地鐵出口條件對(duì)人員疏散的影響分析

1、地鐵出口條件對(duì)人員疏散的影響分析摘要:采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),綜合考慮建筑物構(gòu)造和人員行為對(duì)疏散的影響,建立了地鐵車站的疏散模型,并利用該模型詳細(xì)模擬了各種不同出口條件下的人員疏散過程.通過模擬,獲得了每個(gè)時(shí)刻的人員分布狀態(tài),找到了不利于人員疏散的“瓶頸位置,分析了地鐵出口條件對(duì)于人員疏散的影響.關(guān)鍵詞:地鐵;人員疏散;疏散時(shí)間;疏散模型0引言地鐵,被稱為世界上最平安的交通工具,現(xiàn)代城市不可或缺的交通工具.統(tǒng)計(jì)資料說明,它與路面交通工具發(fā)惹事故的比例是11001.但是大量的地鐵火災(zāi)、爆炸及恐懼襲擊事故的發(fā)生,已經(jīng)給人們帶來了宏大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡.2022年7月8日剛剛發(fā)生的倫敦地鐵爆炸事件再次

2、讓世人震驚,造成56人死亡.因此,對(duì)一旦發(fā)生緊急事故,如何快速平安地將危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的人員撤離到平安區(qū)域研究具有非常重要的意義.人員疏散問題是一個(gè)涉及建筑物的構(gòu)造、火災(zāi)的開展過程和建筑物內(nèi)人員的行為三種根本因素的復(fù)雜問題.目前在計(jì)算疏散時(shí)間時(shí),大局部情況下都是只考慮了疏散通道總寬度的影響,采用簡單的公式法來計(jì)算24.這種方法無法考慮建筑物構(gòu)造和人員行為對(duì)于人員疏散的影響,從而也就沒有考慮出口條件的影響.近年來,隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的迅速開展,國內(nèi)外研究人員開場了人員疏散模型的研究.根據(jù)gynne等人的統(tǒng)計(jì),當(dāng)前國際上已經(jīng)建立和正在開發(fā)的人員疏散模型大約有22種,其中evanet5、exdus6、

3、exit897、siulex8、hazard1中的exitt模型9、firea程序中的人員逃生子模型10等受到了人們較多的注意.討論地鐵出口條件對(duì)人員疏散的影響,本文采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),建立了地鐵站臺(tái)的疏散模型,對(duì)地鐵站臺(tái)的人員疏散情況進(jìn)展了詳細(xì)的模擬.1型的建立采用精細(xì)網(wǎng)格法,建立了某地鐵側(cè)式站臺(tái)的計(jì)算機(jī)仿真模型.精細(xì)網(wǎng)格法是把建筑平面空間劃分為許多小的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn).網(wǎng)格中的每一個(gè)位置稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn).在不同的模型中,節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格大小和形狀也有所不同,該地鐵模型中選用0.50.5的正方形網(wǎng)格,與真實(shí)情況下一個(gè)人員所占的空間相符11.每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以用弧線與相鄰的八個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接,如圖1所示.人員可以沿著弧線

4、從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)挪動(dòng).但是在同一時(shí)間內(nèi),一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能由一個(gè)人員所占據(jù).用這種方法可以比擬準(zhǔn)確地表示建筑平面空間的幾何形狀及其內(nèi)部障礙物的位置,并可在人員疏散的任意時(shí)刻確定每個(gè)人的準(zhǔn)確位置12.對(duì)象為一單層側(cè)式站臺(tái),車站有效長度為146.7,寬度為96.8,高度為4.76,車站斷面示意圖如圖2所示.由于側(cè)式站臺(tái)兩邊是對(duì)稱的,所以選用站臺(tái)的一側(cè)建立疏散模型,該側(cè)站臺(tái)一共有兩個(gè)疏散通道和一個(gè)正常出入口.疏散的初始人員分布狀況:有一列載著乘客(1200人)的列車?？吭谡緝?nèi),而站臺(tái)上也隨機(jī)分布有300人(其中包括工作人員和候車人員),因此該站內(nèi)共有1500人.由此,建立該站臺(tái)的人員疏散模型如圖3

5、所示.圖中小黑點(diǎn)表示地鐵中的人員.人員的步行速度將根據(jù)其性別、年齡、身體安康狀況的不同在0.8s-11.5s-1的范圍內(nèi)隨機(jī)給定.利用該模型,可以清楚地看到每個(gè)時(shí)刻人員的分布情況,如40s后人員的分布如圖4所示.從圖中可以發(fā)現(xiàn),在疏散通道附近出現(xiàn)了明顯的不利于人員疏散的“瓶頸現(xiàn)象.2模擬結(jié)果及其分析實(shí)驗(yàn)說明13,人們對(duì)于出口的選擇,主要與人員對(duì)于出口的熟悉程度(包括正常出口和緊急出口)、離出口的間隔 和緊急出口的狀態(tài)(是翻開還是關(guān)閉)三個(gè)因素有關(guān).為了有效地利用每個(gè)出口,進(jìn)步人員疏散的效率,下面將利用地鐵的疏散模型,分析比擬各種不同出口條件下人員的疏散情況.2.1疏散通道是否翻開假如人員完全按

6、照最近道路原那么選擇出口,在其它條件都一樣的情況下,分別對(duì)兩個(gè)疏散通道均關(guān)閉、翻開一個(gè)疏散通道和兩個(gè)疏散通道全部翻開三種不同出口條件下的人員疏散情況進(jìn)展了模擬,模擬結(jié)果如圖5所示.從圖5中顯示的最終疏散結(jié)果來看,圖線1與圖線2所顯示的總的疏散時(shí)間相差不遠(yuǎn),而圖線3的疏散時(shí)間卻要明顯的大于前兩種情況.這就說明,當(dāng)人員完全按照最近道路原那么來選擇出口時(shí),翻開兩個(gè)疏散通道與翻開一個(gè)所用的總的疏散時(shí)間相差不遠(yuǎn).但是,在同一時(shí)間內(nèi),圖線1所表示的疏散出去的人數(shù)明顯大于圖線2.這說明,當(dāng)兩個(gè)疏散通道都翻開時(shí),在同一時(shí)間內(nèi)比僅翻開一個(gè)疏散通道疏散出去的人要多,尤其是在前160s更是明顯.在160s之后,差異

7、逐漸減小,這是因?yàn)樵趦蓚€(gè)疏散通道附近出現(xiàn)了疏散的“瓶頸現(xiàn)象,大量的人員聚集在疏散通道附近進(jìn)展排隊(duì)等候,導(dǎo)致疏散速度有所降低.同時(shí),在圖中也可以看出,假如兩個(gè)疏散通道均關(guān)閉的話,人員全部疏散出去的時(shí)間卻要延長75s左右.在模擬過程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)疏散通道關(guān)閉時(shí),對(duì)人員疏散造成的影響不僅僅是減少了出口的數(shù)量,更為嚴(yán)重的是會(huì)導(dǎo)致大量的人員聚集在出口附近,大大增強(qiáng)了疏散的“瓶頸現(xiàn)象,從而降低了疏散的效率.另外,由于乘客并不知道疏散通道是否是翻開的,假如人們到達(dá)疏散通道附近發(fā)現(xiàn)其關(guān)閉再返回來尋找其它出口的話,就會(huì)造成“反向流的現(xiàn)象,導(dǎo)致疏散效率降低.2.2疏散通道翻開是否及時(shí)在其它條件都一樣的情況下,對(duì)在發(fā)生

8、火災(zāi)等緊急情況時(shí),兩個(gè)疏散通道及時(shí)翻開、其中一個(gè)延遲60s翻開以及兩個(gè)都延遲60s翻開三種不同的出口條件下的人員疏散狀況進(jìn)展了模擬,模擬結(jié)果如圖6所示.從圖中可以看出,在同一時(shí)間內(nèi),3條圖線所顯示的從所有出口疏散出去的總?cè)藬?shù)的關(guān)系:圖線1圖線2圖線3.也就是說,當(dāng)延遲翻開疏散通道時(shí),由于沒有及時(shí)有效地利用每個(gè)出口,所以導(dǎo)致在同一時(shí)間內(nèi),疏散出去的總?cè)藬?shù)減少,疏散的總時(shí)間明顯增加.值得注意的是,假如疏散通道沒有及時(shí)翻開,會(huì)導(dǎo)致大量的人員滯留在疏散通道附近造成擁擠現(xiàn)象.由于擁擠造成人員傷亡慘案的教訓(xùn)是非常慘痛的.例如,1971年發(fā)生在蘇格蘭的格拉斯哥體育場的66名足球球迷在樓梯上被踩死的慘劇;19

9、80年發(fā)生在辛辛那提市的搖滾音樂會(huì)會(huì)場入會(huì)過程中11名人員被擠踩死的慘案14等.2.3正常出口與疏散通道的有效利用前面的模擬都是假設(shè)人員完全按照最近道路的疏散原那么來選擇出口的.然而,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明13:即使人們離熟悉的正常出口的間隔 比最近的緊急疏散出口遠(yuǎn)一些,人們?nèi)匀粌A向于選擇比擬熟悉的正常出口.但是,假如緊急疏散出口的門是開著的并且人們可以看到外面的話,緊急疏散出口就變得更加受歡送,大局部人將會(huì)選擇緊急疏散出口.另外,一般在發(fā)生緊急事件之后,地鐵中的工作人員或者消防人員也會(huì)指導(dǎo)人員進(jìn)展疏散.為了便于分析這些因素對(duì)于人員疏散的影響,筆者用出口吸引力來表示出口受歡送的程度,某出口的吸引力越大,

10、那么表示該出口越受歡送,人員選擇該出口的可能性也就越大,反之亦然.筆者對(duì)各個(gè)出口在不同吸引力情況下的人員疏散狀況進(jìn)展了模擬,模擬結(jié)果如圖7所示.在圖7中,圖線1為正常出口與疏散通道具有一樣吸引力,人員完全按照最近道路的疏散原那么選擇出口時(shí)的模擬結(jié)果.在模擬過程中發(fā)現(xiàn),在這種情況下,在疏散通道附近出現(xiàn)“瓶頸現(xiàn)象,疏散時(shí)間較長.圖線2為降低疏散通道吸引力時(shí)的模擬結(jié)果.可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)降低疏散通道的吸引力,即更多的人員選擇正常出口進(jìn)展疏散時(shí),疏散的總時(shí)間減少,尤其是在160s之后更是明顯.但是假如進(jìn)一步降低疏散通道的吸引力(如圖線3)時(shí),那么會(huì)發(fā)現(xiàn)疏散的總時(shí)間反而會(huì)有所延長.反過來,當(dāng)增大疏散通道的吸引

11、力時(shí),由于加重了疏散通道附近的“瓶頸現(xiàn)象,增加了人員排隊(duì)等待的時(shí)間,從而會(huì)導(dǎo)致疏散時(shí)間更長.而且,疏散通道的吸引力越大,那么所用的疏散時(shí)間就越長,如圖線4和5所示.這就說明,疏散通道的吸引力存在一個(gè)最正確值.3結(jié)論本文在分析某地鐵側(cè)式站臺(tái)疏散模型的根底上,采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),綜合考慮了建筑物構(gòu)造和人員行為對(duì)疏散的影響,對(duì)不同地鐵出口條件下的人員疏散過程進(jìn)展了模擬,得出了如下結(jié)論.(1)疏散通道關(guān)閉時(shí)所用的人員疏散時(shí)間要比翻開時(shí)延長75s左右.這不僅是因?yàn)闇p少了出口的數(shù)量,更為嚴(yán)重的是會(huì)導(dǎo)致大量的人員聚集在出口附近,大大增強(qiáng)了疏散的“瓶頸現(xiàn)象,從而降低了疏散的效率.另外,還可能造成不利于人員疏散

12、的“反向流現(xiàn)象.(2)及時(shí)翻開疏散通道比其中一個(gè)延遲翻開60s要少用20s左右的時(shí)間,而比兩個(gè)都延遲60秒翻開節(jié)省約60s的時(shí)間.而且發(fā)現(xiàn),延遲翻開疏散通道,不僅延長了疏散時(shí)間,而且在出口附近造成了嚴(yán)重的擁擠現(xiàn)象,很容易造成人員傷亡.因此,在地鐵發(fā)生火災(zāi)等緊急事故時(shí)應(yīng)及時(shí)翻開疏散通道.(3)出口的吸引力不同,那么人員疏散所用的時(shí)間也有所不同.正常出口與疏散通道的吸引力存在一個(gè)最正確值,假如通過指導(dǎo)人員有序的進(jìn)展疏散,使每個(gè)出口的人員分配獲得最正確值,將會(huì)有效地防止出口的“瓶頸現(xiàn)象,減少人員疏散的時(shí)間.(4)采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),可以直觀地觀察到人員的整個(gè)疏散過程,得到每個(gè)時(shí)刻的人員分布狀況,從而

13、可以找出地鐵站臺(tái)中不利于人員疏散的“瓶頸位置,進(jìn)一步優(yōu)化地鐵站臺(tái)的布局.因此,地鐵站臺(tái)人員疏散的計(jì)算機(jī)仿真模擬具有廣闊的應(yīng)用前景.參考文獻(xiàn):1劉繼純.人類災(zāi)難全紀(jì)錄.北京:兵器工業(yè)出版社,2000.5.liujihun.huantragedyentirenesreel.beijing:eapnindustrypress,2000.5.2汪曉蓉.關(guān)于地鐵車站緊急疏散計(jì)算的體會(huì)j.科學(xué)技術(shù)通訊,2001(3):2627.angxiarui.theexperienefalulatinevauatintiensubaystatinj.sieneandtehnlgyuniatin,2001(3):262

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