1、基于乘客特征的地铁换乘站人员安全疏散研究【摘要】在突发事件下，地铁换乘站人员安全疏散与乘客的生命安全直接相关，是当前国内外公共安全领域研究的热点和重点。本文以北京地铁西直门换乘站为研究对象，进行了实地调查，取得了乘客的特征参数，运用仿真软件 STEPS 建立了地铁人员安全疏散的模型，对地铁换乘站在不同地点和工况下的疏散过程进行了分析，得出结论：紧急情况下，楼梯是疏散过程的瓶颈。进而，提出了相应的解决方法。 【关键词】地铁换乘站 安全疏散 仿真 中图分类号：F293 文献标识码:A 前言 地铁以其大运量、安全、准时的优点成为城市居民首选的出行方式，可以有效地缓解城市的拥堵现象。地铁换乘站作为地铁
2、运营系统的重要环节，每天都有大量的乘客在此聚集、中转。在高峰时段里人员流动很大，如果没有合适的疏散方案，出现任何影响安全的干扰因素，如：火灾、地震、爆炸、恐怖袭击、投毒等，都会诱发群体恐慌，造成灾难性后果。一般而言，车站人员安全疏散是指在火灾等紧急状况下将站内的人员（包括乘客和工作人员）疏散到安全区域。当站台层发生紧急状况时，将站台人员疏散到站厅层，然后向室外疏散1。当站厅发生紧急状况时，将站厅人员向室外疏散。目前，我国人员紧急疏散面临的主要问题是疏散效率低。 国内外学者围绕人员安全疏散行为和模型进行了一系列的研究。英国的 simeJ.D 等人在对阻塞状态下人员心理进行研究的基础上，提出了OR
3、SET 模型的概念，从而计算了最小的疏散时间4。日本的 TogawaK 提出相关的经验公式，开发出粗糙网络模型-水力模型，相对欧美学者，日本方面更注重统计火灾人员的行为、进而提出人员疏散的安全评估方法、从而评估了火灾的危险性和地铁设施的性能5。美国 NIST 的研究人员对最短疏散时间的计算、最优化疏散模型的建立等问题展开研究，详细地讨论了地铁火灾期间人员的心理反应。我国科学技术大学的宋卫国教授针对我国地铁站常见的现象，如：快即慢效应、拥塞现象、间歇性的行人流等，通过社会力模型来模拟实际疏散过程，为国内学者的进一步研究提供了有利支持，但整体来看，国内地铁公共安全的研究仍然处于起步阶段，尚未解决的
4、问题依然很多。 通过研究发生地铁事故后的人群疏散行为，是建立健全城市应急体系的必须手段和有效途径，不仅可以提高系统对站内突发事故的应急能力，而且也能加强地铁运营系统的日常安全管理2。本文的研究可以为地铁车站的建筑设计、疏散的预案制定以及对城市年久的地铁站的安全整改提供依据。 地铁乘客行为调查 目前，在我国对于地铁行人的相关研究中，数据的缺乏和不完整一直都是是地铁换乘站乘客安全疏散研究的瓶颈，虽然己有一些较成熟的国外商业软件，但是其所依据的基本参数并不适用我国交通的特点和乘客的特征3。为了制定准确、有效的地铁乘客疏散预案，尽量减少因灾害而伤亡的乘客数量，需要对我国地铁乘客的行为特征进行详细的调查
5、分析。 本文通过对北京西直门 2、4、13 号线的换乘站进行了乘客特征数据的调查。在工作日与非工作日期间，由于乘客基本情况的差异性，所以调查的时间选在周一、三、四和周六，为了获取较多的样本量，对车站高峰期的乘客流量拍摄视频。通过在地铁不同地点的视频文件的对比分析，获得乘客的特征数据。具体如表 1，表 2。 表 1 乘客步行相同平均步行速度对比表（m/s） 表 2 各年龄段乘客的平均速度对比表（m/s） 行人交通流模型的建立： 在平面上，换乘通道内行人步行速度与密度流模型为： 楼梯内上楼行人步行速度与密度关系模型为： 楼梯内下楼梯行人步行流率与密度关系模型为： 其中，为行人流速度（m/s） ，为
6、行人密度（人/m2） 。 计算机仿真 通常，车站乘客安全疏散的性能分析采用定量方法，即：实地疏散演习、计算机仿真。由于客观条件，专门的疏散演习在现实中是难以实现的。计算机仿真是常用的研究方法，通过对现有系统的分析，建立相应的仿真模型，寻求事故发生时乘客疏散行为的运动规律，为车站布局的设计与疏散预案的评价提供科学依据。就评价指标而言，首要的是疏散时间应该达到地铁设计规范 （GB50157-2003）的要求。此外，要求换乘站在各出口的拥挤度基本相当。本论文采用 STEPS 疏散软件对地铁站在事故发生时乘客疏散状态进行仿真研究，以 3 线交汇的西直门站为典型的研究对象。 站内安全疏散的模拟方案如下：
7、 （l）工况 1：4 号线站台发生突发事件，2 号线和 4 号都开通，每个站台只考虑一辆列车。 （2）工况 2：2 号线站台发生突发事件，2 号线和 4 号都开通，每个站台只考虑一辆列车。 西直门站在不同工况下的人员疏散时间以及与中美两国设计规范的比较见表 3。 表 3 西直门站在两种工况下的人员疏散时间对比表 在工况 1 下，符合地铁设计规范 （GB50157-2003）的 19.1.19 规定（出口楼梯和疏散通道的宽度，应保证在远期高峰小时客流量时发生火灾的情况下，6 分钟内将一列车的乘客和站台上候车乘客及工作人员全部撤离站台） 。但是，不满足美国 NFPA130 标准的 5.5.3.1
8、规定（车站应该有充足的出口容量，可以在 4 分钟或更短的时间内，将站台上的人员疏散完毕）与 5.5.3.2 规定（车站的设计应允许从站台上的最远点到安全地点的疏散在 6 分钟或更短的时间内完成） 。 在工况 2 下，不能满足地铁设计规范 （GB50157-2003）要求。站内的乘客疏散，不管是撤离站台还是从站台上的最远点到安全地点的疏散时间，均不能满足美国 NFPA130 标准的要求。 通过仿真，可以动态观察站内乘客的整个疏散过程和疏散人群分布状况，进而找出在车站的整体布局中不利于乘客疏散的瓶颈之处，为日后车站布局的改造提供参考。在模拟仿真中，发现从站台到站厅两侧的楼梯以及站厅和通道的转角和交
9、汇处，是目前该站的疏散瓶颈。在高峰期乘客流量较大时，站厅的走廊入口也会阻碍乘客的有效疏导。特别是，从站台向上至站厅的疏散楼梯宽度和流量是有限的，在突发事态下，若没有合理的组织管理，极易发生拥堵和踩踏。 结论 通过对北京地铁西直门换乘站乘客的调查，得到适合我国乘客的特征参数，这些参数数量丰富，全面，具有一定的代表性，对比西方国家乘客的特征参数是有明显差异的。 对数据仿真进行分析之后，其结果表明，虽然目前换乘站的疏散时间基本满足我国地铁设计规范 （GB50l57-2003）规定。但是，对比美国 NFPA130 标准，我国的现行规范对疏散时间的定义和规定不够准确，不够详细。 此外，通过对仿真结果的分
10、析，可以提出如下疏散建议为: 1）在乘客流量一定的情况下，楼梯的疏散能力受制于楼梯宽度，为了合理科学做好站内疏散工作，在今后的旧车站改造工程中要重点解决合理的楼梯设计。 2）要保证站内疏散相关设备设施的正常运行，帮助乘客在事故发生后迅速做出合理决定，从而减少站内的疏散时间。 参考文献 1孔维伟，刘栋栋北京复兴门地铁火灾时人员安全疏散研究J 北京建筑工程学院学报，2009，25(4):2932 2谢灼利，张建文，魏利军，等地铁车站站台火灾中人员的安全疏散J 中国安全科学学报，2004，14(7):2125 3丁丹丹.城市轨道交通换乘枢纽疏散能力评估研究D.北京：北京交通大学.2011. 4CovaTJ，JohnsonJP.Anetworkflowmodelforlane-basedevacuationroutingJ. TransportationResearchPartA，2003，37(1):579-604. 5ZhengXP，ZhongTK，LiuMT.ModelingCrowdEvacuationofaBuildingBased onSevenMethodologicalApproachesJ.BuildingandEnvironment，2009，41(3): 437-445.
