CN106126831A - 一种铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法。包括获取铁路隧道、列车车厢、人员情况和救援站相关参数并通过计算式计算验证。本发明基于水力模型和铁路隧道人员疏散特征建立了紧急救援站人员疏散时间的获得方法，相比于软件仿真模拟计算更简便实用，计算结果可信，填补了我国铁路隧道紧急救援站人员疏散时间理论模型的空白。该发明能够指导紧急救援站站台宽度、横通道间距等结构参数的设计，对已建成的紧急救援站安全性进行检验，保障旅客列车人员在铁路隧道中能够有效疏散，使铁路隧道防灾疏散救援工程设计安全适用、经济合理。

Description

一种铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法

技术领域

本发明属于铁路工程建设技术领域，尤其属于铁路隧道安全工程建设技术领域，特别涉及铁路隧道紧急救援站设计建设技术。

背景技术

随着我国铁路建设的快速发展，尤其是高速铁路的迅猛发展，近年来出现了大批超过10km的铁路隧道，考虑到隧道火灾可能造成的灾难性后果，隧道防灾疏散救援工程的重要性逐渐受到相关研究学者、设计人员及施工人员的重视。而隧道紧急救援站的建设是隧道防灾疏散救援工程中的核心，着火旅客列车在停靠紧急救援站后能否安全疏散成为防灾疏散工程设计的关键。目前，欧洲、美国及我国地铁标准规定的在隧道中发生紧急事故的人员疏散时间应控制在6min之内，而我国铁路隧道紧急救援站的建设刚刚起步，其是否能够满足6min的最低要求，在设计过程中并没有相关的设计依据及其参数作为参考。

目前，国内外学者针对紧急救援站人员疏散的研究主要采用仿真模拟的方法，由于采用商业软件不同、输入参数不同、操作复杂性等因素，在设计过程中难以统一标准。而紧急救援站花费巨大，若其不能满足人员疏散要求，一旦发生事故，将造成难以弥补的重大伤亡。另一方面，旅客列车在隧道中发生火灾的概率极低，若设置过于复杂的防灾设施，初期投资和后期维护费用巨大，且处于常年闲置的状态。若能够建立人员疏散时间的获得方法，不仅可以更好的指导设计，检验紧急救援站配置参数的合理性，同时又可以与仿真模拟计算结果相互验证，以得到更加客观的结果。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法。本发明要解决的问题是提供一种铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，用于检验已有的或是设计中的紧急救援站是否满足标准规定的疏散时间要求，以验证防灾疏散工程设计的合理性，保障铁路旅客安全。

本发明通过以下技术方案实现。

铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、获取铁路隧道、列车车厢、人员情况和救援站相关参数，至少包括定员数量最多车厢内的人员数量Q₁、人员下车速度V₁、紧急救援站横通道间距L_s、车厢的长度L_c、紧急救援站站台宽度B₁；

S2、通过下列计算式获得疏散时间T：

$T=\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\[1-0.399\frac{\frac{L_s}{L_c}{Q}_1}{B_1\left(\frac{3}{2}{L}_s-L_c\right)}\]}$

式中：Q₁为定员数量最多车厢内的人员数量，人；V₁人员下车速度，人/s；L_s为紧急救援站横通道间距，m；L_c为一节车厢的长度，m；B₁为紧急救援站站台宽度，m；K为系数，取K＝84.0。

所述获得疏散时间T计算式优化为：

$T=\frac{Q_1}{80V_1}+\mathrm{\η}\frac{L_s}{100-\frac{Q_1}{B_1}}$

式中：Q₁为定员数量最多车厢内的人员数量，人；V₁人员下车速度，人/s；L_s为紧急救援站横通道间距，m；B₁为紧急救援站站台宽度，m；η为安全修正系数，η＝1.0～1.3。

上述定员数量最多车厢内的人员数量为通过本线列车中定员最多的列车类型；动车组Q₁取为100人，普通旅客列车取为118人。

上述人员下车速度V₁可按以下方法根据车厢地板到站台的处置距离选取：当车厢地板到站台的处置距离为0m时，人员下车速度V₁取1.59人/s；当车厢地板到站台的处置距离为0.3m时，人员下车速度V₁取0.8人/s；当车厢地板到站台的处置距离为0.7m时，人员下车速度V₁取0.73人/s；当车厢地板到站台的处置距离为1.2m时，人员下车速度V₁取0.5人/s。

上述安全修正系数η按最不利情况选取时：η＝1.3。

本发明有益性：本发明基于水力模型和铁路隧道人员疏散特征建立了紧急救援站人员疏散时间的获得方法，相比于软件仿真模拟计算更简便实用，计算结果可信，填补了我国铁路隧道紧急救援站人员疏散时间理论模型的空白。该发明能够指导紧急救援站站台宽度、横通道间距等结构参数的设计，对已建成的紧急救援站安全性进行检验，保障旅客列车人员在铁路隧道中能够有效疏散，使铁路隧道防灾疏散救援工程设计安全适用、经济合理。

附图说明

图1是着火列车停在紧急救援站人员疏散示意图；

图2是铁路隧道及其紧急救援站平面布置示意图；

图中，1是事故隧道，2是安全隧道，3是着火列车，4是火源位置，5是横向疏散通道，6是疏散站台，7是横向疏散通道间距，8是人员疏散路径；

图3是铁路隧道及其紧急救援站横断面示意图；

图中，1是事故隧道，5是横向疏散通道，6是疏散站台，9是防护门；

图4是人员疏散仿真模拟结果；

图中，横坐标是时间，纵坐标是人数，A是列车内人数变化，B是横向疏散通道人数变化，C是疏散站台人数变化。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

结合图1至图4。

下面详细说明铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，包括下述步骤：

步骤一、采用水力模型疏散时间计算方法，针对铁路隧道内人员疏散特征，建立紧急救援站的人员疏散时间理论计算公式：

t_action＝t₁+t₂ (A)

式中：t₁为下车时间，定员数量最多的车厢内人员全部疏散至车外的时间；t₂为步行时间，距离出口最远一点至出口所需的时间。

$t_1=\frac{Q_2}{60\·V_1}---\left(B\right)$

式中：Q₂为火灾车厢仅有一端的门供疏散时，每个车门需下车的人员数量，人；V₁为人员下车速度，人/s；

从最远疏散点至安全出口步行所需的时间按式(F)计算。

$t_2=\frac{L}{V}---\left(C\right)$

式中：L为距离出口最远的距离，m；V人员步行速度，m/min；

步骤二、根据人员密度与行进速度的关系确定人员疏散速度，如式(G)所示：

V＝K(1-0.266D) (D)

式中：D为人员密度(不小于0.5)，人/m²；K为系数，对于水平通道K＝84.0，对于楼梯台阶K＝51.8(G/R)^1/2；G与R分别表示踏步的宽度和高度。

人员密度为：

$D=\frac{Q}{A}---\left(E\right)$

式中：Q为需疏散的人员数量，人；A为需疏散人员所占站台或通道的面积，m²。

步骤三、将式(E)～(H)代入式(D)中，建立铁路隧道紧急救援站人员疏散时间理论计算公式。

$\begin{array}{c}T=t_1+t_2\\ =\frac{Q_2}{60V_1}+\frac{L}{V}\\ =\frac{\frac{3}{4}{Q}_1}{60V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\left(1-0.266D\right)}\\ =\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\left(1-0.266\frac{Q}{A}\right)}\\ =\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\left(1-0.266\frac{\frac{3L_s}{2L_c}{Q}_1}{B_1\left(\frac{3}{2}{L}_s-L_c\right)}\right)}\\ =\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\left(1-0.399\frac{\frac{3L_s}{2L_c}{Q}_1}{B_1\left(\frac{3}{2}{L}_s-L_c\right)}\right)}\end{array}---\left(F\right)$

式中：Q₁为定员数量最多车厢内的人员数量，人；V₁人员下车速度，人/s；L_s为紧急救援站横通道间距，m；L_c为一节车厢的长度，m；B₁为紧急救援站站台宽度，m；K为系数，取K＝84.0。

步骤四、进一步简化公式。对铁路隧道紧急救援站人员疏散时间计算公式中的参数进行敏感性分析，得到列车车厢的长度对于人员疏散的时间影响不明显，车厢长度分别取0、5、10、15、20、25、26时，人员疏散时间仅有16s的变化。故紧急救援站的人员疏散时间计算公式可化简如下：

$\begin{array}{c}T=\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\[1-0.399\frac{\frac{L_s}{L_c}{Q}_1}{B_1\left(\frac{3}{2}{L}_s-L_c\right)}\]}\\ =\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s}{K\[1-0.399\frac{\frac{L_s}{26}{Q}_1}{\frac{3}{2}{B}_1{L}_s}\]}\\ =\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s}{K\[1-0.01\frac{Q_1}{B_1}\]}\\ =\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s}{0.84\[100-\frac{Q_1}{B_q}\]}\end{array}---\left(G\right)$

考虑一定的安全性，提出了铁路隧道紧急救援站人员疏散时间计算公式的安全修正系数，则可得到人员疏散计算公式为：

$T=\frac{Q_1}{80V_1}+\mathrm{\η}\frac{L_s}{100-\frac{Q_1}{B_1}}---\left(H\right)$

式中：Q₁为定员数量最多车厢内的人员数量，人；V₁人员下车速度，人/s；L_s为紧急救援站横通道间距，m；B₁为紧急救援站站台宽度，m；η为安全修正系数，η＝1.0～1.3。

步骤五、获得紧急救援站及通行列车的基本参数，至少包括紧急救援站的横通道间距、站台宽度、列车的定员数量最多车厢内的人员数量。在紧急救援站横通道间距L_s和紧急救援站站台宽度B₁固定条件下，代入上述得到的计算式(H)，检验一定人员数量下紧急救援站是否能够满足规范规定的6min的最低要求。

利用大型人员疏散仿真软件exodus进一步验证上述获得结果，建立紧急救援站模型，包括隧道主洞、站台、横通道、列车及待疏散人员，其计算参数与步骤五中理论计算值相同，计算人员从列车停止到疏散至横通道内的时间，与步骤五中比较。若二者相差不大且都小于6min，则可认为该紧急救援站的结构设计合理，能够满足人员疏散要求。

验证实例

某隧道中部设计了隧道内紧急救援站，长550m，救援站左、右线间每隔50m设一处横通道，共计11条横通道。站台宽度为2.3m，列车定员数量最多车厢内的人数为118人。现通过本发明提供的方法获得紧急救援站结构设计的疏散时间。

将已知条件代入式(H)，即定员数量最多车厢内的人员数量Q₁＝118人；紧急救援站横通道间距L_s＝50m；紧急救援站站台宽度B₁＝2.3m；人员下车速度取V₁＝0.8人/s；安全修正系数η取1.3，则有

$\begin{array}{c}T=\frac{Q_1}{80V_1}+\mathrm{\η}\frac{L_s}{100-\frac{Q_1}{B_1}}\\ =\frac{118}{80\×0.8}+1.3\×\frac{50}{100-\frac{118}{2.3}}\\ =191s\end{array}$

利用人员疏散软件exodus建立紧急救援站模型，包括列车、站台、横通道出口及待疏散的人员，其输入参数如上例所示，其他输入参数可按缺省设置。模拟人员从车内疏散到横通道的时间，得到仿真模拟结果如图4所示，图中A是列车内人数随时间变化曲线，B是横向疏散通道人数随时间变化曲线，C是疏散站台人数随时间变化曲线。列车车厢内人数随时间单调递减，疏散站台上的人数先增加再减少，在192s时站台上的人员全部疏散完毕，横通道内的人数变化相对站台人数变化稍有滞后，二者规律相似，在220s时横通道内的人员全部疏散到安全隧道。

仿真模拟计算结果为192s，与理论计算结果基本吻合，且都小于6min，故说明紧急救援站的结构设计参数合理。

Claims (4)

1.一种铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、获取铁路隧道、列车车厢、人员情况和救援站相关参数，至少包括定员数量最多车厢内的人员数量Q₁、人员下车速度V₁、紧急救援站横通道间距L_s、车厢的长度L_c、紧急救援站站台宽度B₁；

S2、通过下列计算式获得疏散时间T：

$T=\frac{Q_1}{80V_1}+\frac{L_s-L_c}{K\[1-0.399\frac{\frac{L_s}{L_c}{Q}_1}{B_1(\frac{3}{2}{L}_s-L_c)}\]}$

式中：Q₁为定员数量最多车厢内的人员数量，人；V₁人员下车速度，人/s；L_s为紧急救援站横通道间距，m；L_c为一节车厢的长度，m；B₁为紧急救援站站台宽度，m；K为系数，取K＝84.0。

2.根据权利要求1所述的铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，其特征在于：所述获得疏散时间T计算式优化为：

$T=\frac{Q_1}{80V_1}+\mathrm{\η}\frac{L_s}{100-\frac{Q_1}{B_1}}$

式中：Q₁为定员数量最多车厢内的人员数量，人；V₁人员下车速度，人/s；L_s为紧急救援站横通道间距，m；B₁为紧急救援站站台宽度，m；η为安全修正系数，η＝1.0～1.3。

3.根据权利要求1或2所述的铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，其特征在于：所述定员数量最多车厢内的人员数量为通过本线列车中定员最多的列车类型；动车组Q₁取为100人，普通旅客列车Q₁取为118人。

4.根据权利要求1或2所述的铁路隧道紧急救援站人员疏散时间的获得方法，其特征在于：所述述人员下车速度V₁可按以下方法根据车厢地板到站台的处置距离选取：当车厢地板到站台的处置距离为0m时，人员下车速度V₁取1.59人/s；当车厢地板到站台的处置距离为0.3m时，人员下车速度V₁取0.8人/s；当车厢地板到站台的处置距离为0.7m时，人员下车速度V₁取0.73人/s；当车厢地板到站台的处置距离为1.2m时，人员下车速度V₁取0.5人/s。