摘要：伴随着我国城市逐渐开发，城市地铁建设也迅速出现，由于地铁车站施工场地主要集中在城区中心，其施工空间有限且施工环境比较复杂，当发生事故时由于疏散不当发生过度拥堵和踩踏的事件比比皆是。由于地铁车站施工处于地下且施工环境非常复杂，而其中施工人员也常常处在危险当中。本文运用BIM技术建立施工人员疏散模型，通过优化施工出口位置，从而降低人员的伤亡和经济的损失。
关键词：地铁车站；施工安全；疏散模拟；优化设计
1 研究背景和意义
目前我国地铁建设面临巨大的安全事故风险，当事故真正发生时踩踏事故频发，因此施工人员遇险疏散问题尤为重要。目前多通过疏散演习得到数据进行安全工程建设，但相比之下通过计算机仿真模拟会提高效率和准确率。徐伟伟指出，中国正处于快速城市化阶段，许多大型购物中心、地铁和办公楼都在使用或建造，对疏散的研究和探索是绝对必要的[1]错误！未找到引用源。。杨烜峰指出由于我国处于事故及灾害频发的形势下，因此对建筑内紧急逃生疏散的问题已经刻不容缓[2]。BIM技术的可视化和协同性对于目前的疏散模拟研究也很适用，然而目前很少有运用系统信息化安全风险预警技术实施地下工程安全风险预警的研究，所以进行盖挖地铁车站施工安全疏散的研究，对国内盖挖地铁车站施工安全管理有重要的意义。
2 施工人员疏散模拟模型建立
运用BIM技术建立了地铁车站施工人员疏散模拟模型，并提取其主体结构工程量，进行地铁4D施工模拟。建立一个动态的施工场景，将BIM静态模型和BIM施工模拟软件相结合进行协同工作，同时加入时间计划，将三维模型变为四维模型，再施工过程的动态演示。选用Microsoft Project软件进行施工工期的编制。
将建立好的Revit模型导入Navisworks中，并在时间维度上检查模型，以进一步发现问题。在BIM模型的基础上进行安全疏散模拟系统的建立，从而抽离出特定环境的环境来模拟劳务人员的逃生疏散情况。在施工疏散模型中，通过对比不同的疏散速度、人数和环境，将得到的结果进行分析，若超过安全规定的限制，则重新设置BIM模型，并进行疏散模拟，直到结果符合安全规定。这是一个对模型不断优化的过程。
3 施工人员安全疏散模拟研究
3.1 疏散模拟体系的建立
地铁车站模型建成后，将Revit文件转为DWG。导入后，从扼要描述和行为两个方面创建施工疏散人员。扼要描述定义了人员的固有特征，如速度、半径、和颜色；行为定义了整个模拟过程中人员的行为特征。
3.2施工平面出口布置对疏散的影响及优化设计
针对施工平面上不同建筑出口的布置情况进行疏散分析，选取二次结构施工的场景片段进行疏散模拟。当施工进行到二次结构施工时，站台层与站厅层施工同时进行，施工人数均为70人。图1为地铁车站站台层施工平面图，a~d为施工阶段的出入口。假设正在施工的主体发生突发状况，两层的施工人员紧急疏散，通过Steering模式模拟，设定施工人员肩宽38cm~41cm，平面速度取平均值1.28 m/s，楼梯速度为1.14 m/s。模拟得到最终疏散时间为201.4s。4个疏散出口的通过人流量变化情况如图2所示。
图1 地铁车站站台层平面图
图2 各个疏散出口的通过人流量变化情况图
从图2可以分析得出，大约60s之前，出口人流量基本在0.4pers/s~0.8pers/s之间。而在60s以后，A、B出口人流量急剧增长且都达到最大值，之后虽有减小，但依然维持了较高的人流量。相反，60s后C、D出口通过的人流量下降到0.5 pers/s以下。这是因为60s前主要疏散的是原本就位于站厅层的人员，他们对出口的选择较均匀，60s后大部分站台层人员到达站厅层，由于疏散楼梯的设置位置，大部分人会选择距离较近的A、B，因此A、B的通过人流量在小幅下降后基本保持不变，而少数人会考虑到A、B拥堵的情况而选择较远的C、D，所以C、D的通过人数急速下降。可见站台层施工平面图中疏散出口A、B使用较频繁，而C、D则无人问津，因此对疏散出口的优化会在一定程度上提高疏散效率。
根据赵道亮博士对紧急条件下人员疏散行为的研究[3]，若有两个出口且出口布置在一边的情况下，其出口间距的最佳值f约为0.3D（D为出口所在边的总宽），并且不随出口宽度的改变而改变；建筑物的出口位置应尽量对称，否则每个出口的使用率不同，从而降低疏散效率。
已知二次结构施工站台层长180m，设一边两个出口且间距为60m，异边出口对称设置。图3为优化后的地铁车站站台层平面图。
图3 优化后的地铁车站站台层平面图
将四个疏散出口重新排列，使其尽可能靠近楼梯位置，A、B出口间的间距和C、D出口间的间距设为最佳值60m，异边出口对称设置，再次进行模拟。优化后的疏散出口的通过人流量变化情况见图4所示。
图4 优化后的疏散出口的通过人流量变化情况图
从图4可以看出，优化后的四个出口曲线走势较为相同，证明优化后A、B、C、D四个疏散出口使用率大体一致，人流量峰值为49.56s，由未优化时的1.62pers/s下降为1.14pers/s，且仅需183.1s可完成疏散。可见优化后的疏散出口设置不仅大幅降低疏散时间，而且能有效减少人员拥挤的情况，使施工人员快速、顺利逃出。
4 结论
本文基于BIM技术建立的施工现场模型进行疏散模拟分析，并通过所得模拟结果对施工进度计划和施工平面布置进行了优化，得出基于疏散角度进行施工优化的新思路。通过对施工平面上建筑出口不同的设置情况进行的疏散模拟，得出将一边布置的两个出口间距取为60m，异边出口对称布置这种优化方案，不仅减少了疏散所用时间，而且有效降低了疏散时产生的拥挤情况，使劳务人员快速、顺利逃出。
参考文献：
[1]徐伟伟. 国外安全生产与职业健康一体化监管启示[J]. 中国安全生产，2017，12（04）：56-57.
[2]杨烜峰. 基于BIM技术在逃生疏散模拟方面的初步研究[J]. 土木建筑工程信息技术，2013，5（03）：63-67.
[3]赵道亮. 紧急条件下人员疏散特殊行为的元胞自动机模拟[D].中国科学技术大学，2007.
基金项目：沈阳建筑大学大学生创新创业训练计划重点项目。
论文作者:闫世纪,张三强,张鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/22
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