火災(zāi)下城市軌道交通車站乘客疏散特點(diǎn)分析*

李瑜芬 徐瑞華

(同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,201804,上海∥碩士研究生)

隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快,城市軌道交通憑借其效率高、運(yùn)量大、準(zhǔn)時(shí)性和對(duì)城市環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),使它的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)正逐步向網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。城市軌道交通已經(jīng)成為大都市的交通命脈。同時(shí),由于城市軌道交通系統(tǒng)具有空間狹小、人員密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、疏散至室外的距離長(zhǎng),以及燈光、通風(fēng)設(shè)備作用有限等特征,一旦發(fā)生火災(zāi),極易產(chǎn)生群死群傷的重大后果。國(guó)際上由于軌道交通發(fā)生火災(zāi)而引起大量人員傷亡的例子很多。因此,為了能在緊急情況下及時(shí)疏散乘客,保證乘客的生命安全,提高軌道交通系統(tǒng)的緊急防護(hù)能力,完善應(yīng)急救援機(jī)制以及研究人員安全疏散的影響因素并提供相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施就顯得十分重要。

1 城市軌道交通車站人員安全疏散的基本條件

發(fā)生火災(zāi)后城市軌道交通車站人員的安全疏散,是指在火災(zāi)的發(fā)展未達(dá)到危害人員生命安全的狀態(tài)之前,將車站內(nèi)的所有人員安全地疏散到安全區(qū)域的行動(dòng)。

目前,我國(guó)城市軌道交通車站的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理主要是根據(jù)相關(guān)規(guī)范(如GB 50157—2003《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)等)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。《規(guī)范》第19.2.19條規(guī)定：“出入口樓梯和疏散通道的寬度,應(yīng)保證在遠(yuǎn)期高峰小時(shí)客流量時(shí)發(fā)生火災(zāi)的情況下,6 min內(nèi)將列車乘客和站臺(tái)候車的乘客以及工作人員疏散完畢”。

一般,在計(jì)算疏散時(shí)間時(shí),是假設(shè)發(fā)生火災(zāi)后人員立即投入到疏散行動(dòng)中的理想化狀態(tài)。而實(shí)際上,緊急情況下城市軌道交通車站人員是否能夠安全疏散,由以下四項(xiàng)時(shí)間決定[2]：

圖1描述了火災(zāi)的發(fā)展及人員疏散過(guò)程中的各個(gè)時(shí)間段的關(guān)系。由圖1可知,軌道交通車站人員能否安全疏散取決于所需安全疏散時(shí)間(Required Safety Egress Time)TRSE與可用安全疏散時(shí)間(Available Safety Egress Time)TASE的相對(duì)大小。火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的工程評(píng)估中一般認(rèn)為,當(dāng)建筑物的時(shí),則認(rèn)為建筑物中人員能夠安全疏散。

圖1 火災(zāi)及人員疏散各時(shí)間段的關(guān)系

2 安全疏散時(shí)間的影響因素分析

2.1 可用的安全疏散時(shí)間

火災(zāi)的發(fā)展一般經(jīng)歷初期、發(fā)展期和衰減期三個(gè)發(fā)展階段。當(dāng)火災(zāi)由初期轉(zhuǎn)變?yōu)槿嫒紵乃查g稱為轟燃,即標(biāo)志著火災(zāi)進(jìn)入發(fā)展期。該時(shí)間段則為可用的安全疏散時(shí)間。若在可用的安全時(shí)間內(nèi)人員無(wú)法疏散到安全區(qū),則就會(huì)有生命的危險(xiǎn)。可用的安全疏散時(shí)間主要受火災(zāi)產(chǎn)生的毒氣、高溫及減光性等的影響。

根據(jù)研究表明[3],發(fā)生火災(zāi)后如果能滿足以下三個(gè)條件,則可以認(rèn)為能夠保證人員的安全疏散：

1)2 m以上空間內(nèi)的煙氣平均溫度不大于180℃

2)2 m以下空間內(nèi)的煙氣平均溫度不超過(guò)100℃

3)2 m以下空間內(nèi)的煙氣層中CO的體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.25%

顯然,只要火災(zāi)發(fā)展到超越上述任一條件所規(guī)定的限度時(shí),人員所處的環(huán)境將是危險(xiǎn)的,從而可確定發(fā)生火災(zāi)后人員的可用安全疏散時(shí)間。然而,火源點(diǎn)的不同、火源規(guī)模大小的不同,將會(huì)導(dǎo)致熱釋放速率的快慢。針對(duì)國(guó)內(nèi)外地鐵站臺(tái)內(nèi)的燃燒研究結(jié)果表明,可燃物多為纖維類物質(zhì)。火源強(qiáng)度則可根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量地鐵火災(zāi)的實(shí)際火源強(qiáng)度給定,一般取13.6 MW。通過(guò)對(duì)具體站臺(tái)及站廳的火災(zāi)、煙氣的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行模擬分析,最終可確定達(dá)到以上邊界條件時(shí)的可用安全時(shí)間tASE。

當(dāng)tASE＜6 min(《規(guī)范》規(guī)定的安全疏散時(shí)間)時(shí),采用作為可用安全疏散時(shí)間;當(dāng)時(shí),采用6 min作為可用安全疏散時(shí)間。

2.2 人員感知火災(zāi)到開(kāi)始疏散的時(shí)間間隔

在突發(fā)火災(zāi)情況下,人員聽(tīng)到報(bào)警信號(hào)后的第一反應(yīng)不會(huì)是立即投入疏散行動(dòng),這就引發(fā)了從人員感知到開(kāi)始疏散的時(shí)間間隔的存在。根據(jù)所需安全疏散時(shí)間,可將人員開(kāi)始疏散前的時(shí)間簡(jiǎn)化為報(bào)警時(shí)間和人員感知時(shí)間兩大部分。

2.2.1 報(bào)警時(shí)間

報(bào)警時(shí)間td的確定與報(bào)警系統(tǒng)的完善程度和火源位置等有關(guān)。可靠性高的報(bào)警系統(tǒng)可以在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)緊急情況,離緊急事件越近的報(bào)警裝置感應(yīng)到緊急事件就越及時(shí);反之,報(bào)警所需的時(shí)間就相對(duì)較長(zhǎng)。

2.2.2 人員感知時(shí)間

由于平時(shí)地鐵車站存在報(bào)警裝置不明原因的誤報(bào)現(xiàn)象,因而在火災(zāi)報(bào)警之后存在工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)的階段。當(dāng)火災(zāi)情況得到確認(rèn)之后,車站工作人員通常會(huì)采取先期的撲救工作,在撲救無(wú)效或短暫時(shí)間內(nèi)無(wú)法控制火災(zāi)的情況下才會(huì)通知乘客進(jìn)行疏散。根據(jù)圖1,該部分的時(shí)間歸為Tb。

乘客得知發(fā)生緊急情況后,首先會(huì)出現(xiàn)恐慌的心理。恐慌常常會(huì)導(dǎo)致人員失去理智或手足無(wú)措,一時(shí)間無(wú)法做出疏散行動(dòng)的決策。此外,人員還會(huì)存在僥幸心理,意識(shí)到緊急事件的發(fā)生或許并不一定會(huì)使人員的生命受到威脅,故在心理上否認(rèn)自己已經(jīng)處于危險(xiǎn)的環(huán)境,從而推后了疏散的開(kāi)始時(shí)間。可將該部分的時(shí)間歸為Tc。

由此可以得出,當(dāng)td越長(zhǎng),Tb就越長(zhǎng),則人員所需安全疏散時(shí)間中的 Tc和 Ts的可用時(shí)間就越短。

2.3 乘客疏散行動(dòng)時(shí)間

《規(guī)范》第8.3.10條中給出的車站站臺(tái)層事故疏散時(shí)間的計(jì)算公式為：

式中：

N——自動(dòng)扶梯臺(tái)數(shù),臺(tái);

B——人行樓梯總寬度,m;

1——人員的反應(yīng)時(shí)間,min;

(N-1)——計(jì)算中應(yīng)考慮1臺(tái)自動(dòng)扶梯損壞不能運(yùn)行的幾率,臺(tái);

0.9 ——(N-1)臺(tái)自動(dòng)扶梯和人行樓梯通行能力按9折折減。

根據(jù)式(1)可知,車站在緊急狀態(tài)下的疏散時(shí)間主要受到車站總?cè)藬?shù)、疏散通道寬度(包括樓梯、自動(dòng)扶梯)的影響;式(1)沒(méi)有充分考慮車站的空間布局、人員行走速度和走行距離等因素對(duì)疏散時(shí)間的影響。

3 乘客疏散過(guò)程的仿真分析

現(xiàn)以島式地鐵車站為例,假設(shè)車站站臺(tái)層與站廳層之間有4組垂直通道(每組由1臺(tái)寬為1.05 m的自動(dòng)扶梯和1座3.05 m的人行樓梯組成);當(dāng)站臺(tái)起火時(shí),正好有1列8節(jié)編組的列車(以每節(jié)車定員280人計(jì)算)停靠在站臺(tái),而站臺(tái)上也隨機(jī)分布有400人(包括候車人員和工作人員)。

初始狀態(tài)下,車站站臺(tái)上的人員數(shù)為2 640人,平均密度為1.6人/m2,每個(gè)樓梯口各設(shè)有1個(gè)疏散指示標(biāo)志(共4個(gè))。以設(shè)定的地鐵車站場(chǎng)景進(jìn)行疏散仿真。疏散仿真人員的初始分布狀況如圖2所示。

通過(guò)疏散仿真,可直觀地對(duì)人群的整個(gè)疏散過(guò)程和疏散人群分布狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。通過(guò)動(dòng)態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),下述因素對(duì)疏散產(chǎn)生直接的影響。

1)客流分布密度的影響。緊急情況下,人員往往會(huì)選擇遠(yuǎn)離火源的出口進(jìn)行疏散,再加之從眾心理等影響,導(dǎo)致個(gè)別區(qū)域客流密度過(guò)大。以乘客集中于1號(hào)樓梯口疏散為例,當(dāng)該區(qū)域人員密度增大1倍(由1.6人/m2增加到3.2人/m2)時(shí),人員的疏散狀況如圖3所示,該狀態(tài)下人員的疏散效率下降26%左右;當(dāng)人員密度增大兩倍時(shí)(此時(shí)人員密度為4.8人/m2),人員的疏散效率下降51%;而當(dāng)人員密度增大3倍時(shí)(此時(shí)人員密度達(dá)6.4人/m2),該區(qū)域的人員完全疏散的時(shí)間大于《規(guī)范》規(guī)定的6 min,可以認(rèn)為在該狀態(tài)下人員無(wú)法安全疏散,則疏散效率趨于0。

圖2 疏散仿真人員的初始分布狀況示意圖

圖3 1號(hào)樓梯口人員密度增大1倍的疏散示意圖

以1作為初始狀態(tài)下的疏散效率值,根據(jù)上述疏散仿真結(jié)論,人員密度對(duì)疏散效率的影響趨勢(shì)如圖4所示。

2)車站應(yīng)急疏散引導(dǎo)的影響。由于城市軌道交通車站空間結(jié)構(gòu)的獨(dú)特特點(diǎn),地下車站空間內(nèi)一般無(wú)自然采光,火災(zāi)時(shí)正常電源被切斷,加上煙氣的干擾,人們的視覺(jué)范圍會(huì)大大縮減。疏散引導(dǎo)設(shè)施的不完善,會(huì)導(dǎo)致人員在疏散過(guò)程中迷失方向。故疏散標(biāo)志的合理設(shè)置,可使人員在疏散過(guò)程中有路可尋,可提高人員安全疏散的效率。圖5為在通道 上添加1個(gè)引導(dǎo)標(biāo)志后的人員疏散狀況。

圖4 人員密度對(duì)疏散效率的影響趨勢(shì)

圖5 添加1個(gè)引導(dǎo)標(biāo)志后的人員疏散狀況示意圖

在該仿真方案中,通道上添加1個(gè)引導(dǎo)標(biāo)志后,人員的疏散效率提高4.2%;添加2個(gè)引導(dǎo)標(biāo)志后,人員的疏散效率提高15%;添加3個(gè)引導(dǎo)標(biāo)志后,人員的疏散效率提高36%;添加4個(gè)引導(dǎo)標(biāo)志后,人員的疏散效率提高47%。

根據(jù)上述疏散仿真結(jié)論,在通道上添加的引導(dǎo)標(biāo)志數(shù)對(duì)疏散效率的影響趨勢(shì)如圖6所示。

圖6 添加的引導(dǎo)標(biāo)志對(duì)疏散效率的影響趨勢(shì)

4 火災(zāi)情況下車站緊急疏散相關(guān)措施研究

通過(guò)上述分析可知,在火災(zāi)情況下可用的安全疏散時(shí)間主要受火災(zāi)本身的性質(zhì)影響,而必需的安全疏散時(shí)間很大程度上受到人員的心理、建筑物布局、人員密度、疏散引導(dǎo)等多種因素的影響。為了使車站內(nèi)更多的人以最快的速度疏散到安全地帶,車站需采取一定的措施,盡量延長(zhǎng)可用的安全疏散時(shí)間,減小必需的安全疏散時(shí)間,以保證車站人員的安全。

4.1 延長(zhǎng)可用的安全疏散時(shí)間

在火災(zāi)發(fā)生的初始時(shí)刻控制火勢(shì)的蔓延極其重要,如采取了積極措施延長(zhǎng)可用的安全疏散時(shí)間,則能為人員疏散爭(zhēng)取到寶貴時(shí)間。

一般情況下,城市軌道交通車站都配有消防設(shè)施。車站必須定期對(duì)其進(jìn)行檢查,以確保消防設(shè)施的完好性和有效性。一旦發(fā)生火災(zāi),利用消防設(shè)施實(shí)施早期滅火、改變火災(zāi)的發(fā)展進(jìn)程,同時(shí)迅速切斷起火點(diǎn)附近的電源,防止火勢(shì)蔓延及擴(kuò)大,以延緩危險(xiǎn)到來(lái)的時(shí)間,減小人員的傷亡。同時(shí),在火災(zāi)中,通常會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣,而煙氣是威脅人員安全的主要因素。因而,及時(shí)地開(kāi)啟防排煙系統(tǒng)可以幫助控制煙氣和毒氣等氣體的流動(dòng)和進(jìn)一步擴(kuò)散,延長(zhǎng)煙霧、氣體層界面下降的時(shí)間,以此保證人員在疏散過(guò)程中不受傷害。

4.2 縮短必需的安全疏散時(shí)間

4.2.1 縮短報(bào)警及人員感知危險(xiǎn)的時(shí)間

1)城市軌道交通車站可以通過(guò)平時(shí)火災(zāi)疏散的演練、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集等,結(jié)合自身車站的特點(diǎn)進(jìn)行最合理的火災(zāi)探測(cè)器靈敏度設(shè)置,同時(shí)保證報(bào)警的可靠性和及時(shí)性,為車站人員的安全疏散爭(zhēng)取到最充足的時(shí)間。

2)在確認(rèn)車站發(fā)生火災(zāi)的情況下,一旦發(fā)現(xiàn)火勢(shì)擴(kuò)大難以控制,應(yīng)立即撥打火警電話,并及時(shí)安排好人員和物品的疏散工作。在這期間,首先可以通過(guò)聲光誘導(dǎo)系統(tǒng)將火災(zāi)的發(fā)展情況及時(shí)、實(shí)時(shí)地告知乘客,并派遣工作人員趕赴現(xiàn)場(chǎng),以加強(qiáng)宣傳,安撫人員的恐慌心理,避免人員的盲目從眾行為給疏散帶來(lái)不利的影響。以此來(lái)降低疏散前的準(zhǔn)備時(shí)間,為疏散行動(dòng)創(chuàng)造良好的環(huán)境和秩序。

4.2.2 加快人員開(kāi)始疏散的時(shí)間

1)攔截進(jìn)站客流,盡快疏導(dǎo)車站外可能滯留或集中到達(dá)的大客流,避免車站出入口被堵塞,以影響車站內(nèi)部乘客的安全疏散。

2)在引導(dǎo)乘客進(jìn)行疏散前,排除一切可能的障礙,及時(shí)打開(kāi)專用通道及消防疏散門,閘機(jī)設(shè)置為自由釋放狀態(tài),同時(shí)采取關(guān)停自動(dòng)扶梯等措施;并保證疏散通道的暢通性,降低人員疏散的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

3)在確定安全疏散路徑之前,先指引乘客暫時(shí)到安全的區(qū)域避難。在進(jìn)一步明確火災(zāi)的發(fā)展勢(shì)態(tài)之后,合理安排疏散路徑,避開(kāi)火勢(shì)產(chǎn)生的煙氣等蔓延的方向,引導(dǎo)乘客從不同的可用出口疏散,分散過(guò)于集中的客流,以避免人群過(guò)度密集造成的人員行走速度的降低和踩踏事故等的發(fā)生。

4)合理設(shè)置車站疏散引導(dǎo)標(biāo)志,為疏散中的人員提供醒目明了的疏散指示。發(fā)生火災(zāi)時(shí),在現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行疏散指揮的同時(shí),可以結(jié)合事故廣播系統(tǒng)進(jìn)行引導(dǎo),提高乘客識(shí)別疏散標(biāo)志的能力,使得人員在緊急狀態(tài)下有路可尋,使煙氣對(duì)人員視覺(jué)及疏散速度等的影響減小到最低程度,以達(dá)到安全疏散的最佳效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在火災(zāi)情況下,影響城市軌道交通車站人員安全疏散的因素有很多。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,分析了各階段影響車站人員疏散的因素;結(jié)合人員疏散仿真技術(shù),評(píng)價(jià)人員疏散行動(dòng)中各因素對(duì)疏散效率的影響程度,同時(shí)針對(duì)這些因素提出了有利于疏散的相關(guān)措施。

在今后的研究中,將進(jìn)一步量化疏散過(guò)程中的各影響因素的重要程度,開(kāi)發(fā)更適用于城市軌道交通人員疏散的仿真軟件;并結(jié)合城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案,驗(yàn)證應(yīng)急措施的有效性及可行性,為城市軌道交通車站提高應(yīng)急能力提供一定的基礎(chǔ)。

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