突发性客流地铁站点的疏散设计优化研究*
时间：2023-05-30 15:05:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
周百灵，徐 亮，毛前军
(武汉科技大学 城市建设学院，湖北 武汉 430065)
地铁在城市交通系统中扮演重要角色，凭借准时准点、客流运输大、方便快捷等特点，成为乘客出行首选交通方式，地铁安全性、可靠性也引发社会关注。
赵金龙等[1]通过模拟不同工况下人流特征得出站内疏散瓶颈区域，并推算出需采取限流措施的人员界限；
陈娜等[2]通过模拟某地铁站不同区域发生火灾时情况，分析对比国内外疏散规范差异；
王春雪等[3]选取不同运行时段人群特征，建立疏散仿真模型，得出在高峰、平峰、低峰等工况下不同数量列车到站时拥堵情况；
王起全等[4]利用仿真软件建模研究影响应急疏散效率相关因素，以期提高应急疏散效果；
Qin等[5]利用Pathfinder软件模拟不同工况下疏散情况，得出列车乘客与车站人数预警阀值关系；
Chen等[6]模拟4种客流场景下疏散过程，提出地铁站内相应优化设计方案；
Nouri等[7]讨论地铁站应急疏散中有效环境和组织管理因素；
Wang[8]通过模拟不同条件和参数下人群疏散，记录人群速度以及通过出入口人数和疏散路径选择，为地铁空间设计和消防方案制定提供建议。现有研究样本大部分以中间站为主，研究内容主要集中在疏散模型关键参数分析、乘客疏散行为分析等方面，建议优化对象多集中于闸机通道、导流栏杆等内部设施布局与管理措施等方面[9-10]。
本文以武汉轨道交通武昌火车站为例，根据实地调研数据，建立突发性客流地铁站疏散仿真模型，通过模拟不同时期节点下疏散场景，确认最不利工况，并分析此种工况疏散过程中瓶颈区域和具体拥堵位置，据此从站台层疏散口分布位置和楼梯开口朝向、高选择度站厅层出入口的垂直交通核构成等方面提出地铁站疏散口设计优化建议。
轨道交通武昌火车站是武汉地铁4号线和7号线换乘站，站厅总长329 m、宽34.5 m，7号线站台长150 m、宽12 m，4号线站台长120 m、宽10 m，目前地铁站已开通9个出入口。
武昌火车站位于地铁站东南方向，人流量在节假日与非节假日期间存在明显差异，地铁站东北方向为宏基客运站，是武汉重要的客运枢纽站。总的来看，轨道交通武昌火车站是武汉目前最为复杂的地铁换乘站，研究价值较高。
地铁站主体结构由2部分组成，如图1所示，图中字母表示站厅层出入口位置。其中，一部分是4号线区间地下2层岛式结构，另一部分是7号线区间地下3层岛式结构。
图1 地铁疏散仿真模型Fig.1 Simulation model of subway evacuation
站厅层由公共区与4号线换乘厅组成，连接地面疏散口有7个，不同疏散口疏散楼梯均有自动扶梯与普通楼梯，其数量和宽度略有不同，站台层由7号线与4号线2个站台组成。
该地铁站点内乘客数量随时期节点不同而有所差异，在特定时期节点内，进入地铁站的客流量陡增，由于地铁站位于交通枢纽站附近，乘客携带行李数较多且人员结构较复杂，因此，本文以节假日与非节假日区分不同时期节点。
2.1 工况选择
该地铁站点为2条线路换乘站，列车到站数量不同。据观察统计[3]，相同线路下往返2列列车同时到站概率较小，因此研究1列列车到站与不同线路下2列列车同时到站情况。
2.2 不同工况模拟下的数据统计
地铁站4号线区间采用6节编组的B型列车，7号线区间采用6节编组的A型列车，根据《地铁设计规范》(GB 50157—2013)[11]，6节编组的B型列车定员1 380人，6节编组的A型列车定员1 860人，由于携带行李乘客较多，会占据车厢内部分空间，故在列车乘客取值中均设置为列车定员的50%，即A、B型列车乘客人数分别为930，690人。
由于A、B型列车均为6节车厢，其中A型列车每节车厢5个车门，B型列车每节车厢4个车门，且站台有柱、楼梯等结构占用部分空间，假设每个车门前排2队，则7号线站台层最多可排120队，4号线站台层最多可排96队[12]。
基于此，模拟节假日工况时，设置每队候车人数为4人，7号线站台层候车人数为480人，4号线站台层候车人数为384人，此时站台层总人数为864人。同时结合实测数据，假定站厅层人数为站台层人数的75%。模拟非节假日工况时，设置每队候车人数2人，7号线站台层候车人数240人；
4号线站台层候车人数192人，此时站台层总人数为432人，假定站厅层人数为站台层人数的50%，模拟结果如表1所示。
由表1可知，无论哪种工况，在整个疏散过程中，离开站台层的疏散时间占比约为65%～70%，离开站厅层疏散时间占比约为30%～35%。这是因为受实际情况约束，站台层面积比较固定，疏散口(楼梯)数量有限，而此类地铁站站厅层面积一般远大于各站台层面积，甚至大于其面积之和，并且由于其多为交通枢纽，站厅层安全出口数量较多且空间分布较广，导致站厅层疏散人数容许值具有一定弹性空间[13]。因此，优先优化站台层疏散效率更有利。
此外，根据现行《地铁安全疏散规范》(GB/T 33668—2017)[14]第4.3条规定：地铁车站应按6 min内将乘客全部疏散至安全区为原则。由表1可知，节假日A1、节假日A2、节假日A3 3种工况均不符合规范要求。下文将以耗时最多的节假日A3为典型工况进行优化分析。
典型工况下(节假日A3)需疏散人员共3 132人，疏散时间为388 s。根据仿真模型，在第185 s时，已疏散人员数量占总疏散人员数量的1/2。整个疏散过程中，前期疏散响应与后期人员拥堵是影响疏散时间的重要因素[15]。
在疏散过程中，站厅层每个出入口使用情况与累计疏散人数均有所不同，由于A,G1,G2等出入口位于站厅层边缘，使用率较低。
表1 不同工况下的模拟统计Table 1 Simulation statistics under different conditions
总体疏散效率较高的出入口为B，C，E，F，H。其中C，E出入口总体疏散宽度接近合理区间上限，改进空间较小；
H出入口在中间层，人员会优先选择最短疏散路径，这也导致H出入口累计疏散人员相对较多；
F出入口处在站厅层中间位置，具有良好的视野及通行能力，故累计疏散人员也较多；
B出入口靠近4号线区间，在大客流工况下，其疏散能力相对不足。
综上，在整个疏散过程中，列车车门、站台层疏散口和站厅层疏散口为瓶颈区，其中站厅层疏散口的选择度分化明显。考虑列车车门处拥挤时间与列车所载乘客和站台层候车人数直接相关，且车门改造空间较小，应以站台层疏散口以及疏散能力不足的高选择度站厅层疏散口为主要优化对象[13]。
4.1 站台层疏散口优化
由于7号线站台层最右侧疏散口为2部直达站厅层的自动扶梯，在中间层结构与围栏不变条件下，应保持最右侧尽端疏散口位置不变，仅对其余3个疏散口进行相应位置优化[16]。7号线站台层的疏散口位置调整如图2所示。
图2 7号线站台层疏散口的位置调整Fig.2 Adjustment on location of evacuation entrances at platform floor of Line 7
根据模拟后的数据可知，优化方案7-a为524 s，优化方案7-b为457 s，均大于原始的388 s。如果左侧2个疏散口能将人员引流到G1，G2，E，F等使用率较低的出口，减少H出口的疏散荷载，可能效果更好。
4号线站台层疏散口的位置调整如图3所示。4号线站台层中间5根结构柱无法移动，导致疏散口位置调整受限，主要考虑右侧疏散口的位置优化。通过比较图3中不同方案，模拟后发现原始方案最优(原始布置388 s，优化方案4-a为394 s，优化方案4-b为438 s)。
图3 4号线站台层疏散口的位置调整Fig.3 Adjustment on location of evacuation entrances at platform floor of Line 4
综上，在本文案例中站台层疏散口位置平移对疏散效率提升没有正面效果。这是因为现有疏散口在站台层的长向分布相对均匀，且站台层疏散口在其上部站厅层的开口位置与站厅层的高选择度出入口B，C，E，F相互对应，联系紧密。
结合图1可知，7号线站台层左侧2个疏散楼梯朝向(朝右)与中间层导流楼梯(朝左)朝向相反，4号线站台层右侧2个疏散楼梯朝向与就近出口处闸机相反，而疏散口开口朝向优化可引导分流，提升效率作用。改进后的朝向如图4所示。
图4 站台层疏散口朝向优化Fig.4 Optimization on orientation of evacuation entrances at platform floor
在原有仿真模型基础上进行疏散楼梯开口朝向优化设计，模拟结果见表2。
表2 站台层疏散口朝向优化前后的疏散时间Table 2 Evacuation time before and after optimization on orientation of evacuation entrances at platform floor
由表2可知，A3工况下站台层疏散口朝向优化后的疏散时间为352 s，相比原始朝向减少36 s，效率提升9.3%。结果说明，适当调整站台层疏散口朝向，使其与对应疏散口、疏散设施朝向保持一致，能够有效减少疏散总耗时，提高疏散效率。
4.2 高选择度站厅层出入口优化
受地面道路、建筑物位置以及经济因素等影响，站厅层出入口位置、开口朝向较为固定，需尽量将其疏散宽度调整至合理区间的最大值。
自动扶梯常用型号相对成熟，且突发状况下疏散楼梯更为可靠。供日常主要交通用楼梯的梯段净宽应根据其使用特征，按每股人流宽度为0.55(肩宽)～0.7 m(摆幅)的人流股数确定，且不能少于2股人流。显然，地铁站厅层出入口人流众多，摆幅应取上限值。考虑人的行为心理因素，梯段过宽紧急状况下可能导致人员摔倒、踩踏，梯段净宽达4股人流时应为梯段宽度极限(应加设中间扶手)[17]。
综上，本文选择高使用率B出入口为优化对象，将其现有2 m宽楼梯(约3股人流)改为3 m宽的楼梯(4股人流)。通过模拟发现，改进后的疏散时间由原来的388 s减少到330 s。在节假日期间A3工况下，可以满足现行规范疏散要求。
4.3 管理措施优化
在突发性客流工况下，站台层应限制客流，具体可在站厅付费区内对人流量进行监控和引导，避免进入站台层人数超过容纳警戒值，若超过警戒值，需限制人员进入站台层，短暂关闭闸机入口，直至客流恢复至可控范围内。为防止站台层在疏散过程中因人员过多而发生拥挤、恐慌等现象，可增加工作人员引导人群疏散，从而避免疏散过程中次生伤害。除以上管理措施外，对于地铁列车的运营也要做到“增加列车次数、减少间隔时间”，以此减缓地铁站内各区间疏散压力[3]。
站厅层可在常见拥挤地段采取分流措施，例如安检、扶梯前面布置导流栏杆，确保拥挤地段保持通行顺畅，避免拥堵滞留现象[17]。
1)突发性客流地铁站点多为城市交通枢纽，各站台层面积远小于站厅层面积；
同时，站台层疏散口受限较多，其数量、位置相对固定，而此类枢纽型地铁站点的站厅层出口数量较多、空间分布广。因此，人员离开站台层到达站厅层的疏散耗时要大于离开站厅层到达安全地面耗时，前者应为优先优化区间。
2)通过比较不同时期节点下拥堵情况，发现疏散过程中瓶颈区域为列车车门、站台层疏散口和站厅层的高选择度疏散口。
3)站台层疏散口可针对空间位置分布、楼梯开口朝向等进行优化。站台层疏散口应沿站台层长边均匀分布，且其在上部站厅层的垂直开口位置应尽量与站厅层的高选择度出入口相对应；
楼梯开口朝向设置应与人员到达站厅层后的下一步疏散方向保持一致。
4)站厅层高选择度出入口应在设计初始尽量增加宽度至合理区间(4股人流)上限，同时，可在拥堵地段前增设导流栏杆，缓解疏散压力。
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