站内搜索
  加入收藏
首页 >> 科技动态 >正文

基于Pathfinder的城市地下综合体 应急疏散研究

2021-09-16
来源:中国安全生产 作者:/深圳市地铁集团有限公司 黎忠文 延长壳牌石油有限公司 张利欣

 

  城市地下综合体在空间结构和内部布局等方面都有着不同于地面建筑的特点,在发生自然灾害或其他突发性事件时,大规模人群被局限在非常有限的封闭空间中,再加上火灾烟气、热辐射等恶劣环境以及这种环境对逃生者造成的负面心理影响,人群的疏散效率降低。本文在分析城市地下综合体环境因素和人员疏散特点的基础上,用仿真软件进行人员应急疏散模拟,通过改变不同疏散条件,分析不同因素对城市地下综合体安全疏散的影响,寻找疏散瓶颈所在,提出城市地下综合体防火设计和应急管理的改进措施。

 

城市地下综合体空间特征

 

  城市地下综合体属于复杂的城市地下空间,其主要空间特征体现在以下三个方面。

  空间封闭性强。地下空间最大的特点就是封闭性强,一般只能通过少量的出口与外界连通。通风排烟也只能采用机械方式。

  内部结构复杂,建筑面积大。地下空间经过几十年的发展,建筑结构越来越复杂,单体规模也越来越大。

  人员疏散和救援困难。地下空间内部结构越复杂,人们恐慌也越严重。人员进行疏散时,方向是从下往上,相比地面建筑的疏散要消耗更多的体力,而且疏散方向和烟气的流动方向一致,增加了疏散难度。对地面救援力量来说,很难在第一时间赶到事故现场。




图1 疏散空间剩余总人数变化曲线

 

数值模拟分析

 

城市地下综合体基本情况

 

  该地铁站呈东西方向布置,车站为地下二层岛式车站:地下一层为站厅层,地下二层为站台层。车站总长278.7m,总建筑面积约13021.4m2,目前有4个出口,分别是BCEF,其中F出口与商场连通,可直接通过该商场地下一层到达其他出口。

 

Pathfinder模型的建立

 

  在建立模型前,设定模型中一些参数和基本规则,如下:经实地调查,该地铁站共有4座闸机,21个闸口,而闸口的宽度有两种,即90cm的“宽闸口”和55cm的“窄闸口”,闸机的位置根据实际情况布局,闸机分为进站闸机和出站闸机,而在模拟实验中,将全部的闸机放开,作为出站闸机使用;手扶电梯的宽度是1.2m,同时容纳2个人站立,在疏散时,电梯断电,按照普通楼梯使用;车站内的全部电梯都不考虑,疏散中也不使用电梯。

  人员的分布情况:根据人流高峰期的实地观察和统计计算,在该地铁站站台层和站厅层随机分布10000人,在该商场地下一层和地面一层随机分布5000人,共计15000人;设定人员行走速度服从均匀分布(0.81.35m/s),人员的肩宽也服从均匀分布。其他参数的设置采用系统默认值。

  无任何辅助疏散设施和引导规则情况下的模拟分析

  模拟实验从疏散总时间、出口流量、人员疏散路线、疏散瓶颈等四个方面进行分析。

  模拟实验一是在无任何辅助疏散设施和引导规则的情况下进行模拟,得出如下结果:疏散总时间和出口流量。疏散空间内剩余总人数变化曲线如图1所示。

  从图1可知,疏散总时间为1153s。结合3D疏散动画发现,疏散前期所有的出口都得到了充分的利用,而随着时间的推进,部分出口闲置,没有人员通过,而大部分人员主要集中在BDoor43)、CDoor45)、EDoor32)这3个出口,造成这3个出口的严重拥堵。出口BDoor43)、CDoor45)、EDoor32)的流量变化如图2所示。 


 


图2 B、C、E出口的流量变化图


  通过观察3D疏散动画,并结合图2,发现C出口(Door45)在241.8s时流量变为0,而在593802s之间又陆续有人流通过,之后再次变为0。在其他时间段,C出口处于闲置情况,而BE出口出现了较为严重的拥堵,一方面是由于C出口距离较远,人们更习惯从距离自己较近的出口逃生;另一方面是疏散人群的从众行为,看到其他人都在BE出口处排队,就跟随旁边的人做出了同样的行为;而在593802s之间,陆续有人选择了距离较远的C出口,说明并非所有的人都有从众心理,也会根据自己的分析判断选择更快捷的出口逃生。

  疏散瓶颈分析。在此次模拟实验中,疏散瓶颈主要是在站台层的楼梯入口、出站闸机口、站厅层楼梯入口、超市收银台等位置,最为严重的是各个楼梯口。

  存在的问题及改进措施。在楼梯和出口等位置发生了较为严重的拥堵,而且除BE出口外的其他出口都没有充分发挥作用。一方面是由于缺乏引导规则,导致对地下环境不熟悉的人员盲目行动或做出从众行为;另一方面是由于缺乏辅助疏散设施,例如分流墙、隔离带等,使得人员行为较为混乱,没有秩序。

  有引导规则和疏散辅助设施条件下的模拟分析

  基于模拟实验一的疏散模型,主要做了如下改进。

  增加安全出口的宽度。在闸机旁边设有专门供工作人员出入的通道,让疏散人群可以通过该通道进入站厅层。

  添加合理的引导规则。指定站台层的一些人群走C出口;同时引导拥挤的人群从F出口到达商场地下一层,然后走楼梯到达地面一层,从该商场的一层出口疏散到室外。

  设置分流墙等疏散辅助设施。在人员较为拥挤的BE出口附近设置分流墙,强制人员排队,减轻人群的拥堵,同时减小了人群密度,增加了出口处的比流量。

  通过减小人群密度增加出口比流量。选择让部分人员站在不影响疏散的位置等待一段时间之后再开始运动,而不是在第一时间全部涌向出口。

  模拟实验二的结果如下:通过疏散空间内剩余总人数变化曲线可知,模拟实验二疏散总时间为917.28s,相比实验一减少了253.72s,疏散效率提高了约20.4%。而疏散曲线的斜率也逐渐减小,这和实验一中变化趋势基本相同。通过多次模拟实验和分析,发现造成此种现象的原因是在疏散前期,空间内人员较为分散,所有人都可以选择最近的出口逃生,而随着时间的推移,距离出口较近的人员已经疏散到室外安全区域,而距离出口较远的人员,尤其是站台层的人员还一直堵塞在楼梯口附近,当这些人群通过楼梯到达站厅层,继而到达出口时,往往选择距离较近的出口,而距离他们较远的出口一直处于闲置状态。



图3 B、C、E出口的流量变化图


  出口BDoor43)、CDoor45)、EDoor32)的流量变化如图3所示:通过观察3D疏散动画,并结合图3,我们发现C出口(Door45)在110s附近流量达到最大每秒7人,而在350800s之间,流量基本上维持在每秒23人,结合3D疏散动画发现是由于引导规则的作用,在引导规则下,指定从C出口疏散的那一部分人员到达出口处,导致人流量从无到有,说明在引导规则下C出口的利用率有所提升。

 

结论

 

  通过对影响城市地下综合体安全疏散因素的分析,结合2次疏散仿真,得到如下结论。

  在城市地下综合体中,楼梯口、出站闸机、超市收银台等位置容易发生瓶颈效应,是疏散的关键节点。

  通过采取增加出口的宽度、在疏散瓶颈处增加引导、在出口前方适当位置处设置分流墙等措施可以有效提高疏散效率和疏散安全性。同时要通过优化疏散设计,提高人员疏散技能和加强应急管理等,从根本上提高应急疏散的安全性和高效性。


【责任编辑:cheng】