地铁站火灾人员安全疏散研究综述

地铁站火灾人员安全疏散研究综述*

许伟伟1，2郑江华1，2余丹林3

（1．新疆大学资源与环境科学学院乌鲁木齐830046；2．新疆智慧城市与环境建模普通高校重点实验室乌鲁木齐830046；3．美国蒙特克莱尔州立大学地球与环境学院美国新泽西州）

摘要为提升地铁站火灾疏散能力，减少灾时人员伤亡和财产损失，国内外大量的研究成果服务于地铁应急预案的制定。分别从研究手段和研究对象方面对国内外近年来的文献进行梳理，分析了地铁站火灾疏

散中的烟雾特点、人员应急行为特征和心理反应、疏散中的瓶颈和疏散路径。系统地分析了影响地铁站火灾

疏散的因素，比较了不同学者地铁站火灾疏散中存在的差异以及有待改进的地方，从改善地铁设计管理方面

和提升人员疏散能力方面提出了建议。

关键词烟雾特点疏散瓶颈疏散路径建议

Ｒeview on Study of Personnel Evacuation in Subway Station Fires

XU Weiwei1，2ZHENG Jianghua1，2YU Danlin3

（1．College ofＲesource and Environment Sciences，Xinjiang University Urumqi830046）Abstract To improve fire evacuation capability in subway station and reduce casualties and property losses，a large

number of researches serve to the formulation of emergency plans in the subway station．This paper sorts out litera-

tures from the research means and aspects of domestic and foreign respectively，analyzes the characteristics of fires in

subway station，characteristics of emergency behavior，psychological response to emergency，the bottleneck of evacu-

ation and evacuation path．This paper systematically analyzes factors affecting the subway fire evacuation，compares

the differences and improvements between different researches and puts forward some suggestions to improve the metro

design and management and the evacuation capability of crowds．

Key Words fire characteristics evacuation bottleneck evacuation path suggestions

0引言

地铁作为有效缓解地面用地紧张和交通拥堵的最佳选择之一，凭借其独有的低碳、快速、准点等优点在城市轨道交通中发挥着不可替代的作用。目前世界上共有43个国家建立了118个轨道交通系统。截止到2011年，仅在中国的12个城市就已经超过了50条地铁线，总运营里程达到1500km［1］。然而，地铁站属于地下建筑，空间相对密闭，进出口相对有限。在这样特殊的条件下，一旦发生火灾，高温和浓烟将给人们造成极度的心理恐慌，容易导致群死群伤的恶性事件。因此，地铁火灾疏散问题，已成为国内外城市公共安全领域的热点问题。

1地铁火灾特点

表1简要列举了过去近20年按时间顺序世界各地发生的重大地铁火灾事故。从表中不难看出，纵火和恐怖袭击这类人为事故在地铁事故中所占比例较高，这些人为事故极易导致火灾的发生。对国内外典型地铁事故发生频率进行统计分析，发现地铁火灾在所有灾害中发生频率为32%［2］。地铁火灾的发生，往往伴随着巨大的人员伤亡和财产损失，这是因为：①无论是人为还是其他因素导致，地铁火灾突发性强，很难预防，地铁内部人员密集，极易造成大量人员伤亡。②火灾情况下，地铁墙壁中钢筋的强度在火焰和热烟的侵蚀下逐渐减弱，最终导致地铁结构的崩坏，也会造成巨大的伤亡［3］。③地铁站座位、走廊、广告牌等，是由易燃的玻璃纤维、碳酸乙烯、聚乙烯制成［4］，在供氧不足的环境中燃烧，会消耗大量的氧气，同时释放大量的毒气。不仅降低了地铁的能见度，而且引起人员的身体不适和心理恐惧，造成疏散困难［5］。

国内外学者对地铁火灾机理、原因、防范及火灾发生后人员疏散与财产减损等方面的研究，积累了

*基金项目：国家自然科学基金（40801058）。

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2015年第41卷第1期January2015

工业安全与环保

Industrial Safety and Environmental Protection

表1地铁事故一览

时间地点事故原因伤亡情况1995．10．28阿塞拜疆地铁在两个车站之间隧道中起火300多人死亡1996．6．11俄罗斯地铁在行进中发生爆炸4人死亡，7人受伤1999．8．23德国科隆地铁碰撞67人受伤，7人重伤2003．2．8韩国大邱人为纵火198人死亡，147人受伤2004．2．6莫斯科地铁列车爆炸40多人死亡，120多人受伤2011．4．11白俄罗斯地铁站高峰时段发生爆炸15人死亡，200多人受伤

大量的成果，给决策部门制定疏散预案、合理配置安全设备及科学运营地铁站等提供了科学依据。本文从国内外学者对地铁站疏散的研究出发，主要对以下4方面的内容进行总结归纳：火灾热释放率的研究，火灾烟雾蔓延方向的研究，疏散瓶颈的研究，疏散路径的研究。

2火灾烟雾热释放率及蔓延方向的研究

众多的地铁火灾案例统计结果表明，78．9%以上的死亡是烟雾所致。火灾中烟雾成为乘客的致命物质［6］，这是因为烟雾流动方向和逃生方向是重合的［7］。为此，深入研究火灾烟雾特性，成为地铁火灾安全疏散研究的重点之一，其研究的主要焦点集中在烟雾热释放率及蔓延速度和方向上。

2．1火灾烟雾热释放率的研究

国内外对于火灾中热源释放率（HＲＲs，heat－release rates）的研究，已经开展了很多年，针对地铁站台火灾的研究相对深入。Peizhong Yang等人［8］利用FDS+Evac研究地铁站火灾热源对疏散的影响，认为热释放率对于火灾紧急疏散只有微弱的影响，但是火源点、疏散人员所处的位置、通风条件和地铁材料性能对于紧急疏散有很大的影响。Ｒan Gao等人［9］利用LES（Large Eddy Simulation）针对中国西安大型地铁站进行仿真实验，发现火灾发生后大部分的烟会蔓延到天窗的顶部。因此，大型的天窗对于地铁火灾中人员生命安全是有利的，它可以储存大量的烟雾并能抑制其在水平方向上的传播。杨君涛、杨昀等人［10－11］在研究火源位置对楼梯口处烟气速度的影响中，对火灾热源热释放率做了一定研究，并与实验结果进行对比分析，验证了数据模拟的有效性。对烟雾热释放率的研究主要在一维或者二维空间对火灾的烟雾情况进行模拟，不能直接反映出火灾烟雾热量在地铁站内的分布情况。Jae SeongＲoh等人［4］将地铁站台划分成沿X、Y、Z的三维空间网格，利用火灾动态仿真软件Fire Dynamics Simulator（FDS V406）评估月台幕门和通风系统对地铁火灾疏散的影响，发现火灾的规模取决于热释放率，同时发现检票口极大地增加了疏散所需时间，给地铁火灾中乘客的生命安全带来了危险。

火灾高温烟雾不仅恶化了地铁内的建筑结构，而且给疏散人员的生理和心理带来了巨大损伤，造成在出入口的拥堵、踩踏等不适当行为，加剧了灾害的人员伤亡。在掌握烟雾热释放率的基础上，尽可能优化地铁站台内部空间，可以达到在灾时减缓火灾蔓延速度和减少人员伤亡的目的。

2．2火灾烟雾蔓延方向的研究

地铁站作为典型的地下交通枢纽，只有有限的出入口。地铁站突发火灾时，人员会被大量的烟雾围困，特别是在纵火、意外火灾或者恐怖袭击的情况下，伤亡会更加惨重。大量烟雾和毒气对于被滞留的待疏散者有很大的危险，会导致人员呼吸困难和中毒。另外，迅速升高的浓烟密度会导致能见度降低。一般的，烟雾沿水平流动的速度为0．5 1．0 m/s，垂直方向速度为3．0 5．0m/s，烟雾向上攀爬的速度比人员向上疏散的速度要快［12］，更重要的是人员疏散方向与烟雾流动方向一致。据统计，地铁火灾事故中，78．9%以上的死亡是烟气所致［13－15］。火灾引起的烟雾不仅能从地铁站出入口流出，而且可以从通风系统和地铁站大厅天窗排向地表。Ｒan Gao等人［16］研究了烟雾在6种火灾情景下的传播，借鉴Qin等人［17］的烟雾垂直方向上的温度值，发现烟雾在水平方向上传播越远，烟雾会遇到越多的天花板通风口，排出烟雾的数量将会增加，而这些通风口可以有效地控制烟雾在水平方向上产生的扩散。Ｒan Gao在另一项研究中进一步分析了天窗的尺寸和混合式通风系统对火灾烟雾的影响，认为在天窗装备3mˑ3mˑ3m的混合式通风设备，可有效排除火灾引起的烟雾；天窗能够储存烟雾，随着天窗体积的增大，烟雾容量也会增加，天窗限制了烟雾在水平方向上的传播，在越高的天窗下，烟雾水平传播的距离会越短，所蔓延出的烟雾密度更低。

学者们对地铁火灾烟雾蔓延方向开展了大量的研究，从空气动力学原理出发，对烟雾流向进行了深入的分析，提出使用通风系统和天窗等设备，控制灾时烟雾的流向，以延缓或者减少火灾烟雾对于疏散

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