鐵路車輛疏散仿真方法與應用

劉高坤

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430000）

1 前言

我國標準軌距、鋼輪鋼軌型客運軌道交通體系主要由高速鐵路、城際鐵路、市域鐵路及普通輪軌式城市軌道交通構成［1］。由于受到城市規劃、地形或地面復雜環境限制，城市軌道交通線路大多采用地下敷設，高鐵、城際、市域等不同型式鐵路也越來越多地采用隧道的敷設方式。

地下隧道的敷設形式同時也帶來了救援疏散問題，如發生火災等事故，隧道內半封閉環境將不利于人員的疏散。不同鐵路制式、不同疏散方式列車上人員疏散效率也各不相同。本文旨在提出一種研究不同鐵路車輛疏散仿真的方法，并通過對幾種典型鐵路車輛進行疏散仿真，研究其疏散效率，并進行分析。

2 鐵路車輛疏散要求

2.1 不同規范對車輛疏散的要求

（1）地鐵

《地鐵安全疏散規范》（GB／T 33668—2017）對區間疏散要求：可采用應急疏散平臺疏散和道床疏散兩種方式。采用道床疏散時，列車端車應設置前端門作為乘客緊急疏散門，并配置下車設施，車輛端門寬度不小于600 mm，高度不小于1 800 mm；采用應急疏散平臺作為疏散通道時，車輛側門應開啟作為緊急疏散門，疏散平臺寬度一般不小于700 mm［2］。

而《地鐵快線設計標準》（CJJ／T 298—2019）對100 km／h～120 km／h的地鐵地下段單線疏散平臺寬度要求一般不小于1 m［3］。

（2）市域鐵路

《市域鐵路設計規范》（T／CRSC 0101—2017）對市域列車應急設施的要求：車輛可采用端門或側門疏散方式。車廂間貫通道寬度不小于1 200 mm，高度應不小于1 900 mm；隧道內應設貫通疏散通道，可利用側向溝蓋板或低于車廂地板150 mm～200 mm設疏散平臺作為疏散通道，單線疏散通道寬度一般不小于750 mm，高度不小于2.2 m［4］。

《市域快速軌道交通設計規范》（T／CCES 2—2017）要求車輛可采用端門疏散或指定側門疏散，采用端門疏散時應配置下車設施。車廂間貫通道寬度不應小于1 200 mm，高度不應小于1 900 mm。疏散平臺寬度單線一般不小于800 mm［5］。

近年來，隨著人們對消防安全的重視，軌道交通項目對隧道內的側向疏散通道寬度標準逐漸提高，一些城市也提出了1.1 m寬的要求（如上海機場聯絡線）。

（3）高鐵和城際鐵路

《城際鐵路設計規范》（TB 10623—2014）對隧道內疏散通道寬度的要求是不小于1 m［6］。

《高速鐵路設計規范》（TB 10621—2014）要求隧道內救援通道寬度不小于1.5 m［7］。

2.2 不同車型的疏散方式

2.2.1 城市軌道交通列車疏散方式

按照地鐵安全疏散規范要求，目前城市軌道交通的主要疏散方式有端門疏散和側門疏散。近幾年發展迅速的市域鐵路，其運營模式向地鐵靠近，疏散要求和疏散設施配置也與地鐵相似。

（1）端門疏散

由于城市軌道交通車輛一般運營速度較低，列車頭部采用非流線型設計，因此可在列車司機室前端設置緊急疏散門，在緊急情況下作為一種逃生手段，使乘客從列車兩端安全地疏散至道床。高架或未設置疏散平臺的區域發生緊急情況利用端門疏散。

（2）側門疏散

側門疏散時，側門作為緊急疏散門，區間設置相匹配的疏散平臺，疏散平臺貫通整個區間，地鐵的疏散平臺高度一般低于車廂地板100～200 mm。每隔一段距離設置臺階連接疏散平臺和道床面。當列車發生火災或其他故障停在區間時，乘客通過側門疏散到疏散平臺，再經疏散平臺或道床面步行至車站、風井等安全場所。

2.2.2 國鐵列車的疏散方式

國鐵動車組車門寬度一般在660～1 300 mm之間，高速度等級列車由于空氣動力學和氣密性要求，頭車無法設緊急疏散端門，只能采用側門疏散方式，并在列車上配置應急疏散梯，緊急疏散時由乘務員安裝便攜式疏散梯引導乘客疏散。部分國鐵車型（如CRH5）為適應低站臺，車門處設有踏步，亦可實現乘客緊急側門疏散。

3 不同車型列車疏散仿真分析

地鐵端門疏散由于利用道床做疏散通道，可以不再考慮單獨設縱向疏散平臺，從而控制土建規模，節省土建投資；從區間的整體疏散效率來看，疏散通道寬度決定了整體的疏散時間，但采用側門疏散，則為列車疏散提供了更多的疏散門，有利于列車疏散，尤其在車廂發生火災的時候，采用側門疏散，能更快地將人員疏散至列車外［8－9］。采用何種疏散方式通常需要結合工程條件綜合考慮，而不少地鐵采用了疏散平臺側門疏散＋端門疏散的組合疏散系統，以提高疏散效率。

國鐵線路因其速度高、站間距大，隧道占比小，載客量小，且列車配有乘務員等特點，從安全性和經濟性綜合考慮，采用疏散梯疏散。

疏散時間是衡量軌道交通列車因火災等事故在區間故障停車時人員安全的重要指標，影響疏散時間的因素主要有：（1）疏散方式；（2）緊急疏散門的寬度、數量和位置；（3）車輛內部結構，如座椅布置、中部通道寬度、貫通道寬度；（4）載客量。

本次研究提出利用 Pathfinder軟件，以地鐵A型車、市域D型車和CRH6F型車為例，建立車輛疏散模型，進行應急疏散仿真和分析［10］。

3.1 疏散模型參數選取和模型建立方法

在Pathfinder車輛疏散模型中，車廂內可活動區域、疏散梯和疏散平臺之間相互連通。疏散平臺兩端設有逃生出口，疏散人員則被模擬為圓柱體，疏散人員的行為設置為走向逃生出口。

根據《中國成年人人體尺寸》（GB 10000—1988）［11］中統計的人體肩寬尺寸，本次仿真研究選取平均值363 mm作為單個疏散人員模型的肩寬值，疏散時的人員平均步行速度取1.1 m／s。人員的疏散行為采用更符合試驗數據的Steering模式，在該行為模式下，疏散人員體積不可相互重疊，且靠近的人員之間會相互影響［12］。

本次仿真過程中，對相應的人員疏散行為和邊界條件假設如下：

（1）所有乘客服從工作人員的指令，不攜帶行李、無人員逆行、過道無障礙。

（2）不考慮中部車輛著火等因素影響疏散路徑。

（3）不考慮疏散準備。

（4）疏散人員數量為車輛允許的最大載客量。

3.2 地鐵A型車側門疏散仿真分析

以某城市地鐵A型車輛特征和參數為例建立地鐵A型車疏散仿真模型，主要參數如表1所示。仿真的疏散過程為：乘客經過各車廂的側門到達應急疏散平臺，所有乘客均到達疏散平臺時，則認為列車的疏散過程結束。

表1 地鐵A型車疏散建模參數

建立仿真模型如圖1所示，通過計算分析得到疏散仿真的車廂剩余人數－時間關系，如圖2所示。

通過對車廂剩余人數－時間關系曲線和仿真三維視頻進行分析，可以發現：超員工況下總疏散時間為1 350 s；由于列車疏散的側門共有30樘，因此在疏散最初的50 s內，從列車上疏散了近700人，但是由于疏散平臺的限制，最終車內和疏散平臺上的乘客擁堵在頭車的第一樘側門處，所以導致整體疏散時間反而較長。

3.3 市域D型車端門疏散仿真分析

目前國內采用市域D型車的線路主要有北京大興機場線、溫州市域S1線、臺州市域鐵路S1線。本次以某市域D型車輛特征和參數為例建立市域D型車疏散仿真模型，主要參數如表2所示。車輛端車設置端門，采用橫縱結合的座椅布置形式。仿真的疏散過程為：在緊急疏散時，乘客經過司機室與客室之間的門，進入到司機室，再經過司機室的緊急疏散門疏散至道床面，全部人員到達道床面則認為疏散結束。

表2 市域D型車疏散建模參數

建立車輛疏散模型如圖3所示，通過計算分析得到市域D型車疏散仿真的車廂剩余人數－時間關系曲線，如圖4所示。由車廂剩余人數－時間關系曲線可知，整個列車人員疏散過程中，疏散速率基本固定，超員工況下總疏散時間為1 545 s。

通過分析仿真的三維仿真結果，可以看出車內疏散時乘客擁堵主要發生在客室通往司機室的門通道處，因此增加司機室與客室之間門的寬度將有助于提升端門疏散效率。

3.4 城際動車組疏散仿真分析

相比國鐵CRH系列的各型動車組，CRH6F城際動車組專為城際線路打造，適應大運量旅客運輸需求。國內運行CRH6F動車組的線路主要有長株潭城際、寧波－余姚鐵路、上海金山鐵路以及珠三角城際等。本次研究以CRH6F城際動車組為例進行分析，車輛主要參數如表3所示。

表3 CRH6F型車疏散建模參數

一般國鐵車的緊急疏散梯配置在兩端車廂，本次仿真按照疏散梯安置在2車和7車的1位端車門來考慮，疏散救援通道寬度按規范要求的最小寬度1 m來考慮。仿真的疏散過程為：在緊急疏散時，乘客經過2車和7車緊急救援梯疏散至側面的疏散救援通道，全部人員到達疏散通道，則認為疏散結束。

利用Pathfinder建立三維疏散模型如圖5所示，通過計算分析，得到CRH6F動車組疏散仿真的車廂剩余人數－時間關系曲線，如圖6所示。

由圖6可知，整體的疏散速率基本固定，這取決于救援梯的疏散能力，超員工況下總疏散時間為1 322 s。而疏散仿真結果則清楚地展示出，由于2＋2的橫排座椅布置，座椅間的過道寬度較窄，在疏散過程中，人員主要集中擁堵在座椅間過道和車廂貫通道區域。

4 結束語

列車疏散一般采用應急演練方式進行，但由于涉及人員較多、組織困難，且存在一定的安全隱患，因此本文提出利用Pathfinder疏散仿真軟件建模的方法研究軌道交通列車疏散問題，并通過對地鐵6編組A型車側門疏散、8編組市域D型車端門疏散和8編組CRH6F城際動車組緊急救援梯疏散三種不同類型列車應急疏散進行仿真，驗證了該方法的可行性，并得出以下結論：

（1）6編組A型車側門疏散、8編組市域D型車端門疏散和CRH6F緊急救援梯疏散的超員疏散總時間分別約 1 350 s、1 545 s、1 322 s。

（2）地鐵列車側門配合疏散平臺的疏散方式，雖然可作為疏散的側門數量較多，但受限于疏散平臺狹長的條件，經側門已下到疏散平臺的乘客容易和列車上的乘客擁堵在頭車的第一樘側門處。

（3）在端門疏散中，主要影響疏散效率的是司機室與客室之間的門通道和緊急疏散門的寬度。

（4）CRH6F城際動車組采用緊急救援梯疏散時，由于其車廂座椅布置的影響，座椅間過道較窄，對疏散效率的影響較大。

本文通過疏散仿真軟件對不同類型列車的緊急疏散進行仿真研究，結合不同列車的疏散過程，找出影響疏散效率主要因素，對后續鐵路項目車輛選型和車輛疏散系統設計具有一定的參考意義。