樞紐型航站樓復雜客流疏散路徑研究

文/邊超凡 桑琮輝 鄭文杰 張峰華 紀承壯

根據鄭州新鄭機場T2航站樓的實際情況，結合復雜客流、疏散路徑、人流擁堵區塊等因素，采用Pathfinder仿真軟件從建筑結構空間布局的角度對其大廳進行人員疏散仿真試驗，結果表明：通過分析其疏散通道的空間結構，得出在緊急情況下3樓候機大廳會出現兩個人員擁堵區塊；在民用機場航站樓設計防火規范內，修改其位置的安全逃生通道出口的具體尺寸后，人流量及在緊急情況下人員在其出入口的區塊人流密度系數有降低，提高了人員流動能力，降低了人員滯留時間，提高了人員疏散能力，提出了1針對新鄭機場T2航站樓的疏散路徑的具體優化方案。航站樓的建設推動了航空業的發展，隨著我國綜合國力日益強大，航站樓建設也愈發繁榮，港內人流量與日俱增。樞紐型航站樓建筑規模大、結構復雜、人員密集等特點給突發事件的應急處理能力帶來了巨大挑戰，大型建筑的疏散特點對綜合疏散技術的研究及設計建造提出了更高要求。對此，本文以鄭州新鄭T2航站樓為研究背景，以火災為緊急事例，通過人員調查數據和實測數據建立疏散模型，測算其最短疏散路徑、時間及最大疏散能力，找出空間內擁堵位置并提出相關優化研究方案。

1.航站樓通道疏散能力影響分析

機場候機大廳內的人流密度具有時間差異性，屬于相對封閉的空間，疏散出口相對狹窄，由于乘客的習慣行為和從眾心理，一旦發生火災或其他突發事件人流必涌向某幾個出口進行疏散?；馂那闆r下，年齡對人員行為的影響較大，主要表現在認知、感知危險的能力和人員移動能力，見表1。不同年齡段的人群在緊急情況下所需的疏散時間及安全逃生概率不同。

表1 不同年齡和性別人員速度統計

疏散能力與當事人身體素質、年齡等因素有關，相關研究表明，正常條件下不同年齡段人員步速不同，如圖表2所示：

表2 正常條件下不同年齡段人員步速

火災情況下，某一點上人員密度劇增，人流狀態由自由轉為擁擠或停滯，移動速度下降，航站樓疏散能力的缺陷隨即顯現。航站樓各個疏散路徑的入口可用寬度決定了疏散口人流的通過系數，對此，應當在航站樓人員分布及易擁堵區塊基礎上對不同疏散口的應急條件下的通過系數進行分析。

2.航站樓人員分布及易擁堵區塊分析

2.1 航站樓基本結構

T2航站樓位于航站區東側，其平面呈“x”布置，由主樓、東南、東北、西南、西北四個指廊以及內連廊組成，是一座四層式航站樓。其建筑面積約為4.7×105m2，東西長407 m，南北長1128 m，70個機場廊橋，大廳連接四個主要指廊。

2.2 航站樓相關人流量及擁堵區塊分布

人流量是指在一定時間內通過空間范圍內某切面的人數，(人/s)；人流系數也稱人員流率σ，指單位時間和單位寬度內通過人員數量，(人/m·s)。相關統計資料表明：不同人群在不同狀態下的流動系數不同，如表3所示。

表3 正常情況下部分區域人流密度系數

緊急情況下人員不同出入口的流動密度系數,如表4所示。

表4 緊急情況下部分區域人流密度系數

一般情況下，當人流密度系數均值≤1.0時，各個出入口的人員不會出現滯留現象，人員流動呈自由狀態。人流運動較穩定。由于候機大廳屬于相對封閉的空間，疏散出口相對狹窄，一旦發生火災或其他突發事件，因乘客的習慣行為和從眾心理，人流一定會涌向某幾個出口。據3樓大廳實際情況，通過上述分析出現火災時，人員密集區主要有2個位置，如圖1。設定出現火災情況，右上方指廊人員從此通道逃生必定出現人員擁堵情況。

圖1 人員易發生擁堵區域

3.火災條件下航站樓疏散能力仿真分析及優化

3.1 模型建立與求解

通過Pathfinder模擬火災區域，對模型進行疏散條件的設定完成后進入計算過程，其求解主要步驟如下：（1）.創建需要疏散建筑物的空間模型；（2）.定義模擬區域各疏散通道的具體屬性(出入口寬度，長度等)；（3）.設置人員疏散屬性(疏散速度、反應滯后時間、人間肩寬等)；（4）.對模型進行迭代；（5）.計算結果顯示。對模型求解結果進行三維可視化顯示，當出現應急情況時人員迅速向安全疏散通道位置移動。

3.2 模擬結果分析

經過Pathfinder模擬求解得出人員正常通過疏散通路情況下，即疏散通道寬度L=1.5m 時，擁擠區疏散通道的在不同時間段上的最大疏散數據，如圖3所示。

圖3 優化前人員疏散數據

疏散通道開啟時，擁擠區人員疏散過程出現了人員聚集。人員密集區內，472人在安全通道進入到撤離出危險區需90s。疏散能力取平均值為：

式中：n為第i個時間段疏散的人員數量(人)；t為第i個時間段所用的疏散時間（s）；i為時間段數。計算得出：航站樓擁擠區安全疏散通道的疏散能力為5.24人/s。

3.3 航站樓疏散通道出口寬度優化

對疏散通道出口進行加寬，寬度分別取1.6、1.7、1.8、1.9及2.0m，用Pathfinder模擬加寬后的疏散能力。模擬結果顯示：疏散能力隨出口寬度增大而增加，但當出口寬度L≥1.9m時，人員在出口兩側逐漸出現聚集停滯，出口疏散能力開始衰減。對此可得出，當疏散出口寬度L=1.8m時，疏散能力最優。鑒于篇幅限制，這里僅將出口寬度L=1.8m時的疏散數據進行統計，如圖4所示。

圖4 優化前人員疏散數據

安全疏散通道出口加寬優化后，擁擠區人員疏散過程也會出現人員聚集，但用時短暫。在人員密集區，90s內648人可全部疏散完畢。通過式（1）計算得出：優化后疏散能力為7.20人/s。

4.結語

將優化前后通道疏散能力對比，得出以下結論：（1）根據航站樓3樓大廳實際情況，通過分析人員出入口流動系數特點，出現火災時人員集中在三樓大廳兩個中間疏散口處。（2）模擬結果顯示：疏散能力隨出口寬度增大而增加，但當出口寬度L≥1.9m時，人員在出口兩側逐漸出現聚集停滯運動，出口疏散能力開始衰減。對此可以得出，當疏散出口寬度L=1.8m時，疏散能力最優。（3）航站樓疏散通道出口優化前后的疏散能力分別為5.24人/s和7.20人/s，出口優化后可明顯降低人流密度系數，提高人員流動能力，降低滯留時間。綜合實際考慮，參照民用機場航站樓的設計防火規范、消防規范，結合本文的模擬分析，建議實際優化方案：將原有雙扇推拉甲級防火門（1500mm門寬，2000mm門高），更換為雙扇推拉甲級防火門，（1800mm門寬，2200mm門高）。