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基于Pathfinder的城市地下綜合體 應急疏散研究

2021-09-16
來源:中國安全生產 作者:/深圳市地鐵集團有限公司 黎忠文 延長殼牌石油有限公司 張利欣

 

  城市地下綜合體在空間結構和內部布局等方面都有著不同于地面建筑的特點,在發生自然災害或其他突發性事件時,大規模人群被局限在非常有限的封閉空間中,再加上火災煙氣、熱輻射等惡劣環境以及這種環境對逃生者造成的負面心理影響,人群的疏散效率降低。本文在分析城市地下綜合體環境因素和人員疏散特點的基礎上,用仿真軟件進行人員應急疏散模擬,通過改變不同疏散條件,分析不同因素對城市地下綜合體安全疏散的影響,尋找疏散瓶頸所在,提出城市地下綜合體防火設計和應急管理的改進措施。

 

城市地下綜合體空間特征

 

  城市地下綜合體屬于復雜的城市地下空間,其主要空間特征體現在以下三個方面。

  空間封閉性強。地下空間最大的特點就是封閉性強,一般只能通過少量的出口與外界連通。通風排煙也只能采用機械方式。

  內部結構復雜,建筑面積大。地下空間經過幾十年的發展,建筑結構越來越復雜,單體規模也越來越大。

  人員疏散和救援困難。地下空間內部結構越復雜,人們恐慌也越嚴重。人員進行疏散時,方向是從下往上,相比地面建筑的疏散要消耗更多的體力,而且疏散方向和煙氣的流動方向一致,增加了疏散難度。對地面救援力量來說,很難在第一時間趕到事故現場。




圖1 疏散空間剩余總人數變化曲線

 

數值模擬分析

 

城市地下綜合體基本情況

 

  該地鐵站呈東西方向布置,車站為地下二層島式車站:地下一層為站廳層,地下二層為站臺層。車站總長278.7m,總建筑面積約13021.4m2,目前有4個出口,分別是B、C、E、F,其中F出口與商場連通,可直接通過該商場地下一層到達其他出口。

 

Pathfinder模型的建立

 

  在建立模型前,設定模型中一些參數和基本規則,如下:經實地調查,該地鐵站共有4座閘機,21個閘口,而閘口的寬度有兩種,即90cm的“寬閘口”和55cm的“窄閘口”,閘機的位置根據實際情況布局,閘機分為進站閘機和出站閘機,而在模擬實驗中,將全部的閘機放開,作為出站閘機使用;手扶電梯的寬度是1.2m,同時容納2個人站立,在疏散時,電梯斷電,按照普通樓梯使用;車站內的全部電梯都不考慮,疏散中也不使用電梯。

  人員的分布情況:根據人流高峰期的實地觀察和統計計算,在該地鐵站站臺層和站廳層隨機分布10000人,在該商場地下一層和地面一層隨機分布5000人,共計15000人;設定人員行走速度服從均勻分布(0.81.35m/s),人員的肩寬也服從均勻分布。其他參數的設置采用系統默認值。

  無任何輔助疏散設施和引導規則情況下的模擬分析

  模擬實驗從疏散總時間、出口流量、人員疏散路線、疏散瓶頸等四個方面進行分析。

  模擬實驗一是在無任何輔助疏散設施和引導規則的情況下進行模擬,得出如下結果:疏散總時間和出口流量。疏散空間內剩余總人數變化曲線如圖1所示。

  從圖1可知,疏散總時間為1153s。結合3D疏散動畫發現,疏散前期所有的出口都得到了充分的利用,而隨著時間的推進,部分出口閑置,沒有人員通過,而大部分人員主要集中在BDoor43)、CDoor45)、EDoor32)這3個出口,造成這3個出口的嚴重擁堵。出口BDoor43)、CDoor45)、EDoor32)的流量變化如圖2所示?!?/span>


 


圖2 B、C、E出口的流量變化圖


  通過觀察3D疏散動畫,并結合圖2,發現C出口(Door45)在241.8s時流量變為0,而在593802s之間又陸續有人流通過,之后再次變為0。在其他時間段,C出口處于閑置情況,而BE出口出現了較為嚴重的擁堵,一方面是由于C出口距離較遠,人們更習慣從距離自己較近的出口逃生;另一方面是疏散人群的從眾行為,看到其他人都在BE出口處排隊,就跟隨旁邊的人做出了同樣的行為;而在593802s之間,陸續有人選擇了距離較遠的C出口,說明并非所有的人都有從眾心理,也會根據自己的分析判斷選擇更快捷的出口逃生。

  疏散瓶頸分析。在此次模擬實驗中,疏散瓶頸主要是在站臺層的樓梯入口、出站閘機口、站廳層樓梯入口、超市收銀臺等位置,最為嚴重的是各個樓梯口。

  存在的問題及改進措施。在樓梯和出口等位置發生了較為嚴重的擁堵,而且除B、E出口外的其他出口都沒有充分發揮作用。一方面是由于缺乏引導規則,導致對地下環境不熟悉的人員盲目行動或做出從眾行為;另一方面是由于缺乏輔助疏散設施,例如分流墻、隔離帶等,使得人員行為較為混亂,沒有秩序。

  有引導規則和疏散輔助設施條件下的模擬分析

  基于模擬實驗一的疏散模型,主要做了如下改進。

  增加安全出口的寬度。在閘機旁邊設有專門供工作人員出入的通道,讓疏散人群可以通過該通道進入站廳層。

  添加合理的引導規則。指定站臺層的一些人群走C出口;同時引導擁擠的人群從F出口到達商場地下一層,然后走樓梯到達地面一層,從該商場的一層出口疏散到室外。

  設置分流墻等疏散輔助設施。在人員較為擁擠的BE出口附近設置分流墻,強制人員排隊,減輕人群的擁堵,同時減小了人群密度,增加了出口處的比流量。

  通過減小人群密度增加出口比流量。選擇讓部分人員站在不影響疏散的位置等待一段時間之后再開始運動,而不是在第一時間全部涌向出口。

  模擬實驗二的結果如下:通過疏散空間內剩余總人數變化曲線可知,模擬實驗二疏散總時間為917.28s,相比實驗一減少了253.72s,疏散效率提高了約20.4%。而疏散曲線的斜率也逐漸減小,這和實驗一中變化趨勢基本相同。通過多次模擬實驗和分析,發現造成此種現象的原因是在疏散前期,空間內人員較為分散,所有人都可以選擇最近的出口逃生,而隨著時間的推移,距離出口較近的人員已經疏散到室外安全區域,而距離出口較遠的人員,尤其是站臺層的人員還一直堵塞在樓梯口附近,當這些人群通過樓梯到達站廳層,繼而到達出口時,往往選擇距離較近的出口,而距離他們較遠的出口一直處于閑置狀態。



圖3 B、C、E出口的流量變化圖


  出口BDoor43)、CDoor45)、EDoor32)的流量變化如圖3所示:通過觀察3D疏散動畫,并結合圖3,我們發現C出口(Door45)在110s附近流量達到最大每秒7人,而在350800s之間,流量基本上維持在每秒23人,結合3D疏散動畫發現是由于引導規則的作用,在引導規則下,指定從C出口疏散的那一部分人員到達出口處,導致人流量從無到有,說明在引導規則下C出口的利用率有所提升。

 

結論

 

  通過對影響城市地下綜合體安全疏散因素的分析,結合2次疏散仿真,得到如下結論。

  在城市地下綜合體中,樓梯口、出站閘機、超市收銀臺等位置容易發生瓶頸效應,是疏散的關鍵節點。

  通過采取增加出口的寬度、在疏散瓶頸處增加引導、在出口前方適當位置處設置分流墻等措施可以有效提高疏散效率和疏散安全性。同時要通過優化疏散設計,提高人員疏散技能和加強應急管理等,從根本上提高應急疏散的安全性和高效性。


【責任編輯:cheng】
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