樞紐型航站樓復(fù)雜客流疏散路徑研究

文/邊超凡 桑琮輝 鄭文杰 張峰華 紀(jì)承壯

根據(jù)鄭州新鄭機(jī)場(chǎng)T2航站樓的實(shí)際情況，結(jié)合復(fù)雜客流、疏散路徑、人流擁堵區(qū)塊等因素，采用Pathfinder仿真軟件從建筑結(jié)構(gòu)空間布局的角度對(duì)其大廳進(jìn)行人員疏散仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明：通過(guò)分析其疏散通道的空間結(jié)構(gòu)，得出在緊急情況下3樓候機(jī)大廳會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)人員擁堵區(qū)塊；在民用機(jī)場(chǎng)航站樓設(shè)計(jì)防火規(guī)范內(nèi)，修改其位置的安全逃生通道出口的具體尺寸后，人流量及在緊急情況下人員在其出入口的區(qū)塊人流密度系數(shù)有降低，提高了人員流動(dòng)能力，降低了人員滯留時(shí)間，提高了人員疏散能力，提出了1針對(duì)新鄭機(jī)場(chǎng)T2航站樓的疏散路徑的具體優(yōu)化方案。航站樓的建設(shè)推動(dòng)了航空業(yè)的發(fā)展，隨著我國(guó)綜合國(guó)力日益強(qiáng)大，航站樓建設(shè)也愈發(fā)繁榮，港內(nèi)人流量與日俱增。樞紐型航站樓建筑規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密集等特點(diǎn)給突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，大型建筑的疏散特點(diǎn)對(duì)綜合疏散技術(shù)的研究及設(shè)計(jì)建造提出了更高要求。對(duì)此，本文以鄭州新鄭T2航站樓為研究背景，以火災(zāi)為緊急事例，通過(guò)人員調(diào)查數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立疏散模型，測(cè)算其最短疏散路徑、時(shí)間及最大疏散能力，找出空間內(nèi)擁堵位置并提出相關(guān)優(yōu)化研究方案。

1.航站樓通道疏散能力影響分析

機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳內(nèi)的人流密度具有時(shí)間差異性，屬于相對(duì)封閉的空間，疏散出口相對(duì)狹窄，由于乘客的習(xí)慣行為和從眾心理，一旦發(fā)生火災(zāi)或其他突發(fā)事件人流必涌向某幾個(gè)出口進(jìn)行疏散?；馂?zāi)情況下，年齡對(duì)人員行為的影響較大，主要表現(xiàn)在認(rèn)知、感知危險(xiǎn)的能力和人員移動(dòng)能力，見(jiàn)表1。不同年齡段的人群在緊急情況下所需的疏散時(shí)間及安全逃生概率不同。

表1 不同年齡和性別人員速度統(tǒng)計(jì)

疏散能力與當(dāng)事人身體素質(zhì)、年齡等因素有關(guān)，相關(guān)研究表明，正常條件下不同年齡段人員步速不同，如圖表2所示：

表2 正常條件下不同年齡段人員步速

火災(zāi)情況下，某一點(diǎn)上人員密度劇增，人流狀態(tài)由自由轉(zhuǎn)為擁擠或停滯，移動(dòng)速度下降，航站樓疏散能力的缺陷隨即顯現(xiàn)。航站樓各個(gè)疏散路徑的入口可用寬度決定了疏散口人流的通過(guò)系數(shù)，對(duì)此，應(yīng)當(dāng)在航站樓人員分布及易擁堵區(qū)塊基礎(chǔ)上對(duì)不同疏散口的應(yīng)急條件下的通過(guò)系數(shù)進(jìn)行分析。

2.航站樓人員分布及易擁堵區(qū)塊分析

2.1 航站樓基本結(jié)構(gòu)

T2航站樓位于航站區(qū)東側(cè)，其平面呈“x”布置，由主樓、東南、東北、西南、西北四個(gè)指廊以及內(nèi)連廊組成，是一座四層式航站樓。其建筑面積約為4.7×105m2，東西長(zhǎng)407 m，南北長(zhǎng)1128 m，70個(gè)機(jī)場(chǎng)廊橋，大廳連接四個(gè)主要指廊。

2.2 航站樓相關(guān)人流量及擁堵區(qū)塊分布

人流量是指在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)空間范圍內(nèi)某切面的人數(shù)，(人/s)；人流系數(shù)也稱人員流率σ，指單位時(shí)間和單位寬度內(nèi)通過(guò)人員數(shù)量，(人/m·s)。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明：不同人群在不同狀態(tài)下的流動(dòng)系數(shù)不同，如表3所示。

表3 正常情況下部分區(qū)域人流密度系數(shù)

緊急情況下人員不同出入口的流動(dòng)密度系數(shù),如表4所示。

表4 緊急情況下部分區(qū)域人流密度系數(shù)

一般情況下，當(dāng)人流密度系數(shù)均值≤1.0時(shí)，各個(gè)出入口的人員不會(huì)出現(xiàn)滯留現(xiàn)象，人員流動(dòng)呈自由狀態(tài)。人流運(yùn)動(dòng)較穩(wěn)定。由于候機(jī)大廳屬于相對(duì)封閉的空間，疏散出口相對(duì)狹窄，一旦發(fā)生火災(zāi)或其他突發(fā)事件，因乘客的習(xí)慣行為和從眾心理，人流一定會(huì)涌向某幾個(gè)出口。據(jù)3樓大廳實(shí)際情況，通過(guò)上述分析出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，人員密集區(qū)主要有2個(gè)位置，如圖1。設(shè)定出現(xiàn)火災(zāi)情況，右上方指廊人員從此通道逃生必定出現(xiàn)人員擁堵情況。

圖1 人員易發(fā)生擁堵區(qū)域

3.火災(zāi)條件下航站樓疏散能力仿真分析及優(yōu)化

3.1 模型建立與求解

通過(guò)Pathfinder模擬火災(zāi)區(qū)域，對(duì)模型進(jìn)行疏散條件的設(shè)定完成后進(jìn)入計(jì)算過(guò)程，其求解主要步驟如下：（1）.創(chuàng)建需要疏散建筑物的空間模型；（2）.定義模擬區(qū)域各疏散通道的具體屬性(出入口寬度，長(zhǎng)度等)；（3）.設(shè)置人員疏散屬性(疏散速度、反應(yīng)滯后時(shí)間、人間肩寬等)；（4）.對(duì)模型進(jìn)行迭代；（5）.計(jì)算結(jié)果顯示。對(duì)模型求解結(jié)果進(jìn)行三維可視化顯示，當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急情況時(shí)人員迅速向安全疏散通道位置移動(dòng)。

3.2 模擬結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)Pathfinder模擬求解得出人員正常通過(guò)疏散通路情況下，即疏散通道寬度L=1.5m 時(shí)，擁擠區(qū)疏散通道的在不同時(shí)間段上的最大疏散數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前人員疏散數(shù)據(jù)

疏散通道開(kāi)啟時(shí)，擁擠區(qū)人員疏散過(guò)程出現(xiàn)了人員聚集。人員密集區(qū)內(nèi)，472人在安全通道進(jìn)入到撤離出危險(xiǎn)區(qū)需90s。疏散能力取平均值為：

式中：n為第i個(gè)時(shí)間段疏散的人員數(shù)量(人)；t為第i個(gè)時(shí)間段所用的疏散時(shí)間（s）；i為時(shí)間段數(shù)。計(jì)算得出：航站樓擁擠區(qū)安全疏散通道的疏散能力為5.24人/s。

3.3 航站樓疏散通道出口寬度優(yōu)化

對(duì)疏散通道出口進(jìn)行加寬，寬度分別取1.6、1.7、1.8、1.9及2.0m，用Pathfinder模擬加寬后的疏散能力。模擬結(jié)果顯示：疏散能力隨出口寬度增大而增加，但當(dāng)出口寬度L≥1.9m時(shí)，人員在出口兩側(cè)逐漸出現(xiàn)聚集停滯，出口疏散能力開(kāi)始衰減。對(duì)此可得出，當(dāng)疏散出口寬度L=1.8m時(shí)，疏散能力最優(yōu)。鑒于篇幅限制，這里僅將出口寬度L=1.8m時(shí)的疏散數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。

圖4 優(yōu)化前人員疏散數(shù)據(jù)

安全疏散通道出口加寬優(yōu)化后，擁擠區(qū)人員疏散過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)人員聚集，但用時(shí)短暫。在人員密集區(qū)，90s內(nèi)648人可全部疏散完畢。通過(guò)式（1）計(jì)算得出：優(yōu)化后疏散能力為7.20人/s。

4.結(jié)語(yǔ)

將優(yōu)化前后通道疏散能力對(duì)比，得出以下結(jié)論：（1）根據(jù)航站樓3樓大廳實(shí)際情況，通過(guò)分析人員出入口流動(dòng)系數(shù)特點(diǎn)，出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)人員集中在三樓大廳兩個(gè)中間疏散口處。（2）模擬結(jié)果顯示：疏散能力隨出口寬度增大而增加，但當(dāng)出口寬度L≥1.9m時(shí)，人員在出口兩側(cè)逐漸出現(xiàn)聚集停滯運(yùn)動(dòng)，出口疏散能力開(kāi)始衰減。對(duì)此可以得出，當(dāng)疏散出口寬度L=1.8m時(shí)，疏散能力最優(yōu)。（3）航站樓疏散通道出口優(yōu)化前后的疏散能力分別為5.24人/s和7.20人/s，出口優(yōu)化后可明顯降低人流密度系數(shù)，提高人員流動(dòng)能力，降低滯留時(shí)間。綜合實(shí)際考慮，參照民用機(jī)場(chǎng)航站樓的設(shè)計(jì)防火規(guī)范、消防規(guī)范，結(jié)合本文的模擬分析，建議實(shí)際優(yōu)化方案：將原有雙扇推拉甲級(jí)防火門（1500mm門寬，2000mm門高），更換為雙扇推拉甲級(jí)防火門，（1800mm門寬，2200mm門高）。