摘 要: 人员疏散是地铁车站消防安全设计中十分重要的环节，而地铁车站出入口的布置则是影响地铁车站人员安全疏散的一个主要因素。本文以某城市在建的地铁车站站厅层为物理模型，采用 BuildingEXODUS( 人员疏散模拟) 软件对地铁车站火灾下人员安全疏散进行模拟计算，通过分析人员安全疏散时间的组成和比较各个出入口附近在不同时间段内人员分布情况，提出了改善地铁车站安全疏散设计的建议，为实际工程提供可参考的依据。

关键词: 地铁站; 人员疏散; 疏散时间; BuildingEXODUS

 

      随着社会经济的快速发展，人们的生活水平得到不断改善，对交通基础设施的需求也越来越高，国内外许多大中城市纷纷修建地铁。地铁是城市中人流密集的公众场所，由于大部分处于地下的空间，所以环境封闭，通风和疏散受到极大的限制。尽管地铁车站火灾发生的概率较低，但一旦发生火灾事故，极易导致大量人员伤亡和财产损失，并造成极为恶劣的社会影响。

      笔者以某城市地铁车站为例，对站厅层发生火灾时烟气的扩散和温度、能见度的分布特性展开了数值模拟，并得到相关数据，在此基础上研究人员安全疏散时间的组成和出入口设置对疏散时间的影响，并针对所得结果提出相关建议，为实际工程提供可借鉴的参考。

 

      地铁车站火灾中的人员安全疏散，就是在火灾发生后，在允许的时间内，使遭受或即将遭受火灾威胁的人员，在地铁车站火灾所产生的热量、烟( 毒) 气等尚未危及其安全之前，借助于走道、楼梯、安全出口等构成的疏散空间，将所有人员安全、迅速地撤离至安全区域^［1］。实际上，人员疏散是个非常复杂的行为过程，综合了心理、行为等因素，一般要经历感知火灾、预动响应、疏散行动、疏散到安全场所等阶段，需要综合考虑人员各类特征，火灾的发展以及人员对火灾的心理反应和行为特点。

      人员能否安全疏散取决于两个特征时间: 有效疏散时间 ASET( Available Safety Egress Time) 和实际疏散需要时间 RSET( Required Safety Egress Time) ，如图1 所示。为了保证人员的安全疏散，就必须保证人员疏散到安全地点所需的时间小于危险来临的时刻，并且有一定的安全余量，这样才可认为人员疏散是安全的，疏散设计是合理的，反之则认为不安全^［2］。即:ASET ＞ 1. 2RSET。

      人员实 际 疏 散 需 要 时 间 RSET ( Required SafetyEgress Time) 主要包括 3 个时间段，即感知时间、人员响应时间和移动时间。

      ( 1) 感知时间包括火灾探测时间和探测出火灾确认并通知人员火灾发生的时间。从火灾发生到探测出火灾的时间被称为探测时间。探测火灾的方法可以分为自动探测( 如感烟 /感温探测器，自动喷水装置等)和自发探测( 如视觉认知等) 两类。在美国 NFPA72《火灾报警规范》中规定，训练有素的工作人员查证报警信号的时间应在 3 min 内，考虑我国规范未明确规定查证时间，地铁车站的感知时间可取为 60 s。

      ( 2) 建筑内人员响应时间是建筑内人员意识到或接到工作人员通知有必要撤出该建筑物并决定行动方向所需要的时间。它包括了确认时间和反应时间。人员得到火灾信号( 火灾警报、烟气、火焰等) 后，可能会有一段时间的延迟，才会意识到必须对此信号做出反应。在这段时间内，人员将继续他们正在进行的活动，直到开始采取措施。在模拟计算中，根据相关资料及类似建筑，人员响应时间可取为 90 s。

      ( 3) 疏散移动时间是指人员从开始疏散到疏散至安全出口的时间，这一过程决定了人员能否最终安全疏散。移动时间与人员的特征有关，包括性别、年龄、职业、习惯、性格等，移动时间也和建筑的构造特点有着密切联系，因此移动时间的判定是个复杂的过程。为了对移动时间有直观的了解，国内外权威机构都做过相应的演习以采集数据，而另一种方法则是采用疏散软件进行模拟人员疏散移动时间，这一个方法也较多运用在建筑的性能化分析中。

      人体特征与建筑空间会对人员疏散时间产生影响，各国也对此进行了详尽的研究，火灾中人的行为研究主要是通过疏散演习、日常数据采集统计等方法取得基础数据，进而应用统计学、生理学、心理学、行为学和人工智能等理论方法进行分析研究，从而指导安全疏散系统的设计。步行速度是决定人员疏散时间的重要因素之一，步行速度主要是受人体的自身特征条件和环境的影响。人员在行走中会受到环境因素的影响，在前方有障碍物时会保持一定间距，还有侧超行为、回避行为、选择路径行为等。图 2 为不同间距时的人员疏散速度，可以看出人员间间距越大，步行速度越快，间距越小则速度越慢，而人员间间距较小时，人员会考虑超越或者改变路径^［3］。

      建筑内安全出口的布置、疏散走道的布置以及装修材料的运用等，都会影响到人员疏散速度，因此，合理布置出口以及疏散指示标志，都会对加快人员疏散起着至关重要的作用。加拿大学者 Pauls 等人对人员在疏散过程中的行为做过详细研究，研究表明，人在通过疏散走道或疏散门时习惯与走道或门边缘保持一定的距离。除非人员密度高度集中，否则，在疏散时并不是门的整个宽度都能得到有效利用。本次仿真模拟研究也考虑了各种通道的有效折减，如表 1 所示。

      火灾模拟分析中会采用一些数值模拟分析计算方法，包括对烟气数值模拟、疏散数值模拟等，疏散数值模拟计算是根据建筑物的结构特点，通过计算机软件模拟定量计算人员疏散至安全出口所需要的时间，以判定建筑物内人员是否安全。

      本文模拟使用人员疏散软件即 BuildingEXODUS来计算疏散移动时间，它突破了传统的构成分析模型，考虑了人与人、人与火、人与建筑的相互作用。因此能在更短时间内测试更多设计方案的疏散性能，从而找到最优的解决方法，摆脱了用人做实验所带来的高成本和潜在的危险性。计算机里考虑真实因素，可模拟人的移动、超越、拥堵、侧行、移动速度调整等。

 

      本文针对某城市在建地铁车站站厅层发生火灾的情况下，通过 BuildingEXODUS 软件模拟了人员由站厅层疏散至室外的过程，重点考察各个出入口在不同时间段内的人员分布情况，根据图表和数据得出了相关结论和建议。

      某城市地铁车站为换乘车站，设计为地下 3 层岛式车站，其中地下 1 层为站厅层，面积 5 948 m²，层高4 m，为本文的主要研究对象。图 3 为站厅层疏散出口示意图，根据可信最不利原则，当站厅层中部乘客携带行李发生火灾后，人员将通过深色标明的消防楼梯出口 LT1 和 LT2，以及 CK1 ～ CK4( 直接通向室外的疏散出口) ，共 6 个出口进行疏散。表 2 为考虑折减后各通道的有效宽度。

      一般建筑，如办公楼、商场等，主要利用人员密度系数( m²/ 人) 来确定待疏散人员数量，而且这些传统场所的人员密度系数有很多研究和实例数据支持，能够从相关规范或设计指南中获取。但是对于地铁车站这类交通工程而言，其主要的功能是运送乘客，旅客仅将地铁车站作为一个临时过渡的空间，不会长时间在车站内停留，地铁车站内的人数与人流量和停留时间密切相关，地铁车站的这一特点决定了传统的面积系数法不适合用来确定地铁车站内的人员分布。

      在交通建筑中，通常采用“人流量法”计算人员数量，表达式为: 人员数量 = 人流量( 人 /h) × 逗留时间( s) 。根据此方法，考虑站厅层中乘客停留 时间为90 s，计算确定需要疏散的人员数量为 2 265 人。

      ( 1) 有效疏散时间与疏散需要时间比较。通过对地铁车站站厅层中部乘客行李发生火灾的场景进行计算机数值模拟，根据火灾烟气运动特性及温度、能见度等火灾要素的分布规律，可以确定火灾危险时间的来临，限于文章篇幅，本文仅通过引用模拟所得的有效疏散时 间 ASET ( 740 s) 来 和 疏 散 需 要 时 间 RSET 作比较。

      通过使用疏散软件 BuildingEXODUS，得出人员移动时间为 81 s，考虑到感知时间和响应时间一般分别取值为 60 s 和 90 s，则实际疏散需要时间 RSET 为60 s+ 90 s + 81 s = 231 s。故 ASET( 740 s) 和 RSET( 231 s)的比值远远大于 1. 2 倍，即认为是安全的。

      ( 2) 出入口布置对人员疏散的影响。通过对地铁车站人员安全疏散进行模拟计算，得出站厅层在不同时间段内的人员分布情况，本文截取火灾发生时，发生30 s，发生 60 s 这三个时间点的人员分布图，如图 4、图5、图 6 所示。可以直观的看出，火灾开始前人员均匀地分布在地铁车站站厅层的各个角落，当人员听到警报或察觉到火灾发生时，立刻涌向最近的疏散出入口。当火灾发生 30 s 时，大部分人员已疏散至安全地带，各个出入口人员分布开始出现不均衡现象。到 60 s时，站厅层内人员已基本疏散完毕，而个别出入口依然有人员等候，此时如果能进行有效的引导，将排队等待疏散的人员引至已经空闲的出入口疏散，这样将大大减少人员安全疏散的时间，从而降低人员伤亡。

      根据以上分析，可见出入口的布置对人员安全疏散至关重要。地铁车站出入口应均匀布置在各个方位，避免布置在不容易被人察觉的角落，地铁车站内应空旷通透，尽量做到各个出入口能够通视，或者采取简单明了的疏散指示标志，一旦发生火灾等危险情况时，车站内人员能够立刻快速有效疏散至安全地带，减少人员伤亡事故。

 

      本文以某城市实际在建地铁车站站厅层为研究对象，分 析 人 员 安 全 疏 散 时 间 组 成， 采 用BuildingEXODUS 软件对人员安全疏散进行模拟计算，考察各个出入口在不同时间段内人员分布情况，通过分析图表和数据，得出以下结论:

      ( 1) 人员实际疏散需要时间主要包括 3 个时间段，即感知时间、人员响应时间和移动时间。选择精确灵敏的火灾探测系统，合理布置，确保一旦发生险情，能够迅速探测出火灾发生的方位以及火灾规模，同时立刻拉响警报，并使用带有现场播音功能的语音报警通知系统，通过受过培训员工的疏散引导，从而大大缩减人员的感知时间、响应时间和移动时间，实现减少人员实际疏散需要时间的目标。

      ( 2) 人员安全疏散与人员密度、年龄组成、人体特征等因素密切相关，具体的取值有较大的随机性，它涉及火灾时人员行为学的研究，是目前人员疏散学的研究重点。出入口的宽度，制约着整个地铁车站站厅层的疏散能力。

      ( 3) 地铁车站的空间布局对人员安全疏散时间影响较大，地铁车站出入口的布置方位合理与否，将对  人员安全疏散产生重大影响，因而在实际工程中需对出入口的布局经过数据论证后，再得出合理的布置方案。工程中应尽量将出入口均匀布置在各个方位，避免布置在不容易被人察觉的角落，地铁车站内应空旷通透，做到各个出入口能够通视，或者采用简单明了的疏散指示标志。

 

［1］ 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( 7) ．

［2］ 李引擎． 建筑防火性能化设计［M］． 北京: 化学工业出版社，2005．

［3］ 足利孝． 关于楼梯与斜坡并排时步行者的选择行为与步行者的路径选择倾向［C］． 日本建筑学会大会学术演讲集，1999．