地下建筑公共設施布置對人流疏散的影響
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摘要：本論文依據對地鐵和商場地下空間的面積、人流和人員組成的現場實測，用pathfinder軟件進行火災疏散模擬，在最長時間范圍內，分析公共設施與人員疏散時間的關系。研究結果表明：地鐵的公共設施面積占總疏散面積的2.2%以內對人員疏散時間沒有太大影響，當地鐵的公共設施面積占總疏散面積的3.5%會達到規范要求的6分鐘疏散時間上線；商場的公共設施面積占總疏散面積的7.3%以內對疏散時間沒有影響，當商場的公共設施面積占總疏散面積的10.7%會達到規范要求的人員疏散時間上線。
關鍵詞：地下疏散；地鐵；商場；pathfinder軟件；火災
地鐵、地下商場以及地下綜合交通樞紐中人員眾多，人流密度大，一旦發生火災或其他緊急狀況，如果內部人員不能得到及時地疏散，就可能會造成大量的人員傷亡。如何將內部人員快速、安全地疏散到地面一直是地下建筑安全運營的重點。地下建筑疏散通道及設施的設計一般會嚴格地依據相關的規范，在實際使用中，設置一些公共設施如座椅、垃圾桶等會增加人們的方便及購物舒適感，但這些設施的布置也可能會對內部人員的疏散產生影響。基于此，本文以北京一個典型的地鐵站和一個典型的地下商場為例，在對其進行人流現狀調研的基礎上，借助于pathfinder軟件對公共設施布置對人員疏散的影響進行探討，最終得出公共設施對人員逃生時間的影響，以便更好地設置公共設施數量，在增多便民公共設施的同時，減少對逃生的影響。Pathfinder軟件中包含兩種人員運動方式的模式：SFPE模式和Steering模式。SFPE模式下行人以路徑長度作為路徑選擇的主要標準，其運動速率由房間人群密度來決定，而steering模式是由路徑規劃、指導機制和碰撞處理綜合作用控制，人員疏散時根據路徑及人員距離確認行進路線。由于Steering模式更接近現實，本次仿真采用Steering模式。
1地鐵地下空間人員疏散模擬
模擬的地鐵站長145米，寬16米，一共有三個樓梯，每個樓梯口寬4.2米。平面圖如圖1所示。模擬中設置的站臺人數為一輛超員載客車的人數，地鐵車型選用的是B型車，列車采用6輛編組，超員載客量（站立8人/m2）；有司機室車262人/輛（含坐席36人數）；無司機室車290人/輛（含坐席46人數）。超員載客，N總=262×2+290×4=1684（人）。根據現場統計的地鐵人員的組成，模擬中青年男士占比42.8%，青年女士占比50.1%，老人及兒童占比7.1%。各類人員行走速度的設置參考我國《地鐵安全疏散規范》（GB33668-2017），中青年男士的水平行走速度設定為1.25m/s，中青年女士的水平行走速度為1.05m/s，老人及兒童的水平行走速度是0.76m/s。模擬中根據公共設施布置的不同設置4個模擬工況進行對比試驗。工況設置如表1所示。公共設施的添加規則是每個出入口對面都設置了一個指示牌。依據建設部垃圾桶規范中規定，在地鐵站里添加垃圾桶。在此基礎上以柱距為單位盡量多加座椅。所有的公共設施不占用樓梯電梯的出入口，離出入口至少一個柱距遠。為了減少人員分布的隨機性對疏散時間的影響，每個模型都隨機放置人員6次，取6次疏散時間的平均值作為模型的結果。
2商場地下空間人員疏散模擬
模擬的商場長100.94米，寬76.25米，總面積為7750.66平米，出口為3米，如圖2所示。按《建筑設計防火規范》中規定的“商店的疏散人數應按每層營業廳建筑面積乘以面積折算值和疏散人數換算系數計算。”地下商店的面積折算值不應小于70%。規范中的人數換算系數如表2所示。把商場的總面積乘以75%再乘以0.6，得出來3488人。實地調查的人群比例是中青年男士占比33%，中青年女士占比46%，老人及兒童的占比是21%。采用地鐵模型相同的人群速度作為商場模型的人群速度。以上述人群數量、比例和速度作為所有商場模型的速度。5個不同面積的商場模型，工況設置如表3所示，每個模型隨機放置6次人群并運行，取6次平均值作為總疏散時間。
3地鐵地下空間模擬結果分析
Pathfinder軟件會在每一次人員逃生模擬之后自動生成一份總結報告，以第一組第一次模擬的數據來看，如果將疏散距離和疏散時間相比，最快的一批人員的平均疏散速度為約1m/s，而最遠的一批乘客的平均速度則為0.28m/s，說明有相當一部分人把時間都用在了擁擠和等待上，軟件模擬的人流密度疊加通道如圖3的分析結果也佐證了這一點。截取三個時段人員位置情況（如表4所示）也能很好地印證這一點。根據疏散面積和疏散時間的數據變化進行分析，繪制了如圖4所示的地鐵疏散結果，從該分析結果可以看出，疏散時間隨公共設施的增加呈上升趨勢，在可用疏散面積大于1263.74平米，即公共設施面積小于27.36平米時，疏散時間的變化不大。而可用疏散面積為1246.54平米，即公共設施面積占總面積的3.5%時，疏散時間就達到了《地鐵設計規范》（GB50157-2003）規定的人員疏散最長時間360s的上限，比公共設施的面積占總面積的比例為2.2%時所需疏散時間增加18s。可以推斷，在接近疏散面積處于1260平米左右的地方存在一個臨界值，即公共設施面積占總疏散面積2.20%，小于該臨界值的時候，疏散時間會取決于公共設施的放置原則和方式，公共設施的絕對面積大小并不起主導作用；當公共設施面積大于這個臨界值的時候，公共設施的絕對面積大小會作為主導性因素直接影響疏散時間。因此，在公共設施面積占總疏散面積2.20%以內時，對疏散時間影響不大。
4商場地下空間模擬結果分析
根據系統自帶的數模擬總結數據來看，所有的模型人員都在樓梯的入口處堆積，有相當一部分人把時間都用在了擁擠和等待上。根據疏散面積和疏散時間的數據變化進行分析，繪制了如圖5所示的商場疏散結果，從該分析結果可以看出，疏散時間隨公共設施的增加呈上升趨勢，在可用疏散面積大于2493.07平米，即公共設施面積小于196.21平米時，疏散時間的變化不大。而可用疏散面積為2402.91，即公共設施面積占總面積的10.7%時，疏散時間就達到了規定的人員疏散最長時間360s的上限。比公共設施面積的占比為7.3%時，疏散時間增加18s。可以推斷，公共設施的擺放位置和占地面積都會影響疏散時間，公共設施面積占總面積小于7.3%的時候，擺放位置的有利影響會大于占地面積的不利影響，公共設施面積對疏散時間的影響不大。
作者：蔣毓希 李俊梅 李瀾昊 閆星辰 趙溢洋 孟欣 單位：北京工業大學建筑工程學院