基于Pathfinder 的出口歐洲車輛疏散仿真分析

陳建芳 孫國棟 薛學(xué)棟 鄂鵬宇

（中車青島四方機車車輛股份有限公司 技術(shù)中心，山東 青島 266111）

鐵路列車是重要的客運交通方式，乘客的安全疏散問題備受關(guān)注。由于列車內(nèi)人員密度大，當列車突發(fā)緊急事故時，確保人員安全疏散才能有效減少人員傷亡。列車的人員疏散研究對車輛的應(yīng)急方案具有重要意義。

國內(nèi)朱杰等人以CRH1 高速動車組為對象，運用Building EXDOUS 軟件研究了不同開門寬度、開門形式對人員安全疏散的影響[1]。王春雪等人運用Pathfinder 軟件針對不同時段地鐵站的疏散用時、擁堵點、人員疏散路徑、出口利用率等方面進行人員疏散仿真分析[2]。杜璐露以CRH1 動車組為對象，運用Pathfinder 軟件模擬不同的火源位置，結(jié)合列車火災(zāi)煙氣分析，研究了人員疏散情況與火源位置、車廂出口等因素的關(guān)系[3]。目前對列車車輛的疏散仿真主要針對地鐵站人員疏散及高速動車組列車內(nèi)人員在隧道或在車站站臺的疏散。缺乏對設(shè)有殘疾人衛(wèi)生間的鐵路列車的人員疏散研究。

本文以出口歐洲型列車為例，通過Pathfinder 軟件對車輛進行疏散仿真分析，對比車門在車輛中部和車輛端部時的疏散時間，研究車門布置對出口歐洲型列車疏散時間的影響。

1 出口歐洲型車輛布置

本文以出口型歐洲車輛為研究對象，為滿足《關(guān)于與殘障和行動不便人士可以使用歐盟鐵路系統(tǒng)相關(guān)的互操作性技術(shù)規(guī)范》（TSI 1300）和《關(guān)于與歐洲鐵路系統(tǒng)的子系統(tǒng)“鐵路車輛- 機車車輛和客運車輛”相關(guān)的互操作性技術(shù)規(guī)范》（TSI 1302），車輛上設(shè)有1 個殘疾人衛(wèi)生間，客室內(nèi)設(shè)有61 個座椅，固定座椅之間設(shè)置折疊桌，客室安裝2 個側(cè)門，左右側(cè)各1 個。

2 基于Pathfinder 的人員疏散仿真

人員疏散仿真軟件Pathfinder 是基于進出和人員運動的模擬器。該軟件具有可以利用三維視覺效果展示疏散場景、可以精確選擇觀測每個人員的逃生路徑以及疏散所用時間等優(yōu)點[4]。同時還可以自定義部分參數(shù)，如人員的最大行走速度，出口的選擇等等，更符合列車內(nèi)實際情況。本文采用Pathfinder 軟件進行列車內(nèi)人員疏散仿真。

2.1 仿真模型

將車輛客室內(nèi)的座椅、殘疾人衛(wèi)生間、車內(nèi)設(shè)施等部件結(jié)構(gòu)簡化，并按照實際位置進行布置，簡化后的平面圖導(dǎo)入Pathfinder 軟件中。

2.2 參數(shù)設(shè)置

2.2.1 車廂內(nèi)人員數(shù)量

根據(jù)EN15663 標準，車廂站立面積不包括以下面積：

地面正常座椅的投影面積加上用于坐著的乘客擱置雙腳的300mm 深度面積；

地面固定桌的投影面積；

僅可由駕駛員和乘務(wù)員使用的面積；

禁止乘客站立的面積；

僅當上車或下車才可使用的臺階及其他面積；

高度低于1850mm 的區(qū)域面積；

用于衛(wèi)生間、沖洗區(qū)域的面積；

由此計算該車輛的站立面積為18.91 m2。

根據(jù)EN15663 標準，車廂站立區(qū)域設(shè)計時，每平方米容納2～4 個乘客，本文按照最大值計算，取4 人/m2，則車廂內(nèi)站立人數(shù)為76 人。

假設(shè)車廂內(nèi)坐席人數(shù)為61 人，則車廂內(nèi)疏散人員的總數(shù)為137 人。由于該車輛可能有殘疾人乘車，假設(shè)緊急疏散時，車廂內(nèi)有一位殘疾人士，其余136 人為普通人。

2.2.2 行走速度

根據(jù)《SFPE 消防工程手冊》，出口通道（例如走廊和門道）處無障礙人員的最大行走速度為1.19m/s[5]。Sharifi[6]和Fahy、Prolux[7]等人的研究表明，無障礙人員的最低步行速度為0.9 m/s，殘疾人的平均步行速度為0.5 m/s。

本文設(shè)定普通人的行走速度為1.05m/s，殘疾人士的行走速度為0.5m/s。

2.3 仿真工況

由于車輛設(shè)有殘疾人衛(wèi)生間，考慮到殘疾人上車后的便利性，殘疾人衛(wèi)生間應(yīng)盡量靠近車門位置。本文假設(shè)車門分別布置于車輛中部和端部，同時殘疾人衛(wèi)生間等設(shè)施相應(yīng)進行布置。車門布置于車輛中部時，平面布置圖如圖1 所示；車門布置于車輛端部時，平面布置圖如圖2 所示。

圖1 某出口歐洲型列車平面圖（車門布置于車輛中部）

圖2 某出口歐洲型車輛平面圖（車門布置于車輛端部）

本文模擬以下四種工況進行仿真分析：

工況一：車門設(shè)置在車輛中部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從靠近站臺一側(cè)的車門疏散至站臺。

工況二：車門設(shè)置在車輛中部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散至列車外部。

工況三：車門設(shè)置在車輛端部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從靠近站臺一側(cè)的車門疏散至站臺。

工況四：車門設(shè)置在車輛端部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散至列車外部。

2.4 仿真結(jié)果

在Pathfinder 軟件中模擬四種工況，車輛內(nèi)所有人員全部疏散需要的時間詳見圖3 及表1。

圖3 不同工況下列車內(nèi)人數(shù)隨時間變化圖

表1 不同工況下疏散時間

仿真結(jié)果表明：

（1）當車門位于車輛中部時，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散比單側(cè)車門疏散時間減少約22s；

（2）當車門位于車輛端部時，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散比單側(cè)車門疏散時間減少約15s；

（3）當列車內(nèi)人員從列車單側(cè)車門疏散時，車門位于中部比車門位于車輛端部疏散時間減少約31s；

（4）當列車內(nèi)人員從列車雙側(cè)車門疏散時，車門位于中部比車門位于車輛端部疏散時間減少約38s；

對于出口歐洲型車輛來說，車門位于車輛中部更有利于列車內(nèi)人員疏散。如列車行駛環(huán)境允許，列車內(nèi)人員從車輛雙側(cè)車門疏散可有效減少疏散時間。

3 結(jié)論

本文以某出口歐洲型車輛為研究對象，通過設(shè)置列車人員數(shù)量和合理的行人速度，對比車門在車輛中部和車輛端部時的疏散時間。通過Pathfinder 軟件仿真分析發(fā)現(xiàn)，列車內(nèi)人員從車輛雙側(cè)車門疏散可有效減少疏散時間；車門位于車輛中部更有利于列車內(nèi)人員疏散。