基于EVACNET4的地铁车站人员疏散模拟研究

基于EVACNET4的地铁车站人员疏散模拟研究
作者：吕傲冰等
来源：《价值工程》2015年第14期
摘要：以典型的岛式地铁车站为背景，设定了两种疏散场景，使用EVACNET4车站内发生紧急情况下的人员疏散进行了模拟，并将结果与规范计算所得结果进行比对。

根据模拟结果，分析了车站内相关设施对于人员疏散的影响，并在此基础上提出相关建议。

为地铁运营管理进一步完善疏散策略提供参考依据。

Abstract： Taking the typical island-style subway station as background， this paper set two evacuation scenarios， used the EVACNET4 for the simulation of personnel evacuation of station under an emergency， and compared the results with the results calculated through specification. According to the simulation results， the impact of related facilities within the station for the evacuation is analyzed， and recommendations are made on this basis， to provide reference for further improving the evacuation strategy in subway operations management.
关键词：地铁车站；人员疏散；瓶颈路径；数值模拟；EVACNET4
Key words： subway station；personnel evacuation；bottleneck path；numerical simulation；EVACNET4
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）14-0230-03
0 引言
为解决日益突出的交通拥堵问题，我国各城市开始积极开展城市轨道交通的建设。

地铁作为城市轨道交通的一种主要形式，虽然具有准时、快速、舒适等诸多优点，但是作为独立、封闭的地下空间建筑结构，地铁车站抵御各类灾害能力较弱。

加之各大城市中，地铁客流量巨大，一旦发生事故，由于疏散困难，往往造成较为严重的人员伤亡和经济损失。

因此，在发生紧急事故时，如何迅速而安全地将车站内和列车上的人员疏散出去是一个十分重要的研究课题。

本文以昆明地铁三号线小渔村站为例，对紧急情况下车站内和列车上的人员疏散过程进行了模拟仿真，分析了现有疏散设施对人员疏散的影响，并针对所得到的结果提出相关建议。

1 背景简介
昆明地铁3号线线路全长18.7km，地下段线路长14.7km，高架段及过渡段线路长
4.84km。

小渔村站是昆明地铁3号线初期工程的中间站，位于春雨路与规划道路（现大渔路附近处）交叉路口，沿春雨路呈西北及东南向布置，地下二层岛式站台车站，设计为盾构过站。

车站主体总长度181m，标准段总宽度19.7m，共设4个出入口（其中1个预留出入口），2组共6个风亭，车站开挖深度为17.5m至18.2m。

小渔村站主体结构及出入口通道如图1-图3所示。

2 疏散场景的确定
2.1 人员载荷确定按最不利情况考虑，疏散人数根据远期高峰小时客流量确定。

小渔村站远期预测进出站客流量如表1所示。

远期最大客流量为4.2万人/h。

远期高峰地铁列车运行30对。

则人员载荷为：一列列车乘客数为：42000/30×1.4=1960人；站台乘客人数及工作人员数量：（1957+2588）/30×1.4=213人；站厅层乘客人数及工作人员数量：213×0.2=43人。

2.2 疏散路径的确定整个疏散过程分为三个阶段。

由列车疏散至站台层为第一阶段，由站台层疏散至站厅层为第二阶段，由站厅层疏散至地面为第三阶段。

重点模拟无列车进站情况下的车站内人员疏散和上行（或下行）列车满载进站情况下的车站内和列车上的人员疏散过程。

两种场景的疏散路径如图4所示（WP：框架结构单元；SW：楼梯；HA：通道；DS：出口）。

3 人员疏散模拟
如果按照《地铁设计规范》（以下简称规范）第8.3.10条进行计算，两种场景下的站台层的事故疏散时间均小于规范规定的6min，符合规范要求。

但是规范只考虑了楼梯的宽度对疏散的影响，并没有将站台的建筑布局、相应的疏散设施等其他硬件影响因素考虑在内。

另外，规定的6min是将所有人员疏散至站厅层所需时间，在实际事故场景下，站厅层的安全性存在不确定性。

基于上述情况的考虑，本文选择四个出入口所能到达的地面作为疏散目的地，采用EVACNET4.0对疏散过程进行模拟。

按照EVACNET4.0要求，首先根据楼层内各空间结构和楼层间逻辑关系，通过绘制边界节点蓝图尽可能按实际需求划分节点，如图1-图3所示。

3.1 EVACNET
4.0模拟计算理论 EVACNET采用网络模型，将建筑的各个功能间（如工作间、走廊、楼梯、大厅等）作为节点（node），根据各功能间的实际位置将网络节点用弧（arc）连接。

建筑本身的结构布置决定每个节点中人员疏散的方向，通过模拟人员从一个节点运动到另一个节点的情况，最终获得人员疏散到安全区域需要的时间。

EVACNET疏散模型给出的疏散时间仅为疏散运动时间，不包括火灾探测时间和人员反应时间。

而火灾情况下的人员疏散时间为火灾探测时间、人员反应时间和人员疏散运动时间之和。

考虑到地铁车站内设有完善的火灾探测报警和监控系统，并且有训练有素的车站人员进行疏导，火灾探测时间保守设定为1min，人员反应时间设为1 min比较合理。

3.2 模拟结果概述从模拟结果来看，无列车进站场景下，站台层和站厅层共有256人。

完成所有人员的安全疏散需要345s，结合以上确定的火灾探测时间和人员反应时间，总的人员疏散时间为465s。

整个疏散过程中的非拥堵滞留时长345s，即整个疏散过程没有因为拥堵而损失的疏散时间。

在未发生拥堵的疏散情况下，单个被疏散者平均疏散用时为239s。

平均每5s 可成功疏散人数为3.7人。

列车进站场景中，所需疏散人数为2216人。

完成所有人员的安全疏散需要480s，计入火灾探测时间和人员反应时间，总的人员疏散时间为585s。

整个疏散过程中的非拥堵滞留时长345s。

整个疏散过程因为拥堵而损失了135s的疏散时间，所以该情况下的疏散拥堵因子为1.4（拥堵因子=疏散模型总耗时/非拥堵滞留时间）。

在发生拥堵的疏散情况下，单个被疏散者平均疏散用时为371s。

平均每5s可成功疏散人数为23.1人。

3.3 疏散路径中的瓶颈分析列车进站场景疏散路径中的瓶颈分布如表2所示。

由图5可知，瓶颈路段的影响时间与疏散人数呈现正相关性。

但是WP10.1-SW3.2路段表现反常，该路段影响人次为801人次占整个疏散人数的36.15%，但是其影响时间仅为95s占整个疏散时间的19.79%。

结合图纸，可以看出，SW3.2为双跑楼梯，其宽度为4m，半层有
16m2的休息平台，其疏散容量为178人，是所有楼梯中最大值。

SW3.2连接WP10.1和
WP1.2。

其中，WP1.2为站厅层付费区，其空间开阔，疏散容量1143人，为该疏散模型中容量最大的疏散空间。

虽然该路段为整个车站的疏散瓶颈路段，但是由于其路径容量与节点容量均为整个疏散模型中的最大值，所以其疏散能力相对与其他瓶颈路段较强。

HA4.2-SW4.3路段影响疏散时间达到峰值为205s，占整个疏散时间的42.71%，其次是HA1.2-SW1.3路段影响疏散时间为165s，占整个疏散时间的34.38%。

从疏散路径图可以看出，这两个路段有多处相似之处。

首先，这两个路段连接站厅层与疏散目的地（地面）；其次，这两个路段在疏散走廊与一跑楼梯均有一个转角空间，且两个连接走廊长度明显短于
HA2.2和HA3.2；最后，这两个路段的路径容量一样均为18人/m·min。

对比同为连接站厅层与地面的HA2.2-SW2.3和HA3.2-SW3.3路段疏散情况，可知由于疏散走廊存在转角平台，会明显降低疏散人群的平均疏散速度；同时疏散走廊长度较短，没有实现疏散人群稀释，反而增加了疏散人群的拥挤，则进一步降低了疏散人群的平均疏散速度。

这就造成了HA1.2-SW1.3和HA4.2-SW4.3的疏散能力大幅度降低，成为影响整个疏散路径的最大平均路段。

WP22.1-WP16.1路段影响疏散时间最小为10s，仅占整体疏散时间的2.08%。

从疏散路径图可知，该路段是连接列车头部车厢与站台层，列车车门宽度是唯一的影响因素。

由于该路段
所连接的疏散空间较小，且疏散人数较低，因此其虽为瓶颈路段，但是对于整个的疏散时间影响甚小。

WP7.1-SW2.2，WP14.1-SW5.2，SW1.2-WP1.2，SW4.2-WP1.2这四个瓶颈路径对于疏散时间的影响大小在20%左右，共有789人受到影响，占总疏散人数的35.60%。

这四个瓶颈路径均为一侧为疏散节点WP，另一侧为疏散楼梯SW。

但是其瓶颈路径产生的原因不同。

结合疏散路径图可知，WP7.1-SW2.2和WP14.1-SW5.2是从疏散节点WP向疏散通道SW单向疏散。

此时，影响疏散路径的服务能力的影响因子只有疏散通道SW的宽度。

所以这两个瓶颈路径的服务水平相近。

而SW1.2-WP1.2和SW4.2-WP1.2则是从疏散通道SW向疏散节点WP单向疏散，结合疏散路径图可知，此时影响疏散路径服务能力的影响因子是疏散通道出口的位置，即疏散人群通过疏散通道SW后能否迅速的进行二次疏散，而不会在出口处形成人群阻塞。

由于SW1.2与SW4.2在疏散节点WP1.2的出口位置空间狭小，障碍物多，不利于二次疏散。

因此在疏散时此处会发生阻塞现象。

增大了瓶颈路径对于整体疏散的影响时间。

WP7.1-SW1.2和WP7.1-SW2.2，这两个瓶颈路段均为疏散节点WP7.1单向疏散只SW1.2或SW2.2。

且SW1.2、SW2.2宽度、高度等物理参数一样。

但是这两个瓶颈路段对于整体疏散时间的影响大小确有明显差异。

造成此现象的原因与疏散场景有关。

在地铁列车行车中明确指出，地铁列车紧急疏散时，站台最多允许单向列车（下行/上行）靠站疏散。

当进行人员疏散时，由于单向列车靠站疏散，就造成站台层人员分布不均匀。

由于模型采用最短路径选择假设，正是由于最短路径假设和人员密度分布不均，造成了同样条件下的两个瓶颈路段产生的影响完全不同的现象。

4 结论及建议
①在无列车进站和单向列车进站这两种常见的运营场景下，如果计入火灾探测时间和人员反映时间，现有车站设施均无法满足在360s内将所有人员疏散至地面。

②疏散通道走廊长度和形状对疏散时间有明显影响。

设有转角的走廊将大幅度提高疏散时间，并在转角处容易出现人群疏散阻塞现象。

走廊长度对于疏散人群有明显的稀释效应。

因此建议适当减少疏散通道走廊转角，并通过与商业地产结合的方式增加疏散通道走廊长度，稀释疏散人群。

③疏散楼梯宽度与出口位置空间容量，是影响人员疏散的重要影响因素。

楼梯宽度直接影响楼梯的通行能力，出口位置空间容量直接影响人员二次疏散时间。

建议适当加宽连接站台层与站厅层的楼梯宽度，同时在站厅层的楼梯出口处减少不必要的设施设备，以增加楼梯出口处的空间容量。

可将站厅层付费区与非付费区隔离设施设置成可移动装置。

当发生紧急情况时，移走隔离装置，进一步增大站厅层可用空间。

④疏散楼梯造型对于人员疏散也产生重要影响。

双跑楼梯的转角休息平台，会降低其通行能力。

降低疏散人群的移动速度，增加人群的疏散时间。

如有可能，可增大双跑楼梯的转角角度，或用直行双跑楼梯替代转角双跑楼梯。

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