铁路客运站人员疏散安全风险模拟研究

白 元

（新疆维吾尔自治区安全科学技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830002）

0 引言

铁路客运站是与人们生活密切相关的公共建筑，是人员密集的场所，必须确保安全。近年来，随着经济的发展，全国铁路旅客发送量增长迅猛，根据国家铁路局统计公报显示，从2000年的16.76亿人增至2017年的30.84亿人，年均增长8.3%。为了满足越来越多旅客的出行需求，国内各大城市相继建成大型现代化综合交通客运枢纽站，现代大型铁路客运枢纽站在很大程度上改变了传统的客运组织模式，主要表现是建筑结构复杂、建设规模宏大，交通功能范围更广、空间更大。铁路客运站不仅成为联系城市之间交通的重要节点，而且成为融商业、服务、餐饮、娱乐等为一身的城市商圈。客运站内的客流密集度高、人员组成复杂，人员对周围环境都不熟悉，是易发生紧急突发事件的公共区域。一旦出现紧急情况等突发事件，随时可能发生旅客混乱、行为举止失常、精神异常、盲目自救等情况，给紧急情况下的人员应急安全疏散造成很大压力，极有可能造成跌倒、踩踏等次生事故。

铁路客运站作为人员密集场所，无法开展真实疏散演习，人群仿真成为目前对建筑疏散性能评估的重要方法，广泛应用于各类型大型公共建筑[1-2]。随着1980年第一个计算机疏散模型BFIRES的诞生[3]，近30年来疏散模拟技术获得了长足进步，疏散模拟软件、人员疏散仿真软件常用的有Pathfinder、Simulex、Building EXODUS、Anylogic、Legion、STEPS等[4]。国内研究人员开发的人员疏散分析软件有Guarder、Safe-Go、MTRPedSIM、EVACUATOR[5]。Pathfinder是一套由美国的Thunderhead Engineening公司研发的简单、直观、易用的新型智能人员紧急疏散逃生评估系统。本文选用Pathfinder仿真模拟软件，以乌鲁木齐站空间建筑结构、客流时空分布规律、人员行为特征、疏散设施能力为基础，建立仿真环境，并且根据疏散允许时间和人员疏散距离，对乌鲁木齐站疏散能力进行分析，推导出了乌鲁木齐站的最大允许容纳的人员数量，对指导铁路客运站人员进行合理疏散、制定最佳紧急疏散预案具有十分重要的现实意义[6-7]。

1 研究概况

1.1 乌鲁木齐站概述

乌鲁木齐站为枢纽内主要客运站，2016年8月建成通车，车站为高普（高速和普速）合场布置，高铁新客站占地0.75km2，建筑面积11万平方米，新客站建筑分地上两层，地下一层，乌鲁木齐站旅客空间疏散人数按设计高峰发送量8200人/h，根据《铁路旅客车站建筑设计规范》，该站建设规模为大型站。

1.2 模型建立

根据Pathfinder仿真软件模拟需求，实地调研乌鲁木齐站，搜集相关数据，基于乌鲁木齐站概况建立了1：1比例的建筑仿真环境，如图1。

1.3 模拟条件设定

在仿真参数设定中，根据《中国成年人人体尺寸》（GB/T10000-1988E），肩宽的取值依靠我国标准来确定，男性肩宽设定为区间[37.5cm，47.5cm]内随机分布，女性肩宽确定为区间[35.1cm，45.1cm]内随机分布。根据现场调研数据，并结合国内外典型疏散模型中的人员速度，仿真人员特征参数设定，见下表。

图1 乌鲁木齐站建模图Fig.1 Modeling of the Urumqi railway station

表 人员特征表Tab Description of personal characterizes

根据乌鲁木齐站不同时期、时段旅客高峰期进站人数统计：日常高峰时段平均每小时6000人，每周末高峰时段平均每小时6400人，小长假高峰时段、冬春暑运高峰时段平均每小时7200人。冬春暑运叠加小长假和周末高峰时段平均每小时6545人。考虑到安检缓慢造成旅客积压、部分乘客提前到达车站候车和高峰时段中的最高峰时刻人流量最大等情况，在仿真中人员数量设定为8200人。模拟结果，如图2、3。

2 人员疏散模拟分析

2.1 疏散时间分析

图2 乌鲁木齐站疏散模拟情况Fig.2 Simulation of evacuation in Urumqi railway station

根据模拟结果可以看出，进站大厅在0～30s人数快速下降，在30s后由于候车厅外、候车厅和售票厅人员疏散到进站大厅，从而使30～123s人数再次迅速上升，最高人数为201人，然后呈迅速下降趋势，在168s后疏散完毕。售票厅疏散开始后人数呈迅速下降趋势，在74s后疏散完毕。候车大厅在0～43s由于候车厅人员疏散出来，人数呈迅速上升趋势，最高人数为328人，然后呈迅速下降趋势，在141s后疏散完毕。候车厅由于疏散较为集中，人数呈缓慢下降趋势，分别在150s、113s后疏散完毕。商业区由于疏散距离较长，人数呈缓慢下降趋势，分别在82s、64s后疏散完毕。从高架层疏散的人员，最后一名疏散结束的时间为224.5s，从站台疏散的人员，最后一名疏散结束的时间为233.8s。从疏散整体图中可以看出，人员在15s时通过疏散出口开始逃生，在15～53s时，出口疏散总人数（106人）的斜率较小，主要是因为前期距离疏散出口近的疏散人员较少，此时疏散的客流大部分是位于候车厅以外的客流。在53～200s时，出口疏散总人数（8019人）的斜率较大，说明人员疏散较为顺畅，随着时间推移人员疏散速度有所放缓，在233.8s 最终疏散 8310人。

图3 乌鲁木齐站疏散出口模拟情况Fig.3 Simulation of evacuation of exists in Urumqi railway station

根据《NFPA130》《铁路旅客车站建筑设计规范》《建筑防火设计规范》[8-9]等相关行业标准要求，对铁路客运站的旅客疏散运动时间不大于5min。乌鲁木齐站最小疏散时间16s，最大疏散时间233.8s，平均疏散时间为131.7s，根据安全疏散时间公式，火灾报警时间和人员预动作时间之和取1min，得出在高峰小时发送量8200人情况下，乌鲁木齐站的整体疏散时间为393.8s，超出相关规范中车站必要安全疏散时间6min的要求。主要原因是乌鲁木齐站南广场尚未建设完成，疏散设施未全部投入使用，影响了疏散效率。同时在疏散高峰期，候车厅检票闸机有效疏散宽度骤减形成疏散瓶颈，除无障碍检票闸机为0.9m宽外，人工检票口和自动检票闸机宽度都为0.6m，每个闸机仅容1人通过，这使得在突发状况下，蜂拥而至的人群到达闸机处时大量拥堵，从而形成了疏散瓶颈。根据《铁路工程设计防火规范》《建筑设计防火规范》《地铁设计规范》[10]相关行业标准，安全疏散的距离不得大于50m，从乌鲁木齐站人员疏散距离来看，最小疏散距离8m，最大疏散距离196.9m，平均疏散距离84.9m，人员疏散距离超出了相关规范的安全疏散距离。主要是因为铁路客运站属于交通建筑，高大空间多切功能性强，造成在候车厅现有格局下防火分区的面积突破了规范，造成人员疏散距离超出了相关规范的安全疏散距离。

2.2 疏散能力分析

根据模拟结果可以看出，进站大门1、5出口通行能力分别为0.1人/s和0.43人/s，通行能力最小，主要原因是出口宽度为170cm，并且位于疏散通道两侧，因此疏散人员会根据就近原则选择出口。进站大门3出口居中，且与出站单向门垂直，通行能力从而呈现出与出站出口通行能力一致的变化趋势。进站大门2、4出口通行能力分别为1.31人/s和1.24人/s，承担了绝大部分的客流，存在通行能力先达到峰值，然后逐渐降低，然后又经历一个峰值后回到零的过程。落客平台2、3、4、5出口的通行能力相差不大，在疏散初期到中期通行能力呈逐渐上升趋势，1出口通行能力较小，这一原因与疏散人员选择前一出口的原因直接相关，疏散人员根据就近原则选择了距离更近的出口进行逃生。基本站台出口通行能力变化趋势较小，通行能力分别为0.34人/s和0.66人/s。其余7个站台通行能力相差不大，通行能力在5.71～7.27人/s之间。根据HCM2000标准服务水平[11]，疏散人员排队服务水平在A-D级以内，疏散人员楼梯服务水平在A-E级以内，疏散人员通道服务水平在A-E级以内，乌鲁木齐站楼梯、扶梯、闸机、出入口通道等能力能够满足《地铁设计规范》中对应急疏散能力的要求。

3 结论

本文通过对铁路客运站乌鲁木齐站进行人员疏散的仿真模拟研究，由Pathfinder建立的模型可以准确的模拟铁路客运站突发状况下人员疏散时的基本状况，是一种有效的疏散安全风险评估方法，能够为突发事件应急预案制定提供依据。在设计高峰小时发送量8200人情况下，最小疏散时间16s，最大疏散时间233.8s，平均疏散时间为131.7s。疏散人员从高架进站大门疏散的疏散时间为224.5s，疏散人员从站台疏散的疏散时间为233.8s，并且候车厅商业区人员疏散时间最长。结合模拟结果，加上火灾报警时间和人员预动作时间得出乌鲁木齐站的整体疏散时间为393.8s，超出国家规定中车站必要安全疏散时间6min的要求，仍有许多问题有待进一步的研究和探讨。模拟结果能够显示出疏散高峰时造成人员拥挤的疏散瓶颈，为改进疏散方案及措施起到一定指导作用。