李 艳，徐银光，叶 新

（1.中国中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院，四川成都 610031；2.西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都 610031）

1 引言

随着我国城市化进程的加快，行车拥堵、交通事故、环境污染等问题给现有地面交通带来了前所未有的挑战。中低速磁浮交通技术是世界轨道交通的前沿技术。作为一种新型的城市中低运量轨道交通运输工具，中低速磁浮交通正以其非接触式运行方式及其在安全、舒适、环保、经济、技术、线路适应性等方面的优势，引领着城市轨道交通的发展方向，受到越来越多城市的青睐[1]。

中低速磁浮系统利用相对设置的车载 U 型电磁铁与轨道F型钢轨，在励磁电流的作用下产生相互电磁吸引力，以实现电磁悬浮支撑与导向。由于通常需要采用高架轨道型式[2-3]，因此为该系统的乘客紧急疏散和应急救援方式设计带来了全新挑战。目前国内已运营的高架轨道交通系统（如上海高速磁浮系统、重庆跨座式单轨系统、长沙中低速磁浮示范线等）的疏散方式主要有横向、垂向和纵向救援 3 种[4-5]。这些疏散方式都需要乘客首先从不安全状态下的列车内疏散离开，因此如何使列车设计满足乘客快速离开的需求，对整个疏散过程至关重要。本文基于国内现有某型磁浮列车设计特点，研究列车的关键参数设置对疏散能力的影响，为中低速、中速磁浮列车设计提供理论依据。

2 磁浮列车疏散模型

2.1 Anylogic 疏散模型

本研究中乘客疏散仿真模型主要选用国际通用的 Anylogic 疏散模型[6-8]。Anylogic 是俄罗斯 XJ Technologies 公司研发的复杂系统仿真软件，是一款应用广泛，能够对离散、连续和混合系统建模仿真的软件。在中低速磁浮车辆的疏散仿真里，致力于模拟特定环境中的乘客疏散情况，而 Anylogic 的乘客库（Pedestrian Library）可以在建筑物（如车站、商场）或街道上建立乘客密集地，能较好地实现仿真要求。乘客库提供了多种乘客仿真模块，可方便快速地建立乘客仿真流程图，并根据乘客库建立的模型对疏散时间、乘客密度等进行统计。乘客库采用社会力模型算法，可精确模拟人物心理对行动的影响。软件提供模板式结构，用户可从模板库已有模型中将所需对象拖拉到工作空间中，并对这些模型对象的属性和相互间的关系进行设置，建模过程直观快捷。

Anylogic 仿真建模主要包括环境和行为两部分内容。仿真环境依据导入的仿真比例图绘制，包括墙体（Walls）、等待区域（PedWait Area）、服务区域（PedService Area）等。乘客行为需要依据乘客在仿真环境中经历的先后顺序，结合乘客库模块（如乘客源（PedSource）、乘客服务（PedService）、乘客移动（PedGoto）、乘客消逝（PedSink））建立流程图来实现。最后通过结构模块（PedConfiguration）和场地对象模块（PedGround）将环境与行为联系在一起，形成一个基本的乘客仿真环境。

2.2 磁浮列车模型

本研究的列车模型选用目前国内较为常用的 3 编组中低速磁浮列车系统，各节车辆之间相互贯通，列车模型如图1所示。每节车单侧设置 2 个车门，车门开度1  300  mm。车门从 1 号车开始编号，依次为车门 1～6。

列车疏散场景是指列车在超员载客情况下，车内突发紧急情况或列车出现故障，所有乘客均需从车内离开至车站、救援列车上或者沿线的疏散平台上。疏散过程是指从疏散信息发出至最后一名乘客疏散出列车的整个过程。疏散时间是反映疏散能力的关键量化指标，包括乘客在列车内的预反应时间、走行时间和等待时间 3 部分，仿真结果为这 3 部分内容之和。

图1 磁浮列车模型

2.3 疏散人员模型

本文参照国内某型磁浮列车的实际载客情况确定了模型中的乘客数量（表1）。仿真模型中暂不考虑乘客性别、年龄差异，着重考虑乘客的疏散速度和肩宽。

表1 列车载客情况 人

我国成人的肩宽一般在 0.35～0.5  m 之间，考虑乘客身体厚度及其在客室内的身体转动等因素，疏散模型中乘客所占空间按均匀分布设定，即设置乘客直径参数为uniform（0.4，0.45）m。乘客行走速度亦服从均匀分布，初始速度设置为默认值 uniform（0.3，0.7）m/s。当发生紧急情况时，人行走的速度会加快，通常设为默认值的 2 倍，即设置紧急情况下乘客的期望速度为 uniform（0.6，1.4）m/s。

3 列车疏散能力影响因素分析

通常，人员疏散方式、疏散路径、疏散通道、可用疏散空间等都影响着列车疏散能力。对于中低速磁浮列车而言，客室内座椅布局方式、疏散路径、车门布局、车门开度、全列贯通型式、可用车门数等都影响着单节车辆的疏散能力，进而影响整列车的疏散能力。

3.1座椅布局方式

目前，国内城市轨道交通列车的座椅布局主要有 2种，分别是纵列式布局（地铁系统选用）和横纵组合式布局（国内某型磁浮列车选用），如图 2 所示。文中针对中间车同一事故点工况，开展了超员情况下不同座椅布局方式对列车疏散能力影响的仿真研究。

图2 不同座椅布局的单节车厢平面图

图 2 中，①②表示中间车厢与其他车厢连接的贯通道，③④表示车厢客室门，⑤表示车厢中间行李架位置。

假设当中间车左侧发生紧急事件时（如火灾等），左侧贯通道不能通行，乘客只能通过右侧贯通道和2 个客室门离开车厢。文中对每种工况进行了 20 个数据采集，统计结果如图 3 所示。

图3 不同座椅布局的疏散时间对比图

对于中间车，横纵组合式座椅布局车辆的平均疏散时间为 57.3  s，纵列式座椅布局车辆的平均疏散时间为61.55  s。可见，在可用疏散途径相同且乘客数量相同的情况下，横纵组合式座椅布局的车辆疏散速度更快。

对于横纵组合式座椅布局车辆，因车辆中部过道较窄，乘客都集中站立在车厢两端离车门较近的位置，当发生意外情况时，乘客可快速疏散；对于纵列式座椅布局车辆，其车辆中部过道较宽，可站立较多乘客，但乘客离车门相对较远，且当座椅乘客站起来行走时，易形成拥挤冲突，因此疏散时间比横纵组合布局方式的疏散时间长。

3.2 乘客数

基于国内某型磁浮列车采用的横纵组合式座椅布局，分析了不同载客量（定员和超员）情况下的疏散用时，结果如图 4 所示。由图可知，定员 107 人的情况下平均疏散时间为50  s，超员 157 人的情况下平均疏散时间为 57.3  s。在可用疏散途径相同且座椅布局相同的情况下，乘客人数越少，拥挤冲突也越少，因此定员情况下的疏散速度更快。

图4 不同载客量的疏散时间对比图

3.3 客室门可用状况

从疏散角度出发，当紧急事件发生后，乘客可选择的疏散路径越多，疏散的效率会越高。客室门可使用的数量影响整体的有效疏散宽度，客室门的位置影响乘客的疏散路径长短。文中主要讨论列车超员时，客室门不同可用状况对疏散时间的影响。表2 为各工况下的客室门使用状况及其疏散模拟结果。

表2 不同客室门可用状况及其疏散模拟结果

（1）工况 1 定义为有 5 个客室门可供乘客疏散，即 1 个客室门处有火源，包括 2 种情况：头车 1 个客室门有火源，中间车 1 个客室门有火源（图 5）。

图5 工况1火源位置示意图

（2）工况 2 定义为有 4 个客室门可供乘客疏散，即 2 个客室门处有火源，包括 4 种情况：①一头车 2 处火源；②中间车 2处火源；③头车和中间车各 1 处火源；④两头车各1处火源（图 6）。

（3）工况 3 定义为有 3 个客室门可供乘客疏散，即 3 个客室门处有火源，包括 3 种情况：①各节车厢分别有 1 处火源；②头车 2 处火源，中间车 1 处火源；③头车 1 处火源，中间车 2 处火源（图 7）。

图7 工况3火源位置示意图

（4）工况 4 定义为有 2 个客室门可供乘客疏散，即 4 个客室门处有火源，包括 3 种情况：①一头车和中间车各 2 处火源；②一头车 2 处火源，另一头车 1 处火源，中间车 1 处火源；③两头车各1 处火源，中间车 2 处火源（图 8）。

（5）工况 5 定义为仅有1个客室门可供乘客疏散，包括 2 种情况：头车有 1 个门可疏散，中间车有 1 个门可疏散（图 9）。

根据表2 可知，伴随可用客室门数量的减少，乘客可使用的总客室门有效宽度减小，单位时间内通过客室门的总人数减少，且乘客在车门附近排队等待的时间增加，从而导致总疏散时间增加。

进一步分析表2 可知，在可用客室门数量相同而位置分布不同的工况下，疏散时间有一定差异。这主要取决于乘客在车内从初始位置走行至可用车门的距离。乘客越靠近可用车门，越能快速疏散出列车，且对其他乘客的拥挤或排队影响越小，整体疏散时间就越短。

图8 工况4火源位置示意图

图9 工况5火源位置示意图

3.4 客室门尺寸

当可正常使用的客室门数量一定时，客室门尺寸即是影响疏散时间的关键，客室门开度大小决定了乘客疏散的有效宽度。中低速磁浮系统的区间疏散主要依靠轨旁疏散平台，相比于客室门尺寸，疏散平台栏杆的型式和尺寸才是决定乘客在区间横向疏散的关键，这也正是中低速磁浮系统疏散的特殊性所在。为了便于对区间横向疏散的影响因素进行分析，文中假定疏散平台栏杆尺寸与客室门尺寸相当，即当客室车门打开时，乘客可以直接通过栏杆通行至疏散平台。

文中针对 1 个车门处出现紧急事件的情况，开展了 5 种宽度尺寸对疏散时间的影响分析，分析结果见表3。

表3 不同客室门尺寸对应的平均疏散时间

由表3可知，当客室门尺寸在 500  mm 以内时，乘客会在客室门处拥堵形成疏散瓶颈，通行速度很慢。仿真中还出现乘客无法完全疏散，一直在车门处徘徊，导致疏散时间不收敛的情况（图 10）。

图10 乘客在客室门处无法完全疏散情况示意图

客室门尺寸为 550  mm 时，乘客可正常进行疏散，与最大尺寸1  300  mm 时的疏散时间相差 126.6  s。当客室门尺寸为 650  mm，即为1 300  mm 的一半时，乘客疏散时间与尺寸为 1  300  mm时的疏散时间相差 19.45  s。因此，随着客室门尺寸增大，乘客疏散时间减少；当客室门尺寸增至 650  mm 及以上时，疏散时间的差距不明显。

3.5 端门设置

在列车 2 个端部设置端门，当紧急情况发生时，乘客可穿过司机室并通过端门疏散至救援列车或其他安全区域。文中根据不同的客室门可使用数量，比较有无端门情况下的疏散时间，其中司机室门和端门尺寸分别设定为 800  mm（既有结构）和 650  mm（参考其他轨道交通方式），仿真结果如表4 所示。

表4 端门设置对疏散时间的影响

可见，随着可用客室门数量的减少，无端门与有端门的平均疏散时间的差值逐渐增大（图 11），列车端门的重要性越来越明显。

图11 有无端门平均疏散时间差值趋势图

3.6 司机室门尺寸

乘客在向端门疏散的过程中必须途经司机室门，因此司机室门尺寸亦会影响通过能力，仿真结果如表5 所示。

可见，随着可用客室门数量的减少，不同司机室门尺寸对应的平均疏散时间的差值将逐渐增大（图 12），即较大尺寸的司机室门更有利于快速疏散。

图12 不同司机室门尺寸下平均疏散时间差值趋势图

表5 司机室门尺寸对疏散时间的影响

4 结论

通过对中低速磁浮列车的疏散能力进行仿真，发现客室内的座椅布局方式、乘客数量、客室门可用状况、客室门尺寸、端门设置及司机室门尺寸等都是影响磁浮列车疏散能力的主要因素：

（1）横纵组合式座椅布局车辆的疏散能力较纵列式座椅布局车辆更优，且乘客数越多，此优势越明显；

（2）在可用疏散途径和座椅布局（横纵组合式）相同的情况下，乘客人数越少，拥挤冲突越少，车辆疏散能力越好，乘客疏散速度越快；

（3）在座椅布局和乘客人数相同的情况下，疏散可用的客室门数越少，疏散时间越长，且因客室门位置分布的不同，疏散时间有一定差异；

（4）当疏散平台栏杆可用于疏散的尺寸与客室门尺寸相当、座椅布局和乘客人数相同的情况下，客室门尺寸越大，乘客疏散时间越少；且当客室门尺寸增至650  mm 及以上时，疏散用时之间的差距将不断缩短；

（5）当可用疏散客室门数量不断减少时，列车端门的重要性不容忽视，且司机室门尺寸越大，疏散能力越强。

从中低速磁浮列车疏散的角度出发，既有的横纵组合式座椅布局、定员配备、客室门尺寸设置和司机室门尺寸设置是合理的。若要进一步提高中低速磁浮列车的疏散能力，可考虑增设通行宽度不小于 650  mm 的列车端门并提高列车车门的可靠性，保证紧急情况下列车车门可用数达 85% 以上，即保证有 5 个可用客室门。为充分保证各种紧急情况下的列车疏散能力，车辆制造厂商还需进一步借鉴地铁等城市轨道交通方式的设计经验和工程运营经验，综合考虑各类疏散结构和措施，以确保中低速磁浮交通系统最优的疏散能力。

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