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原文传递面向安全设计的地铁火灾应急疏散行为及仿真研究

论文题名：	面向安全设计的地铁火灾应急疏散行为及仿真研究
关键词：	地铁火灾;安全设计;行人疏散;改进社会力模型
摘要：	随着我国经济日新月异的发展，地铁凭借其方便、准时性高、速度快等优势，发展为城市综合交通系统中的骨干力量。在地铁迅速发展的同时，突发事件频发，火灾更是容易发生且破坏巨大的典型地铁突发事件，研究火灾下的地铁人员应急疏散具有重要的现实意义。现有地铁安全管理研究的角度多数是事故发生后的，较少关注安全设计理念在地铁突发事件风险防控中发挥的重要作用。本研究提出的安全设计理论框架包括物理层面和社会层面两方面，物理层面指在建造设计阶段，相关设计方和施工方对地铁车站的物理环境进行安全设计，社会层面指在地铁运营阶段，地铁运营公司对应急疏散预案和疏散策略进行安全设计。此外，现有的地铁疏散研究默认将所有行人同质化，但是地铁内人流量巨大，构成复杂，既有普通人群，也有携带大件行李的人群和老弱病残等行动不便人群，需要分类讨论。本研究基于安全设计的视角，以地铁车站火灾下的行人疏散为对象展开相关研究，研究内容主要包括以下五方面：　　（1）建立地铁突发事件应急疏散理论基础。阐述安全设计理论，梳理已有的疏散出口决策和疏散路径决策的研究，总结不同的研究方法和适用范围；接着对羊群行为、合作行为、恐慌心理等行人微观特征进行分析；接着详细阐述主流的行人动力学模型，分析模型选取的原因，最后分析模型的改进角度和方法，吸取经验并找出现有研究的不足。　　（2）构建地铁人员应急疏散影响因素体系，分别从物理层面和社会层面对地铁火灾下的行人疏散影响因素进行识别。首先通过文献研究，分析物理疏散影响因素，主要从地铁车站、行李、火灾相关因素三方面展开。接着通过问卷调查法从社会层面了解地铁乘客的基本特征、突发事件下的疏散行为及疏散心理，对相关自变量和因变量进行逐步线性回归分析，识别出地铁火灾疏散与人有关的社会影响因素。　　（3）构建地铁火灾动态疏散模型。本研究的改进方法突出了火灾和心理这两个要素，在火灾方面，火势的蔓延、烟雾的扩散，对行人视线和行走速度都有阻碍。在心理方面，由于客流量巨大且环境阴暗，发生突发事件时乘客极容易产生恐慌、暴躁等心理，这些都是原始社会力模型中没有包含的疏散要素。本研究结合使用社会力模型（SocialForceModel，SFM）和火灾动力学模型（FireDynamicsModel，FDM），加入暴躁心理和恐慌心理因素，针对不同人群，从多角度将原始社会力模型改进为随着火灾灾情、行人心理、行人位置等的变化而实时变化的动态模型。　　（4）建立大型地下交通枢纽地铁站火灾疏散仿真模型。目前，对于大型多层地下交通枢纽地铁车站的疏散研究较少，其具有人流高密度性和疏散环境复杂性，这类地铁站的应急疏散问题需要更多的定量分析和可视化仿真研究。使用多主体仿真与建模技术（Multi-Agent-BasedModellingandSimulation,MABMS）对地铁南京南站进行一比一的地铁火灾疏散模拟与分析，使用AnyLogic仿真软件对地铁南京南站进行空间分布、平面分布、物理设施以及客流动线的全面仿真建模，使用建立的改进社会力模型定义火灾的演化方式和行人的疏散行为规则，模拟南京南站站厅层发生火灾下的人员应急疏散全过程并对疏散时间、疏散过程、阻塞瓶颈区域以及各疏散通道客流密度等各方面数据进行详细分析。可以得出现阶段南京南站火灾事故下的行人疏散时间较长，楼梯处、换乘通道处、出口处极易出现拥堵且不易缓解。进一步分析发现各疏散通道的人流密度分布不均衡，需要对地铁南京南站的应急疏散进行进一步的安全设计，以提升疏散效率。　　（5）提出面向安全设计的地铁突发事件安全管理建议。从安全设计理论框架的物理层面和社会层面两方面出发，设计不同的疏散场景和策略，通过数据分析对比，评估每种情景下的疏散效果，探索各个因素对疏散过程的影响，探索与BIM结合的建设运营一体化措施，面向安全设计提出地铁突发事件安全管理的可行性建议。得到以下结果：楼梯宽度会对疏散有影响，过窄导致通行能力变低，过宽则会占用地面有效疏散空间，对疏散是一种阻碍作用，综合考虑疏散时间和均衡性，地铁南京南站的楼梯宽度设计为3米左右较合适；换乘通道在条件允许的情况下越宽疏散性能越好，通道越窄瓶颈作用越明显，14米是较为理想的宽度。疏散时携带大件行李的行人应当视情况丢弃自己的行李，在几组疏散仿真实验中丢弃60％行李时用时最短，相关部门可以在地铁车站中设计丢弃行李的安全区域；行人在疏散时选择最少人数策略优于选择最近出口策略。
作者：	孙舒琪
专业：	建筑与土木工程
导师：	陆莹;殷宝才
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022