地下建筑中公共设施的布置对人流疏散的影响研究

蒋毓希 李俊梅 李澜昊 闫星辰 赵溢洋 孟 欣 北京工业大学建筑工程学院，北京 100124

地铁、地下商场以及地下综合交通枢纽中人员众多，人流密度大，一旦发生火灾或其他紧急状况，如果内部人员不能得到及时地疏散，就可能会造成大量的人员伤亡。如何将内部人员快速、安全地疏散到地面一直是地下建筑安全运营的重点。

地下建筑疏散通道及设施的设计一般会严格地依据相关的规范，在实际使用中，设置一些公共设施如座椅、垃圾桶等会增加人们的方便及购物舒适感，但这些设施的布置也可能会对内部人员的疏散产生影响。基于此，本文以北京一个典型的地铁站和一个典型的地下商场为例，在对其进行人流现状调研的基础上，借助于pathfinder 软件对公共设施布置对人员疏散的影响进行探讨，最终得出公共设施对人员逃生时间的影响，以便更好地设置公共设施数量，在增多便民公共设施的同时，减少对逃生的影响。

Pathfinder 软件中包含两种人员运动方式的模式：SFPE模式和Steering 模式。SFPE 模式下行人以路径长度作为路径选择的主要标准，其运动速率由房间人群密度来决定，而steering 模式是由路径规划、指导机制和碰撞处理综合作用控制，人员疏散时根据路径及人员距离确认行进路线。由于Steering 模式更接近现实，本次仿真采用Steering 模式。

1 地铁地下空间人员疏散模拟

模拟的地铁站长145 米，宽16 米，一共有三个楼梯，每个楼梯口宽4．2 米。平面图如图1 所示。模拟中设置的站台人数为一辆超员载客车的人数，地铁车型选用的是B型车，列车采用6辆编组，超员载客量（站立8 人/m2）；有司机室车262 人/辆（含坐席36 人数）；无司机室车290 人/辆（含坐席46 人数）。

图1 地铁车站平面布置图

超员载客，N总=262×2+290×4=1684（人）。根据现场统计的地铁人员的组成，模拟中青年男士占比42．8%，青年女士占比50．1%，老人及儿童占比7．1%。各类人员行走速度的设置参考我国《地铁安全疏散规范》（GB 33668-2017），中青年男士的水平行走速度设定为1．25m/s，中青年女士的水平行走速度为1．05m/s，老人及儿童的水平行走速度是0．76m/s。模拟中根据公共设施布置的不同设置4 个模拟工况进行对比试验。工况设置如表1 所示。公共设施的添加规则是每个出入口对面都设置了一个指示牌。依据建设部垃圾桶规范中规定，在地铁站里添加垃圾桶。在此基础上以柱距为单位尽量多加座椅。所有的公共设施不占用楼梯电梯的出入口，离出入口至少一个柱距远。

为了减少人员分布的随机性对疏散时间的影响，每个模型都随机放置人员6 次，取6 次疏散时间的平均值作为模型的结果。

表1 地铁车站模拟工况设定

2 商场地下空间人员疏散模拟

模拟 的商 场 长100．94 米，宽76．25 米，总面 积 为7750．66 平米，出口为3 米，如图2 所示。按《建筑设计防火规范》中规定的“商店的疏散人数应按每层营业厅建筑面积乘以面积折算值和疏散人数换算系数计算。”地下商店的面积折算值不应小于70%。规范中的人数换算系数如表2 所示。

把商场的总面积乘以75%再乘以0．6，得出来3488人。实地调查的人群比例是中青年男士占比33%，中青年女士占比46%，老人及儿童的占比是21%。采用地铁模型相同的人群速度作为商场模型的人群速度。以上述人群数量、比例和速度作为所有商场模型的速度。

5 个不同面积的商场模型，工况设置如表3 所示，每个模型随机放置6 次人群并运行，取6 次平均值作为总疏散时间。

3 地铁地下空间模拟结果分析

表2 商店营业厅内的人员密度（人/m2）

表3 商场地下一层模拟工况设定

Pathfinder 软件会在每一次人员逃生模拟之后自动生成一份总结报告，以第一组第一次模拟的数据来看，如果将疏散距离和疏散时间相比，最快的一批人员的平均疏散速度为约1m/s，而最远的一批乘客的平均速度则为0．28m/s，说明有相当一部分人把时间都用在了拥挤和等待上，软件模拟的人流密度叠加通道如图3 的分析结果也佐证了这一点。截取三个时段人员位置情况（如表4所示）也能很好地印证这一点。

图3 地铁站地下一层14.3 秒时的人员轮廓热图

表4 人员位置状况

根据疏散面积和疏散时间的数据变化进行分析，绘制了如图4 所示的地铁疏散结果，从该分析结果可以看出，疏散时间随公共设施的增加呈上升趋势，在可用疏散面积大于1263．74 平米，即公共设施面积小于27．36 平米时，疏散时间的变化不大。而可用疏散面积为1246．54平米，即公共设施面积占总面积的3．5%时，疏散时间就达到了《地铁设计规范》（GB 50157-2003）规定的人员疏散最长时间360s 的上限，比公共设施的面积占总面积的比例为2．2%时所需疏散时间增加18s。

可以推断，在接近疏散面积处于1260 平米左右的地方存在一个临界值，即公共设施面积占总疏散面积2．20%，小于该临界值的时候，疏散时间会取决于公共设施的放置原则和方式，公共设施的绝对面积大小并不起主导作用；当公共设施面积大于这个临界值的时候，公共设施的绝对面积大小会作为主导性因素直接影响疏散时间。因此，在公共设施面积占总疏散面积2．20%以内时，对疏散时间影响不大。

图4 地铁模拟结果

4 商场地下空间模拟结果分析

根据系统自带的数模拟总结数据来看，所有的模型人员都在楼梯的入口处堆积，有相当一部分人把时间都用在了拥挤和等待上。

根据疏散面积和疏散时间的数据变化进行分析，绘制了如图5 所示的商场疏散结果，从该分析结果可以看出，疏散时间随公共设施的增加呈上升趋势，在可用疏散面积大于2493．07 平米，即公共设施面积小于196．21 平米时，疏散时间的变化不大。而可用疏散面积为2402．91，即公共设施面积占总面积的10．7%时，疏散时间就达到了规定的人员疏散最长时间360s 的上限。比公共设施面积的占比为7．3%时，疏散时间增加18s。

可以推断，公共设施的摆放位置和占地面积都会影响疏散时间，公共设施面积占总面积小于7．3%的时候，摆放位置的有利影响会大于占地面积的不利影响，公共设施面积对疏散时间的影响不大。

图5 商场模拟结果