張 強(qiáng) 王孔明 張茂帆 王伯銘 李天一 楊文銳

懸掛式單軌列車乘客區(qū)間緊急疏散方案研究

張 強(qiáng) 王孔明 張茂帆 王伯銘 李天一 楊文銳

介紹懸掛式單軌交通系統(tǒng)的特點(diǎn)，并結(jié)合國(guó)外懸掛式單軌交通系統(tǒng)成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)懸掛式單軌交通系統(tǒng)的救援疏散方法進(jìn)行分析。對(duì)幾種主要的疏散方式進(jìn)行疏散時(shí)間的計(jì)算分析，最后提出了懸掛式單軌交通系統(tǒng)的區(qū)間緊急疏散方案。

懸掛式單軌交通系統(tǒng)；列車；緊急疏散；疏散時(shí)間

0 引言

懸掛式單軌交通系統(tǒng)，通過(guò)車輛懸吊在軌道梁下方實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)行駛。懸掛式單軌交通將地面交通移至空中，充分利用了城市空間，節(jié)省了寶貴的地面道路交通資源，另外，還具有安全可靠、運(yùn)行噪聲低、投資低、可移植性強(qiáng)、工期短等優(yōu)點(diǎn)。自1901年德國(guó)烏帕塔爾市建成世界上首條線至今，已在德國(guó)、日本得到了成熟的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的城市也對(duì)該系統(tǒng)表現(xiàn)出廣泛興趣，已有上海、合肥、石家莊、濟(jì)南、武漢、青島、蘇州、洛陽(yáng)、貴陽(yáng)、溫州、沈陽(yáng)、天津、鄭州等城市對(duì)懸掛式單軌交通進(jìn)行了前期研究或正進(jìn)行可行性論證。這些城市對(duì)該系統(tǒng)如何組織有效的乘客區(qū)間緊急疏散提出較多疑問(wèn)，因此，研究區(qū)間乘客疏散問(wèn)題顯得越來(lái)越迫切。

1 懸掛式單軌交通系統(tǒng)概述

與地鐵、輕軌等城市軌道交通系統(tǒng)構(gòu)成類似，懸掛式單軌交通系統(tǒng)主要由車輛、供電、信號(hào)、通信、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、車站、區(qū)間結(jié)構(gòu)（橋梁）、車輛基地等構(gòu)成。與一般的城市軌道交通相比，懸掛式單軌交通的特殊性，主要反映在車輛懸吊于軌道梁下方，車輛離地高度約5 m，在特殊路段，車凈空高度可以達(dá)到10 m左右（圖1）。

圖1 懸掛式單軌交通懸吊示意圖 （單位：m）

懸掛式單軌交通這種獨(dú)特的交通系統(tǒng)最初起源于德國(guó)，當(dāng)前世界上懸掛式單軌系統(tǒng)運(yùn)用比較成熟的國(guó)家主要是日本和德國(guó)。日本共建成3條線，總長(zhǎng)約22.11 km；德國(guó)建成3條線路，總長(zhǎng)約19.85 km。

懸掛式單軌交通的系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)，決定了無(wú)法利用軌道梁進(jìn)行快速疏散，也無(wú)條件鋪設(shè)疏散平臺(tái)；另外，列車懸空離地高度約5 m，也不便于乘客直接快速由車內(nèi)直接疏散到地面。這就造成該系統(tǒng)的區(qū)間緊急疏散較地鐵、輕軌等其他城市軌道交通系統(tǒng)困難和復(fù)雜得多。

2 懸掛式單軌交通系統(tǒng)的區(qū)間緊急疏散方式

按照傳統(tǒng)軌道車輛的普遍特點(diǎn)來(lái)分析，懸掛式單軌交通系統(tǒng)車輛可能會(huì)出現(xiàn)因?yàn)檐囕v故障或者是線路故障而無(wú)法前進(jìn)的情況，結(jié)合日本、德國(guó)等懸掛式單軌交通系統(tǒng)的疏散方案分析，主要有列車自救疏散、救援列車救援疏散、地面救援疏散等3類區(qū)間緊急疏散方式[1]。

2.1 列車自救疏散法

2.1.1 列車自身動(dòng)力運(yùn)行到鄰近車站進(jìn)行緊急疏散

當(dāng)隨車司機(jī)發(fā)現(xiàn)車輛故障或者是收到災(zāi)情通知時(shí)，當(dāng)列車可以繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)候，盡快將列車行駛至最近的車站，指揮并引導(dǎo)車上乘客盡快離開(kāi)車輛，疏散到車站；當(dāng)列車失去動(dòng)力時(shí)，盡可能利用線路的坡度，將列車滑行至鄰近車站，疏散乘客[2]。從日本和德國(guó)的現(xiàn)有線路來(lái)看，站間距一般在600～800 m之間，故障列車行駛至最近車站的時(shí)間一般在1～2 min。這種疏散方法適用于車輛沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的故障，可以繼續(xù)行駛或者是滑行，并且繼續(xù)行駛不會(huì)加重事故。

2.1.2 逃生筒疏散

在列車司機(jī)室地板面留有1個(gè)逃生窗，平時(shí)逃生窗關(guān)閉，當(dāng)車輛發(fā)生事故需要疏散乘客時(shí)，司機(jī)將地板面上的逃生窗打開(kāi)，將平時(shí)存放在司機(jī)室內(nèi)部的逃生筒放下，乘客通過(guò)逃生筒依次下降至地面（圖2）。逃生筒由軟繩和布料編織而成，平時(shí)可以收納于司機(jī)室地板下方，發(fā)生事故時(shí)，可以由司機(jī)展開(kāi)，同時(shí)地面救援人員協(xié)同調(diào)整逃生筒位置和傾斜角度，協(xié)助乘客逃生。

圖2 逃生筒救援示意圖

2.2 其他列車救援疏散

2.2.1 縱向法

（1）救援列車或工程車牽引故障車至鄰近車站。當(dāng)列車在區(qū)間發(fā)生故障，并且不能自主行駛時(shí)，可以出動(dòng)鄰近的列車或工程車通過(guò)車鉤與故障列車聯(lián)掛（圖3），將事故列車牽引至最近的車站，盡快疏散乘客。工程車一般采用內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)或蓄電池供電，以此避免出現(xiàn)線路斷電時(shí)，救援車無(wú)法完成救援。

圖3 工程車/救援列車牽引故障車

（2）乘客通過(guò)端門疏散至同車道救援列車。當(dāng)列車在區(qū)間發(fā)生故障，并且完全不能前進(jìn)時(shí)，同一線路上的救援車從故障列車前部或者是尾部接近故障列車，在前后車司機(jī)的協(xié)同下，救援列車停在合適的位置。前后車司機(jī)通過(guò)旗語(yǔ)或者是信號(hào)燈交流信息，當(dāng)救援列車停在合適位置時(shí)，前后車司機(jī)打開(kāi)司機(jī)室前側(cè)的逃生門，并將車上帶有保護(hù)欄桿的渡板向外伸出，形成逃生通道。乘客在司機(jī)的指揮下，通過(guò)逃生通道疏散至救援列車內(nèi)，然后救援列車行駛至最近車站，引導(dǎo)乘客疏散。構(gòu)建逃生通道用的渡板平時(shí)放在司機(jī)室內(nèi)，此種方法適用于單線線路。圖4為救援過(guò)程的示意圖，圖中箭頭為乘客疏散方向。

圖4 縱向救援法

2.2.2 橫向法

在復(fù)線區(qū)間的線路上，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障不能夠繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，平行線路上的救援列車將車站上備用的橫向渡板帶至事故現(xiàn)場(chǎng)，救援列車停在故障列車一側(cè)。并將列車之間的側(cè)門位置打開(kāi)一定的寬度，把渡板伸出車廂側(cè)門，構(gòu)成帶扶手的救援通道，乘務(wù)人員指揮乘客通過(guò)救援通道疏散到救援列車。這種救援方式適合復(fù)線的線路。救援過(guò)程的示意圖如圖5所示，圖中箭頭為乘客的疏散方向。

2.3 地面救援

在車輛段配備救援用汽車（圖6）或利用社會(huì)消防部門配置的消防云梯等設(shè)備，當(dāng)懸掛式單軌車輛出現(xiàn)故障停留在車站之間，乘客不能疏散時(shí)，并且停車地點(diǎn)下方有公路，救援汽車可以行駛至事故地點(diǎn)，將乘客疏散至地面。1個(gè)車輛段可以配置若干輛救援用汽車或者在發(fā)生事故時(shí)請(qǐng)求消防部門的支援，由此加快乘客的疏散過(guò)程，縮短疏散時(shí)間。

圖5 橫向救援法

圖6 救援用汽車

3 幾種主要救援方式疏散時(shí)間計(jì)算

疏散時(shí)間和采用的疏散方式直接相關(guān)。疏散總的時(shí)間一般由以下兩部分組成：一部分是等待救援時(shí)間或運(yùn)行時(shí)間，即乘客等待救援時(shí)間或列車運(yùn)行到鄰近站疏散的運(yùn)行時(shí)間，這是間接耗時(shí)；另一部分是乘客的直接疏散耗時(shí)。

以日本千葉懸掛式單軌交通車輛為分析對(duì)象，對(duì)比分析幾種不同的疏散方法所用的疏散時(shí)間的差異。圖7為車輛的平面圖。車體縱向長(zhǎng)度為A，側(cè)門寬度為B，車體寬度為C，端門寬度為D。端門位于司機(jī)室前部，每1輛車每側(cè)有2個(gè)側(cè)門，司機(jī)室內(nèi)地板面右側(cè)設(shè)有1個(gè)逃生窗口。

圖7 懸掛式單軌列車平面圖

按照文獻(xiàn)[3～4]綜述，乘客通過(guò)車門疏散時(shí)會(huì)發(fā)生堵塞，通過(guò)出口的流量為：

公式（1）、（2）中：v0是人員的平均行走速度，m/s；s0是人員密度，人/m2；w0是逃生出口的有效寬度，m。

2輛車輛編組的定員W為156人，車輛面積S=A ? C，此處A和C取值分別為14.8 m與2.38 m；由此得到車內(nèi)人員密度為：

根據(jù)Predtechenskii和Milinskii的研究[5]，緊急情況下，人的行走速度為：

將s0數(shù)值帶入公式（3）中，得到人員疏散速度v0為0.567 m/s。

按照文獻(xiàn)[6]的論述，一般情況下，門單側(cè)的邊界寬度為0.1m。逃生出口的實(shí)際有效寬度w0由門寬減去門兩側(cè)的邊界寬度。不同救援逃生方式逃生時(shí)間的區(qū)別就在于出口的數(shù)量和每個(gè)出口的寬度。

3.1 列車自身動(dòng)力運(yùn)行到鄰近站疏散時(shí)間計(jì)算

懸掛式單軌交通系統(tǒng)一般站間距約600～800 m，平均運(yùn)行速度約25 km/h，當(dāng)列車發(fā)生故障時(shí)，自身動(dòng)力能夠運(yùn)行到鄰近站，一般需耗時(shí)2 min左右。

當(dāng)列車停靠鄰近站，全列車靠站臺(tái)一側(cè)4個(gè)側(cè)門全部打開(kāi)，乘客直接向站臺(tái)疏散，側(cè)門寬度B約1.3 m，根據(jù)公式（1）、（2），可以計(jì)算直接疏散時(shí)間約28 s。

因此，列車通過(guò)自身動(dòng)力運(yùn)行到鄰近站進(jìn)行疏散總的時(shí)間：2 min+28 s=148 s。

3.2 列車逃生筒疏散計(jì)算

首先需要列車員打開(kāi)相關(guān)設(shè)備并下到地面組織有序疏散，一般耗時(shí)約2 min。需考慮單個(gè)乘客排隊(duì)滑到地面后，后續(xù)乘客才能通過(guò)逃生筒滑行，以確保乘客安全，按車輛離地垂直高度約5 m，參照自動(dòng)扶梯的規(guī)定，逃生筒傾斜角30°，乘客滑行速度0.9 m/s，則千葉線2輛編組全列車定員156人全部疏散耗時(shí)為：156×5/sin30°/0.9=1 733 s。

因此，列車逃生筒疏散總耗時(shí)：2 min+1 733 s=1 853 s。

3.3 端門疏散時(shí)間計(jì)算

懸掛式單軌交通系統(tǒng)一般最小行車間隔約3 min，平峰時(shí)段行車間隔一般約6 min。故障車自身動(dòng)力無(wú)法支持繼續(xù)運(yùn)行，等待鄰近列車救援的等待時(shí)間幾乎與行車間隔相當(dāng)。

故障列車上的乘客通過(guò)列車司機(jī)室前部的端門逃生到同一線路上的救援列車。參照日本千葉線單軌列車的參數(shù)，端門的寬度為D為0.67 m，由此得到w0=0.47 m，將w0、s0、v0帶入公式（1）和（2）中，得到2輛編組的列車通過(guò)端門疏散的時(shí)間約為265 s。

因此，高峰時(shí)段，端門疏散總耗時(shí)為3 min+265 s=445 s；平峰時(shí)段，端門疏散總耗時(shí)為6 min+265 s=625 s。

3.4 側(cè)門疏散時(shí)間計(jì)算

故障車等待鄰近列車出動(dòng)救援的等待時(shí)間與端門逃生等待時(shí)間相當(dāng)。

在復(fù)線線路，乘客通過(guò)故障列車和救援列車側(cè)門之間的逃生通道，疏散至救援列車。在實(shí)際的使用情況中，通過(guò)側(cè)門進(jìn)行救援時(shí)，側(cè)門并不能夠完全打開(kāi)，側(cè)門打開(kāi)的寬度與救援用跨板的寬度一致，此處取逃生跨板的寬度為0.8 m。由此得到，逃生出口的有效寬度為w0=0.6 m，將w0、s0、v0帶入公式（1）和（2）中，得到2輛編組的列車通過(guò)側(cè)門逃生時(shí)間208 s。若采用2個(gè)側(cè)門同時(shí)逃生，則逃生時(shí)間會(huì)減少一半，即104 s。

因此，1個(gè)側(cè)門疏散總耗時(shí)：

高峰時(shí)段為3 min+208 s=388 s；平峰時(shí)段6 min+208=568 s。

2個(gè)側(cè)門疏散總耗時(shí)：

高峰時(shí)段為3 min+104 s=284 s；平峰時(shí)段6 min+104=464 s。

3.5 地面救援疏散時(shí)間計(jì)算

根據(jù)社會(huì)消防力量配置原則，出動(dòng)云梯、消防車等趕到現(xiàn)場(chǎng)一般約5 min。

云梯單次可承載5人，以1.5 m/s的速度運(yùn)至地面，考慮列車離地高度約5 m，則2輛編組列車總定員156人完成到地面疏散直接耗時(shí)為156/5×5×2/1.5=208 s。

因此，地面救援疏散總耗時(shí)為5 min+208 s=508 s。

不同條件下的疏散總耗時(shí)如表1所示。

表1 不同疏散方式總耗時(shí)比較

通過(guò)表1可知：

（1）在各種疏散方式總耗時(shí)的比較中，列車自身動(dòng)力運(yùn)行到鄰近站總耗時(shí)最小，疏散最方便快捷。

（2）在各種疏散方式的直接疏散耗時(shí)中，站臺(tái)疏散耗時(shí)最小，其次是2個(gè)側(cè)門疏散。

（3）逃生筒疏散方式耗時(shí)最多，疏散效果最差。但相對(duì)于救援列車或社會(huì)救援，等待救援時(shí)間要短些，可在一定程度上降低疏散壓力。

（4）各種疏散方式的等待時(shí)間均不低于2 min，對(duì)于火災(zāi)等極端情況下，乘客安全保障壓力較大。

4 懸掛式單軌交通區(qū)間緊急疏散方案

通過(guò)前面對(duì)各種疏散方式總耗時(shí)的比較分析，提出適用的區(qū)間緊急疏散方案如下。

（1）區(qū)間緊急疏散體系由列車自救疏散、其他列車救援進(jìn)行緊急疏散、地面救援疏散3類疏散方法有機(jī)組成，相互配合補(bǔ)充。為達(dá)到完善的疏散方案，列車應(yīng)配置端門及渡板、側(cè)門渡板、逃生筒等，并應(yīng)具有較強(qiáng)的故障運(yùn)行能力和較高的耐火性能。

（2）提高列車的耐火性能和故障運(yùn)行能力，優(yōu)先滿足自身動(dòng)力運(yùn)行到鄰近車站疏散的要求。

（3）在自身動(dòng)力無(wú)法滿足運(yùn)行到鄰近車站的情況下，在離地高度適中，且便于人員疏散到地面時(shí)，優(yōu)先啟動(dòng)逃生筒逃生，同時(shí)出動(dòng)鄰近列車進(jìn)行救援。

（4）在自身動(dòng)力無(wú)法滿足運(yùn)行到鄰近車站的情況下，在離地高度適中，但不便于人員直接通過(guò)逃生筒疏散到地面時(shí)，應(yīng)呼叫社會(huì)地面救援疏散，同時(shí)出動(dòng)鄰近列車進(jìn)行救援。

（5）在自身動(dòng)力無(wú)法滿足運(yùn)行到鄰近車站的情況下，在離地高度較高，且不便于人員疏散到地面時(shí)，應(yīng)等待其他列車救援疏散。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)懸掛式單軌交通系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析計(jì)算了各種常用疏散方式的疏散時(shí)間，并提出了初步的疏散方案。下一步應(yīng)結(jié)合具體工程進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并對(duì)提高列車的耐火性能進(jìn)行深入研究，以確保車載乘客等待疏散過(guò)程中的安全。

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責(zé)任編輯 冒一平

Study on Passenger Emergency Evacuation Plan for Suspended Monorail Train in Section

Zhang Qiang, Wang Kongming, Zhang Maofan, et al.

The paper makes introduction on characteristics of suspended monorail. With the successful operation experience of suspended monorail system abroad, rescue and evacuation methods for suspended monorail system are analyzed. The calculation and analysis on evacuation time for several major evacuations are conducted. In final part it puts forward the evacuation plans for emergency evacuation in section for suspended monorail.

suspended monorail, train, emergency evacuation, evacuation time

U232∶U298

2015-06-10

張 強(qiáng)：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，四川成都 610031