模擬結(jié)果，加上火災(zāi)報(bào)警時(shí)間和人員預(yù)動作時(shí)間得出烏魯木齊站的整體疏散時(shí)間為393.8s，超出國家規(guī)定中車站必要安全疏散時(shí)間6min的要求，仍有許多問題有待進(jìn)一步的研究和探討。模擬結(jié)果能夠顯示出疏散高峰時(shí)造成人員擁擠的疏散瓶頸，為改進(jìn)疏散方案及措施起到一定指導(dǎo)作用。