基于Pathfinder 的出口歐洲車輛疏散仿真分析

陳建芳 孫國(guó)棟 薛學(xué)棟 鄂鵬宇

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 技術(shù)中心，山東 青島 266111）

鐵路列車是重要的客運(yùn)交通方式，乘客的安全疏散問(wèn)題備受關(guān)注。由于列車內(nèi)人員密度大，當(dāng)列車突發(fā)緊急事故時(shí)，確保人員安全疏散才能有效減少人員傷亡。列車的人員疏散研究對(duì)車輛的應(yīng)急方案具有重要意義。

國(guó)內(nèi)朱杰等人以CRH1 高速動(dòng)車組為對(duì)象，運(yùn)用Building EXDOUS 軟件研究了不同開(kāi)門寬度、開(kāi)門形式對(duì)人員安全疏散的影響[1]。王春雪等人運(yùn)用Pathfinder 軟件針對(duì)不同時(shí)段地鐵站的疏散用時(shí)、擁堵點(diǎn)、人員疏散路徑、出口利用率等方面進(jìn)行人員疏散仿真分析[2]。杜璐露以CRH1 動(dòng)車組為對(duì)象，運(yùn)用Pathfinder 軟件模擬不同的火源位置，結(jié)合列車火災(zāi)煙氣分析，研究了人員疏散情況與火源位置、車廂出口等因素的關(guān)系[3]。目前對(duì)列車車輛的疏散仿真主要針對(duì)地鐵站人員疏散及高速動(dòng)車組列車內(nèi)人員在隧道或在車站站臺(tái)的疏散。缺乏對(duì)設(shè)有殘疾人衛(wèi)生間的鐵路列車的人員疏散研究。

本文以出口歐洲型列車為例，通過(guò)Pathfinder 軟件對(duì)車輛進(jìn)行疏散仿真分析，對(duì)比車門在車輛中部和車輛端部時(shí)的疏散時(shí)間，研究車門布置對(duì)出口歐洲型列車疏散時(shí)間的影響。

1 出口歐洲型車輛布置

本文以出口型歐洲車輛為研究對(duì)象，為滿足《關(guān)于與殘障和行動(dòng)不便人士可以使用歐盟鐵路系統(tǒng)相關(guān)的互操作性技術(shù)規(guī)范》（TSI 1300）和《關(guān)于與歐洲鐵路系統(tǒng)的子系統(tǒng)“鐵路車輛- 機(jī)車車輛和客運(yùn)車輛”相關(guān)的互操作性技術(shù)規(guī)范》（TSI 1302），車輛上設(shè)有1 個(gè)殘疾人衛(wèi)生間，客室內(nèi)設(shè)有61 個(gè)座椅，固定座椅之間設(shè)置折疊桌，客室安裝2 個(gè)側(cè)門，左右側(cè)各1 個(gè)。

2 基于Pathfinder 的人員疏散仿真

人員疏散仿真軟件Pathfinder 是基于進(jìn)出和人員運(yùn)動(dòng)的模擬器。該軟件具有可以利用三維視覺(jué)效果展示疏散場(chǎng)景、可以精確選擇觀測(cè)每個(gè)人員的逃生路徑以及疏散所用時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)[4]。同時(shí)還可以自定義部分參數(shù)，如人員的最大行走速度，出口的選擇等等，更符合列車內(nèi)實(shí)際情況。本文采用Pathfinder 軟件進(jìn)行列車內(nèi)人員疏散仿真。

2.1 仿真模型

將車輛客室內(nèi)的座椅、殘疾人衛(wèi)生間、車內(nèi)設(shè)施等部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，并按照實(shí)際位置進(jìn)行布置，簡(jiǎn)化后的平面圖導(dǎo)入Pathfinder 軟件中。

2.2 參數(shù)設(shè)置

2.2.1 車廂內(nèi)人員數(shù)量

根據(jù)EN15663 標(biāo)準(zhǔn)，車廂站立面積不包括以下面積：

地面正常座椅的投影面積加上用于坐著的乘客擱置雙腳的300mm 深度面積；

地面固定桌的投影面積；

僅可由駕駛員和乘務(wù)員使用的面積；

禁止乘客站立的面積；

僅當(dāng)上車或下車才可使用的臺(tái)階及其他面積；

高度低于1850mm 的區(qū)域面積；

用于衛(wèi)生間、沖洗區(qū)域的面積；

由此計(jì)算該車輛的站立面積為18.91 m2。

根據(jù)EN15663 標(biāo)準(zhǔn)，車廂站立區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)，每平方米容納2～4 個(gè)乘客，本文按照最大值計(jì)算，取4 人/m2，則車廂內(nèi)站立人數(shù)為76 人。

假設(shè)車廂內(nèi)坐席人數(shù)為61 人，則車廂內(nèi)疏散人員的總數(shù)為137 人。由于該車輛可能有殘疾人乘車，假設(shè)緊急疏散時(shí)，車廂內(nèi)有一位殘疾人士，其余136 人為普通人。

2.2.2 行走速度

根據(jù)《SFPE 消防工程手冊(cè)》，出口通道（例如走廊和門道）處無(wú)障礙人員的最大行走速度為1.19m/s[5]。Sharifi[6]和Fahy、Prolux[7]等人的研究表明，無(wú)障礙人員的最低步行速度為0.9 m/s，殘疾人的平均步行速度為0.5 m/s。

本文設(shè)定普通人的行走速度為1.05m/s，殘疾人士的行走速度為0.5m/s。

2.3 仿真工況

由于車輛設(shè)有殘疾人衛(wèi)生間，考慮到殘疾人上車后的便利性，殘疾人衛(wèi)生間應(yīng)盡量靠近車門位置。本文假設(shè)車門分別布置于車輛中部和端部，同時(shí)殘疾人衛(wèi)生間等設(shè)施相應(yīng)進(jìn)行布置。車門布置于車輛中部時(shí)，平面布置圖如圖1 所示；車門布置于車輛端部時(shí)，平面布置圖如圖2 所示。

圖1 某出口歐洲型列車平面圖（車門布置于車輛中部）

圖2 某出口歐洲型車輛平面圖（車門布置于車輛端部）

本文模擬以下四種工況進(jìn)行仿真分析：

工況一：車門設(shè)置在車輛中部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從靠近站臺(tái)一側(cè)的車門疏散至站臺(tái)。

工況二：車門設(shè)置在車輛中部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散至列車外部。

工況三：車門設(shè)置在車輛端部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從靠近站臺(tái)一側(cè)的車門疏散至站臺(tái)。

工況四：車門設(shè)置在車輛端部。緊急情況下，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散至列車外部。

2.4 仿真結(jié)果

在Pathfinder 軟件中模擬四種工況，車輛內(nèi)所有人員全部疏散需要的時(shí)間詳見(jiàn)圖3 及表1。

圖3 不同工況下列車內(nèi)人數(shù)隨時(shí)間變化圖

表1 不同工況下疏散時(shí)間

仿真結(jié)果表明：

（1）當(dāng)車門位于車輛中部時(shí)，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散比單側(cè)車門疏散時(shí)間減少約22s；

（2）當(dāng)車門位于車輛端部時(shí)，列車內(nèi)人員從列車兩側(cè)車門疏散比單側(cè)車門疏散時(shí)間減少約15s；

（3）當(dāng)列車內(nèi)人員從列車單側(cè)車門疏散時(shí)，車門位于中部比車門位于車輛端部疏散時(shí)間減少約31s；

（4）當(dāng)列車內(nèi)人員從列車雙側(cè)車門疏散時(shí)，車門位于中部比車門位于車輛端部疏散時(shí)間減少約38s；

對(duì)于出口歐洲型車輛來(lái)說(shuō)，車門位于車輛中部更有利于列車內(nèi)人員疏散。如列車行駛環(huán)境允許，列車內(nèi)人員從車輛雙側(cè)車門疏散可有效減少疏散時(shí)間。

3 結(jié)論

本文以某出口歐洲型車輛為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)置列車人員數(shù)量和合理的行人速度，對(duì)比車門在車輛中部和車輛端部時(shí)的疏散時(shí)間。通過(guò)Pathfinder 軟件仿真分析發(fā)現(xiàn)，列車內(nèi)人員從車輛雙側(cè)車門疏散可有效減少疏散時(shí)間；車門位于車輛中部更有利于列車內(nèi)人員疏散。