张 欢

(北京市轨道交通设计研究院 北京 100089)

深埋地铁车站人员紧急疏散计算

张 欢

(北京市轨道交通设计研究院 北京 100089)

提出深埋地铁的新站型，进行紧急疏散演算，探讨针对深埋地铁新站型的人员消防疏散的计算问题，通过计算来验证和归纳深埋地铁站在建筑设计时应重视的设计要点，为未来深埋地铁车站的设计提供参考。将两座车站的客流代入两个深埋车站的新站型中，根据国家标准和新地标的疏散公式进行计算。结果表明:首先，新站型的建筑形式是成立的，可以满足国家标准疏散的要求;其次，两个计算公式均反映了客流与疏散设施的匹配度问题，当客流较大时，需增加通行设施的数量以及缩短站厅层至站台层的距离来满足疏散要求;再次，通过北京新地标的公式计算发现，在两种站型通行设施数量相同的情况下，影响深埋车站人员疏散时间的两大因素是站厅至站台的距离和客流。

深埋地铁车站;人员疏散;紧急疏散计算

1 研究的意义和现状

随着一个城市轨道交通线网的发展，未来相互交叉的线路逐渐增多，导致车站的埋深增大，地铁车站建设的外部条件可能愈趋于复杂和难以实施。目前，北京地铁8号线三期王府井站、前门站工程，以及正在研究的北京地铁R1线工程，结构底板埋深均达32 m之多，部分主体结构已进入微承压水层，所以标准站型将不适应这种埋深增大的情况。通过分析国内外地铁建设情况，认为开展适应深埋的新型化、多样化地铁车站的综合技术研究，对提高车站施工的可能性、提高施工设备利用率、降低房屋拆迁和管线改移对整个地铁工程实施的影响、降低工程风险、提高建设投资效益具有深远的意义。

国内对深埋地铁疏散的相关研究较少。史聪灵等利用深埋地铁车站模型，实验研究了列车停靠站台时发生火灾情况下火灾烟气蔓延的规律，分析了火灾烟气有效控制的方案，探讨了深埋地铁车站列车火灾防控的地铁设计必须解决的问题［1］。钟茂华等通过人员疏散动力学模型对深埋车站的人员疏散过程(1 200人)进行计算机模拟，研究突发事件时深埋站点内人员能否安全疏散［2］。钟茂华等还介绍了模型实验的设计，车站站台公共区大系统、轨顶排烟系统、轨底排烟系统、区间隧道排烟系统、测量系统设计等［3-4］。这些研究均强调了深埋地铁站中对于疏散问题的重视。但是，深埋地铁车站的站型是复杂而多变的。笔者旨在探讨新的深埋地铁站型的人员消防疏散计算问题，通过计算来验证和归纳深埋地铁站在建筑设计时应重视的设计要点。

2 深埋地铁车站建筑站型研究

2.1 深埋车站站型

方案设计的前提条件为:在北京地区建设的埋深约30 m(轨行区结构拱顶外皮至地面的距离)的车站;站台层与站厅层通过通道连接;设定列车为6A编组，有效站台长度为140 m;车站采用岛式站台形式，单侧的站台宽度为5 m;站台隧道左右间净距为1D(D为站台隧道开挖宽度)。

该种站型的建筑布局所遵循的原则，是将车站深埋部分的体量尽量缩小，采用小断面形式的车站，达到减小施工难度、降低施工造价和施工风险的目的。可采用两个左右线的站台，将线路标高无法抬升的站台层与站厅层分开设置，厅台通过专用斜通道连接。此站型的基本特点是:站台为两个独立的深埋隧道;浅埋外挂式站厅层根据周边用地条件的不同，可以采用明挖法或暗挖法施工。根据站台形式不同，车站站型又可设计为岛式车站、侧式车站(见图1、2)，还可以根据实际用地条件将站厅布置为端进式站厅或者外挂式站厅。

图1 分离岛式车站

图2 分离侧式车站

2.2 新型深埋车站布局方案

基于以上前提条件，对新型深埋地铁站型布置了两个建筑方案作为紧急疏散研究的车站模型。

方案1:站厅层与站台层分开，站厅层垂直设置在站台层的正上方(站厅层可采用明挖法、暗挖法施工)。站台层为两个单圆隧道，两隧道之间由联络通道联系。站台层设置两个扶梯通道直接联系站厅层，站厅层爬升高度假定为21.6 m，通道内为两部上行扶梯和一部下行扶梯。按北京市地方标准要求，扶梯提升高度超过13 m时扶梯高度分为两次提升。由于通道提升中没有转折设置，两部扶梯之间的水平段保持最短距离12 m，所以通道长度可设置为最短63 m(见图3)。同时利于疏散的考虑，在站台层中间位置设置一个梯段宽度为2.4 m的楼梯间和一个无障碍电梯间，方便乘客通行。

图3 深埋车站方案1剖面

方案2:站厅层与站台层分开，站厅层设置在站台层的斜上方(站厅层可采用明挖法、暗挖法施工)。外挂式站厅层可分为两层(含设备层)，或者在用地条件允许的情况下，站厅层与设备层同层设置。以外挂式站厅两层设计为例，方案中地下一层为设备层，地下二层为站厅层。站台层与站厅层的连接方式同方案1，不同之处在于此方案为满足站厅层在站台层侧上方设置的条件，需将扶梯通道做转折处理，转折通道长度为77.6 m(见图4)。在站台层中间位置同样设置一个梯段宽度为2.4 m的楼梯间和一个无障碍电梯间，均设置防烟前室。

图4 深埋车站方案2剖面

深埋地铁新站型与以往标准式厅台结合布置的站型相比，在建筑布局设计上有很多不同之处。站台层到站厅层的提升高度增加(普通两层车站的提升高度一般为5.1 m)，这样站台层到站厅层的疏散距离有所增加。车站埋深加大，导致人员疏散距离加长、疏散的难度加大、灭火救援的难度加大等一系列问题。疏散问题一直是地下空间设计的重中之重，深埋车站的建筑设计在考虑增加必要的通风排烟设施的基础上，更应该重视车站建筑的消防设计。

3 深埋地铁车站紧急疏散计算

对于深埋地铁新站型的紧急疏散验算，将按照GB 50157—2003《地铁设计规范》(以下简称“国标”)和即将颁布的北京市地方标准《城市轨道交通工程设计规范》(以下简称“地标”)两个规范的公式来进行计算。选取北京地铁8号线三期两座车站(一座为一般性客流的木樨园桥北站，另一座为客流较大的王府井站)的客流为例对新站型进行验算，试图找到新站型建筑布局中影响客流疏散的因素，进而对深埋地铁车站的建筑布局以及疏散设计提出要求。

3.1 紧急疏散计算(国标)

地铁车站失火成灾的时间很短。国标规定:“人行楼梯和自动扶梯的总量布置除应满足上、下乘客的需要外，还应按站台层的事故疏散时间不大于6 min进行验算。”［5］

3.1.1 木樨园桥北站的验算

以木樨园桥北站为例(见表1)，本站客流以商业客流为主，超高峰系数取1.3，高峰小时开行列车对数初、近、远期均为30对。

表1 木樨园桥北站远期(2040年)早高峰小时客流

按国标中的公式计算事故疏散时间如下:

式中:Q1——1列车乘客人数，本站为 26 436/30=882人;

Q2——站台上候车乘客人数，本站为(2 071+4 511)×1.3/30+10=296人;

A1——自动扶梯通过能力，本站为7 300/60=121.7 人/min·m;

A2——人行楼梯通过能力，本站为3 700/60=61.7 人/min·m;

N——自动扶梯台数，本站为6台;

B——人行楼梯总宽度，本站为2.2 m。

代入式(1):T=1+(882+296)/0.9［121.7(6 －1)+61.7 ×2.2］=1+1.76=2.76 min ＜6 min。

3.1.2 王府井站的验算

疏散计算中客流较大的车站以王府井站为例(见表2)。8号线王府井站与既有1号线换乘，且周边为大型商业建筑，以商业客流和旅游客流为主，因此本站超高峰系数取1.4，高峰小时开行列车初、近、远期均为30对。

表2 王府井站远期(2040年)早高峰小时客流

按国标中的公式进行计算，则

通过计算，深埋车站新方案可以满足紧急疏散要求，说明此种站型是成立的。

3.2 紧急疏散计算(地标)

地标规定:“车站公共区站台至站厅、站台至其他安全区的疏散楼扶梯和疏散通道的通过能力，应保证远期或客流控制期超高峰小时一列进站列车所载乘客及站台上的乘客在6 min内全部疏散至站厅或其他安全区域，乘客从站台楼扶梯口或通道口通过全部疏散设施的时间不应大于4 min。即高峰时段该站台上的候车乘客和进站列车所载乘客通过楼扶梯和疏散通道等安全出口的时间不得超过4 min，这是考核站台上所有安全出口通行设施能力的规定。”

地标针对上述条文还做出如下解释:“总的紧急疏散时间中考虑了最后一名乘客从站台楼扶梯口提升到站厅安全区所需要的时间Δt1。对层数超过三层的车站以及大深度的地下车站，由于楼扶梯提升时间对疏散总时间影响较大，因此必须考虑最后一名乘客从站台提升到站厅的时间 Δt1。”［6］这说明地铁疏散6 min以及4 min要求的制定考虑了车站埋深较大时的情况。接下来将对新站型的Δt1进行核算，以此衡量深埋地铁新站型能否满足地标的安全疏散要求。

地标较国标的疏散计算因素除考虑了扶楼梯的数目和客流因素外，还考虑了通道的长度以及疏散设施的匹配度因素。由于新站型的两个方案中通道长度不同，所以需针对两个方案分别进行计算。

3.2.1 木樨园桥北站

木樨园桥北站按地标中的公式［6］进行计算。

方案1:站厅层设置在站台层正上方。为使通道实现最短化，只需满足扶梯之间的间距要求即可。则

式中:Tz——疏散乘客从站台楼扶梯口或通道口通过所有疏散设施所需时间;

Tl——最后一名乘客从站台撤离到站厅或其他安全区所需时间;

Δt1——最后一名乘客从站台自动扶梯下的水平梯级口或楼梯口(疏散通道口)疏散到站厅或其他安全区所需时间;

Q1——远期或客流控制期高峰小时行车间隔内一列进站列车的客流断面流量，本站为26 436/30=882人;

Q2——远期或客流控制期高峰小时行车间隔内站台上候车的乘客总人数，本站为(2 071+4 511)/30=220人;

α——超高峰系数，本站为 1.3;

As——上行自动扶梯的通过能力，本站为121.7人/min;

Al——人行楼梯的通过能力，本站为61.7人/min;

Ns——上行自动扶梯总数，本站为4部;

Nx——下行自动扶梯总数，本站为2部;

Bl——站台上人行楼梯的总宽度，本站为2.2 m;

t1——离站台自动扶梯或楼梯(疏散通道)最近的列车车门的第一名乘客走到该自动扶梯水平梯级口或楼梯口(疏散通道口)所需的时间，本站为 19.71/60=0.33 min;

Lz——自动扶梯上基点与扶梯下第一步水平梯级之间的水平投影长度，本站为37.4 m;

Vz——自动扶梯名义速度，本站为 0.65×60=39 m/min。

另:站台乘客平均步行速度为60 m/min;站台上如果只设上行自动扶梯时，上行自动扶梯总数需减去一台检修扶梯，检修扶梯不参加疏散。则

由上可知，在方案1中，站台到站厅提升高度为21.6 m，通道长度最短为62 m，可满足紧急疏散要求。

方案2:站厅层设置在站台的斜上方，乘客需在通道内转折通行。则

通过计算得知:在本方案中，站台到站厅的提升高度同样为21.6 m、通道长度为77.6 m情况下，方案2中Tl较方案1多0.46 min，亦可满足紧急疏散要求。

3.2.2 王府井站

王府井站按新地标中的公式［6］进行计算。

方案1:站厅层设置在站台层正上方。则

通过代入王府井站客流计算，通道长度62 m，可满足紧急疏散要求。

方案2:站厅层设置在站台层的斜上方，乘客需在通道内转折通行。则

通过计算得知，在方案2中，站台到站厅提升高度同样为21.6 m、通道长度为77.6 m，在客流增加以及通道长度加长的情况下，紧急疏散时间满足不了规范要求。

4 结论

综上所述，将两座车站的客流代入两个深埋车站的新站型中，根据国标和新地标的疏散公式计算结果得知:首先，新站型的建筑形式是成立的，可以满足国标疏散的要求;其次，两个计算公式中均反映了客流与疏散设施的匹配度问题，当客流较大时需增加通行设施的数量以及缩短站厅层至站台层的距离来满足疏散要求;再次，通过北京新地标的公式计算，在两种站型通行设施数量相同的情况下，影响深埋车站人员疏散时间的两大因素是站厅至站台的距离和客流因素。

4.1 通道距离因素

地铁疏散中最后一名乘客从站台设施口提升到安全区域所需要的时间Δt1对是否满足疏散要求起着重要的作用，而对Δt1起决定作用的是从站台到安全区域的距离，即本方案中的通道距离。通道的距离因素又可分为水平长度及垂直高度两个因素。为使得Δt1时间最短，深埋车站在设计中应尽量减少连接站厅与站台通道的转折次数，即通道的长度L。在步行速度v=60 m/min一定的条件下，L越短，Δt1越小。

从楼扶梯设施的提升高度来看，提升高度越小，扶梯的投影长度越小，在扶梯速度39 m/min恒定的条件下，提升高度越小，Δt1越小。为使通道内扶梯提升高度减少，可将站厅层尽量靠近站台层标高设置，如可使车站设备层设置在站厅层上方，减少站台层至站厅层通道的提升高度。但如果站厅层埋深过低，会导致出入口提升高度大、通道长等问题。鉴于深埋地铁站出入口提升高度不宜大于18 m的限制，如站厅层设置在设备层上方，客流可先从扶梯输送到设备层这一安全区域再疏散到站厅。北京地标中对安全区域的定义为:封闭车站配备了事故通风系统的中央大厅以及能为站台乘客疏散提供保护的场所。如果地下车站站厅配备了事故通风系统，站厅可作为安全区。由此，可在设备区配置事故通风系统，或者在通道的中间部位根据人员的容纳数量设置一个配备了事故通风系统的区域，将此区域视为安全区域，乘客疏散至此即认为到达了安全区。

4.2 客流因素

在车站服务设施、建筑布局等一定的情况下，客流的增多势必增大服务设施的排队长度、排队人数、人员疏散密度等，使得人员疏散的时间增长，给车站的客流疏散组织、设施服务水平等带来更大的问题。

由以上客流疏散计算结果得知:在车站方案相同的前提下，王府井站由于客流较大，所以在第二个方案通道长度达77 m的情况下，不满足疏散6 min的要求。那么，在未来深埋车站的设计时，对于客流过大的车站应尽量不采用此类站型，以保证使用安全。在用地条件苛刻的车站，在客流量能满足计算要求的情况下，可以使用此类站型。

在方案前期，可以利用Tz公式对客流进行反证推导。首先需对公式中Δt1进行计算，进而用Tz进行反推演算，可以倒推出Q2站台需要疏散的人数以及对断面客流的预测。这样对本站客流的数值有一个初期的判断，可以作为深埋地铁车站设计的另一个依据。

5 结语

乘客在复杂的地下建筑空间内被疏散，不仅要受到其个人因素、客流密度的影响，同时车站内服务设施以及建筑方案设置也是影响车站疏散的重要因素。

以上对新站型的紧急疏散演算是基于现行地铁设计规范和即将颁布的北京地标的演算推导。随着轨道交通的发展，深埋地铁车站将具有更大的发展前景。为适应这一趋势，新的标准和规范也会随之出现。

根据目前国外地铁实例来分析:如伦敦地铁最早采用了深埋的圆形隧道，深埋地铁车站已经在普及推广建设。我国与之相比，轨道交通建设虽初具规模，但也存在差距，所以研究深埋地铁新案例将会促进我国对于深埋地铁站的新建设标准和技术要求的研究。轨道交通的发展要求不断开拓设计思路，使地铁车站不仅是一个运动的载体，更成为一个想象力不断生长的空间。

［1］史聪灵，钟茂华，涂旭炜，等.深埋地铁岛式站点火灾模型实验研究(2):列车火灾［J］.中国安全生产科学技术，2006，2(2):14-18.

［2］钟茂华，史聪灵，涂旭炜，等.深埋岛式地铁车站突发事件时人员疏散模拟研究［J］.中国安全科学学报，2007，17(8):20-25.

［3］钟茂华，史聪灵，涂旭炜，等.深埋地铁岛式站点火灾模型实验研究(1):实验设计［J］.中国安全生产科学技术，2006，2(1):3-9.

［4］史聪灵，钟茂华，涂旭炜，等.深埋地铁岛式站点火灾模型实验研究(3):站台火灾［J］.中国安全生产科学技术，2006，2(3):33-38.

［5］GB 50157—2003地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003:43.

［6］北京市规划委员会和交通委员会.城市轨道交通工程设计规范［S］.北京，2013:103.

Study on Human Evacuation Calculation During Urgency in Deeply Buried Metro Station

Zhang Huan
(Beijing Rail and Transit Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100089)

Abstract:The new station type of deep buried underground was put forward.The calculation of emergency evacuation was carried out，through which the main points which should be paid attention to in deep buried underground architectural design in subway station was verified and concluded.According to the national standard and the new landmark of evacuation formula to calculate，the two station passenger flow was put into two types of new buried deep station＇s formula.The results showed that:first，the new stations of architectural form are acceptable，which can meet the requirements of national standards for evacuation;secondly，two formulas reflect the compatibility problem of passenger flow and the evacuation facilities.When the passenger flow is bigger，the number of traffic facilities should be increased，and the distance of station hall layer to the platform should be shortened to meet the requirements of evacuation;thirdly，through the new landmark of Beijing formula，under the same conditions of traffic facilities，it is found that what affects deep station evacuation time lies in two factors:distance between standing hall and passenger flow on platform.

Key words:deeply buried metro station;human evacuation;urgency evacuation calculation

U231+.4

A

1672-6073(2014)01-0019-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.006

收稿日期:2013-06-17

2013-08-09

作者简介:张欢，女，工程师，硕士，从事轨道交通建筑设计工作，zhanghuan0317@163.com

北京市科学技术委员会(Z121100005412005)

(编辑:曹雪明)