基于突發事件的地鐵連通商業建筑防火卷簾控制方式對人員疏散的影響

馬 輝, 陳 曦, 王欣洋

(1.華北科技學院安全工程學院，廊坊 065201； 2.北京勞動保障職業學院，北京 100029)

地鐵及與其連通的商業空間建筑兩部分使用功能不同，運營主體不同，屬于兩類人員密集場所的相互疊加，突發事件中人員疏散難度更大。地鐵及與其連通的商業空間建筑可能遇到的公共安全事件除火災外，還有地震、洪水、恐怖襲擊、車輛故障或停電引發人員滯留而導致的踩踏事故等，但目前大多學者關注火災事故的人員疏散，而忽視了除此之外其他類型的突發事件中地鐵及與其連通的商業空間人員疏散問題。

由于其連通型的要求，在地鐵段與商業段連接處會采用防火卷簾作為防火分隔措施，防火卷簾除了可以在火災事故中下降起到防火分隔的作用，在除火災外其他類型突發事件中防火卷簾下降與否、下降時間及高度等也會對人員疏散產生影響，因為此時原本的連通的空間被分割成地鐵段和商業段，人員疏散路徑、疏散通道和可選擇的疏散設施都會發生變化，因此研究突發事件中防火卷簾控制方式對地鐵及其連通商業空間兩股人流交匯影響下的人員疏散研究非常必要。

張哲[1]以某大型商場為例，分析從9個防火分區優化成11個 防火分區后人數疏散時間的變化，關注防火分區數量變化對人員疏散的影響；趙武軍等[2]以已有建筑為例重新劃分防火分區，對樓梯位置和出口位置進行改進，分析防火分區劃分方式對人員疏散的影響規律；許彬[3]針對某地下超市疏散寬度不足的情況下，對內部防火門的位置和開啟方向進行了優化設計。

關于防火卷簾控制方式對安全疏散影響方面，齊桓[4]對防火卷簾兩部下降和防火卷簾不動作兩種控制方式對大空間商場人員疏散的影響進行研究；徐樺[5]通過分析在疏散走道上設置的防火卷簾應用上存在的問題,提出了改進防火卷簾功能的設想；梅秀娟等[6]首先以某商場與輕軌站相連接開口處為例,研究當防火分隔耐火性能失效后商場內人員和輕軌內人員疏散問題，為后續學者的軌道交通與連通商業防火分隔構筑物對人員疏散影響研究奠定了基礎。

由于與地鐵車站連通型商業建筑日益增多，其安全疏散問題也亟待解決，目前針對于地鐵車站和商場的人員疏散研究很多，張立茂等[7]基于火災模擬器和Pathfinder軟件對武漢地鐵五號線司門口站進行仿真研究，對車站人流量容納能力和火源功率容納能力進行了有益的探討；張蘇英等[8]對蟻群算法進行改進，對大型綜合建筑火災疏散路徑規劃及動態逃生指示系統設計提供參考；李建華等[9]分析地鐵擁堵原因，提出改善措施并應用AnyLogic模擬驗證。但對于與地鐵車站連通商業建筑的疏散研究較少；方平等[10]采用Building EXODUS軟件對某城市軌道交通連通型地下空間(高鐵、地鐵、商業)進行仿真模擬，查找疏散瓶頸并提出優化策略；韓斌[11]分析地下物業開發與軌道交通的結合方式，并提出消防系統及火災自動報警系統設計相關建議；謝元一等[12]對商業功能區與地鐵車站關系對商業功能區進行分類，并提出了不同的防火分隔措施；張晉等[13-14]首先提出了與地鐵車站連通型商業概念，并通過對與地鐵車站連通的商場的安全容量研究以及對某連通型地下空間商業開發對既有地鐵車站疏散能力的影響得出了該商場的開業可能會使地鐵車站的部分出口樓梯底部產生擁堵，局部長時間高密度人群會給車站疏散帶來一定的不利影響以及商業開放對部分出口疏散無影響，但增加了部分出口的疏散人數和疏散時間的結論；趙哲等[15]對相連商業街火災對地鐵車站影響進行研究，主要關注火災煙氣流動規律及防排煙策略；王寬[16]研究商業建筑與地鐵連通道氣流控制，關注點在于解決氣流往復流動導致空調能耗過高問題。

國外方面，Yamamoto等[17]研究洪水淹沒地下商場時人員疏散問題，提出分隔垂直疏散空間的方法，并與傳統的最短疏散距離方法進行綜合比較；Han等[18]關注地下空間的淹沒風險，提出了一種同時考慮洪水強度和疏散難度的風險等級方法，判斷疏散難度及緊急程度；Niira等[19]關注地震和海嘯災害中地下空間災害防災及疏散；Li等[20]針對地鐵故障應急疏散問題，提出了一種多模式應急疏散模型框架。

綜上，以上研究仍存在以下幾個問題：

(1)多以單一獨立建筑作為研究對象，對地鐵連通商業空間此類特殊的人員密集場所安全疏散研究較少；

(2)中國學者多考慮火災條件下防火卷簾控制方式對人員疏散影響，忽視其他類型突發事件中地鐵及其連通型商業空間這類特殊建筑中防火卷簾動作對人員疏散有無影響及影響程度。

基于以上分析，以某地鐵站及與其連通的商業綜合體為例，運用Pathfinder仿真軟件，探討非火災的突發事件(簡稱“突發事件”)中連通通道防火卷簾“一步降”“兩步降”控制方式下卷簾下降時間及疏散延時時間對人員疏散的影響，以期為該類建筑突發事件應急預案制定、應急指揮決策等提供基礎。

1 地鐵連通商業建筑安全疏散時間

對于地鐵車站連通商業空間，為連通型建筑，運營主體不同，應急疏散指示系統也各自獨立，但屬于互相可能影響對方安全的狀況。一旦地鐵或者其連通商業發生突發事件，突發事件發生段人員即刻開始疏散，其他段人員延時疏散，因此導致地鐵及與其連通的商業空間疏散開始時間不同，這段時間稱為“延時疏散時間”，地鐵連通商業建筑突發事件發生段與其他段所需安全疏散時間分別表示為

TRSET=T探測+T報警+T預動作+T運動

(1)

TRSET=T探測+T報警+T延時疏散+T預動作+T運動

(2)

2 Pathfinder模型構建

Pathfinder 2018是一種基于人員運動和進出的緊急出口模擬器，能夠較好地對人員密集場所中各類人群疏散行為進行仿真。

2.1 模型建立

2.1.1 地鐵車站X

以某地鐵車站X為例，建立地鐵車站人員疏散物理模型如圖1所示。地鐵車站X全長171 m，站臺寬4.5 m，車站設有3個出入口。出口A與出口C分別為地鐵站的東、西出口，且直線距離為319.5 m?？偲矫婷娣e6 089 m2，由負一層站廳層和負二層站臺層兩部分組成，共有閘機21個，其中西側8個，東側13個。

圖1 地鐵站平面圖Fig.1 Plan of subway station

主體車站的建筑層數兩層，內含有樓梯4個，自動扶梯4組，且自動扶梯位于樓梯的兩側。

2.1.2 商業建筑Y

與地鐵連通的商業建筑Y面積為100 402 m2，商場為4層建筑，層高5.3 m，共四層，客梯6部，貨梯10部，自動扶梯5組、疏散樓梯11個，商業建筑各層平面圖如圖2所示。

圖2 商場平面圖Fig.2 Plan of the shopping mall

2.1.3 地鐵車站連通型地下空間商業XY

地鐵車站X與連通商業Y直線距離75 m，地鐵車站B口通過地下通道連接商業建筑一層，通道直線距離長30 m，通過樓梯和自動扶梯向上，再通過L形通道進入連通商業內部，立體圖如圖3所示。

圖3 地鐵車站相連通地下空間商業XY立體圖Fig.3 Commercial stereogram of underground space connected with subway station XY

2.2 參數確定

2.2.1 疏散人數

(1)地鐵疏散人數。根據《2019北京市交通發展年度報告》，2018年北京軌道交通早高峰進站量最大的站及軌道交通換乘量最大的站均是宋家莊站，早高峰7：00—9：00進站量2.57萬人次，占全天比例44.23%，考慮到最不利疏散條件，以宋家莊站早高峰最大值作為疏散人數，即25 700÷120×2=428.33(人)，因此平均每一班車上下車人數為428人，考慮到428人屬于兩分鐘通過內地鐵閘門的人員數，并不能涵蓋地鐵車站內的所有人，因此在本研究擬定地鐵車站內的乘客數值修正參數為2，即856人，其中2人為坐輪椅的老人及其監護人員，另外地鐵站中還有18名工作人員。綜上，地鐵車站X內共有疏散人員874人。

(2)連通商業疏散人數。根據《建筑設計防火規范》GB 50016—2014(2018版)，結合商業建筑實際，確定商業段疏散人數，如表1所示。

表1 面積折算結果及最終疏散人數

2.2.2 移動速度

綜合年齡、性別等多因素，最終確定人員移動速度如表2所示。

表2 各年齡段男女移動速度表[21]

2.2.3 乘客分布

地鐵段按兒童5% 青少年51%，中年38%，老年6%[21]，連通商業中的人員分布按青年40%、兒童20%、中年20%，老年20%的比例進行仿真。

3 防火卷簾控制方式對人員疏散影響分析

3.1 “一步降”和“兩步降”控制方式對疏散的影響

對于地鐵及與其連通的商業廣場，一般情況下時地鐵段與商業段在連通處各設置一道防火卷簾，由兩方分別控制，為了簡化模擬條件，所指“一步降”“兩步降”及下降的高度均指兩道卷簾耦合動作后的情況。

當連通通道防火卷簾“一步降”時，防火卷簾下降后完全分隔成地鐵段和商業段兩個獨立疏散主體，當采用“兩步降”控制方式時，防火卷簾不動作或防火卷簾下降到距樓板1.8 m處，不會影響疏散路徑，當第二步動作后卷簾下降至樓板面，因此從人員疏散角度，“一步降”或“兩步降”的控制方式影響不大，關鍵的影響因素是卷簾動作后下降到底的時間。

3.2 防火卷簾下降時間對人員疏散影響

不考慮突發事件報警信號的延遲，假定地鐵及與其連通的商業建筑疏散同時進行，為探究地鐵與其連通的商業間防火卷簾下降時間對人員疏散的影響，設定如表3所示7種疏散工況。

表3 不同防火卷簾下降時間工況仿真結果

商場由于出口多，模擬結果顯示無商業段人員借用地鐵出口進行疏散，但地鐵人員疏散中會借用商場出口疏散，印證了張晉等[14]的研究結論——“與地鐵連通型商業空間的開發與利用不會對地鐵人員疏散造成影響”。從表3可知，卷簾下降延時時間越長，人員所需安全疏散時間越長，在卷簾180 s下降到底的情況下，地鐵疏散時間最長，連通商業段疏散時間也最長，原因在于疏散118.4 s時有7名地鐵人員選擇通過防火卷簾從商場出口疏散，但此時防火卷簾已下降到底，此人群不得不折返回地鐵，導致地鐵人員疏散時間增加，特別是折返的7人，貽誤了疏散的最佳時機。當防火卷簾300 s下降到底的情況下，與卷簾不動作工況下人員疏散時間接近，僅增加4.2 s，增加0.56%，且地鐵段疏散用時246.2 s，較卷簾不動作工況減少23.2 s，減少9.34%。卷簾下降時間超過300 s后，由于地鐵段疏散已經完成，商業段人員獨立疏散，總體疏散時間不再變化。因此綜合總體安全疏散時間、地鐵疏散時間角度，防火卷簾分別控制的情況下不論采取“一步降”還是“兩步降”，只要保證突發事件發生后采用300 s下降到底的控制方式是最優的。

經過7種工況下的仿真，所有情況下都是連通型商業段疏散時間最長，雖然地鐵段安全出口2個，連通商業段安全出口25個，表明安全出口數量不是決定疏散時間的唯一因素，初始疏散位置人員密度對疏散影響巨大。

3.3 延時疏散時間對人員疏散影響

地鐵及與其連通的商業建筑應急疏散指示系統分別獨立設置，若突發事件發生在地鐵或商業段兩者之一的區域，根據突發事件發生區域和其他區域所需安全疏散時間模型，突發事件發生后信息傳遞導致其他區域人員疏散要晚于突發事件發生區域人員，為分析此段延時時間對人員疏散影響，本部分將以“突發事件發生在地鐵，商業延時疏散”及“突發事件發生在商業，地鐵延時疏散”兩種情況探討疏散延時時間的影響，擬定仿真情景如表4所示。

表4 延時疏散仿真工況及疏散時間

突發事件發生在地鐵時，商業段延時疏散60 s和120 s兩種情況下，商業段延時60 s時總體疏散時間767.9 s，較同時疏散模式增加17.3 s，增加了2.25%，地鐵段疏散時間246.3 s，較同時疏散模式增加0.2 s，增加了0.08%，商業段延時120 s時總體疏散時間834.9 s，較同時疏散模式增加84.3 s，增加了11.23%，地鐵段疏散時間254.9 s，較同時疏散模式增加8.8 s，增加了3.58%?？偟膩碚f，商業段延時導致總體疏散時間和地鐵段疏散時間都較同時疏散模式下所需疏散時間增加，且商業段延時時間增加幅度明顯，對地鐵及其連通商業疏散不利。

突發事件發生在商業，地鐵延時疏散時間越長，雖然總疏散時間相對同時疏散模式的750.6 s有所減少，但地鐵段人員疏散時間增幅過大，且兩種地鐵延時疏散情況下，地鐵疏散時間均超過了《地鐵設計規范》第8.3.10條規定的6 min事故疏散時間要求。

綜上，對于地鐵連通商業建筑，不論突發事件發生在地鐵段還是商業段，都是兩個部分同時疏散時對疏散最有利，要求地鐵及其連通的商業建筑在突發事件響應中實現“無縫對接”。

4 結論

(1)地鐵連通型地下空間商業建筑緊急情況下，無商業段人員借用地鐵出口進行疏散，但地鐵人員疏散中會借用商場出口疏散，印證了“與地鐵連通型商業空間的開發與利用不會對地鐵人員疏散造成影響”的結論。

(2)地鐵及與其連通型地下空間商業建筑緊急情況下人員疏散過程中，雖然地鐵出口數量少于商業段，但地鐵段疏散用時短，連通商業建筑段疏散用時長，表明疏散場所人員密度對疏散影響巨大。

(3)地鐵及與其連通型地下空間商業建筑的防火卷簾“一步降”或“兩步降”控制方式對于人員疏散影響不大。

(4)防火卷簾下降延時時間越長，人員所需安全疏散時間越長，在卷簾180 s下降到底的情況下，地鐵及連通商業建筑疏散時間均最長，是最不利的控制方式。

(5)當防火卷簾300 s下降到底的情況下，與卷簾不動作工況下人員疏散時間接近，僅增加4.2 s，增加0.56%，且地鐵段疏散用時246.2 s，較卷簾不動作疏散模式減少23.2 s，減少9.34%。從總體安全疏散時間、地鐵疏散時間角度，防火卷簾分別控制，不論采取“一步降”還是“兩步降”的控制方式，突發事件發生后采用300 s下降到底的控制方式是最優的。

(6)對于地鐵連通商業建筑，不論突發事件發生在地鐵段還是商業段，都是兩個部分同時疏散對疏散最有利。