世界最惨隧道火灾案深思:Steps隧道人群疏散仿真重要性凸显

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一、轰动世界的勃朗峰隧道大火
1999年3月24日上午,一辆载有9吨人造黄油和12吨面粉的货车驶过意法边境的勃朗峰隧道,司机叫吉尔贝是一个比利时之人,他要将这些货物送往米兰的一个加工厂。
深入隧道2千米之后,吉贝尔所驾驶货车突然出现浓密的白烟,而这时隧道监控系统及司机吉贝尔并未察觉到异样,未做出任何预警和减速措施。4分钟后,吉贝尔所驾驶货车抵达隧道6公里处(大约隧道中点),货车剧烈燃烧。已经深入隧道六千多米的吉尔贝下车,拿着灭火器灭火,可是为时晚矣,货车爆炸了。吉尔贝来不及多想,放弃了灭火,跑向隧道出口。货车大火继续蔓延,谁也没有想到,这场大火烧了整整55个小时。

这就是轰动世界的勃朗峰隧道大火。这一事故造成41人丧生,36辆汽车被毁,经济损失超过30亿欧元,成为了迄今为止伤亡最惨的隧道火灾。
事故后的反思:一场隧道火灾之所以能造成如此大的伤亡,据事故调查显示,隧道没有撤退通道,没有通风井,避难所相距较远(600米)是造成大伤亡的重要原因之一。之后隧道管理方对隧道进行了重要改造,将避难所的数目护大到事故发生前的两倍,避难所内安装控制中心相联的可视电话。通向地面的楼梯在更新后也向下延长到隧道旁的疏散竖井。

二、隧道事故频发注定了Steps的重要性
伴随着国内高速公路的快速发展,穿山隧道、海底���道等越来越多。当隧道内发生火灾时,隧道内大量的人员需要快速安全地进行疏散。要避免灾害造成人员伤亡,一方面需要采取可靠的消防措施来消除灾害,另一方面在灾害发生时,如何快速对人员疏散至安全地带,精确量化人员的疏散方案及时间,显得尤为重要。因此在隧道的设计、建设、维护时务必考虑紧急情况下人员疏散的合理性。通过Steps的模拟计算,可以验证隧道内人员疏散的安全性。
三、Steps隧道模拟计算仿真实例
本文以某隧道为案例,通过计算机模拟计算,比较不同工况下人员疏散所需要的时间。本案例为双向4车道隧道,隧道长500米,每隔80米设置人行通道,共计A/B/C/D/E五个;行车道宽3米;隧道两头的进出口分别作为人员疏散到出口,命名为1、2、3、4,如下图所示。

隧道内布置有小汽车(4.734m x 1.818m x 1.6m,司乘人员2人)、轻型小卡车( 5.505m x 1.998m x 2.470m,司乘人员2人)、大型货车(10.545m x 2.48m x 3.17m,司乘人员1人);上行1车道内有21辆小货车,20辆小汽车,6辆大货车,共计88人。在Steps中可以设置行车道内不同类型车辆的分布比例,车与车间隔5米,如下图所示。
同理,上行2车道布置10辆大货车,19辆小货车,15辆小汽车, 共78人;下行1车道布置12辆大货车,18辆小汽车,14辆小货车,共76人;下行2车道布置12辆大货车,12辆小汽车,19辆小货车,共74人。隧道内总人数为316人。
四、Steps隧道疏散模拟计算结果展示
工况一:所有人行通道正常使用无火灾事故可以看出,在人员疏散过程中,人员会根据拥挤程度、距离(出口)远近来考虑各自的行动走向,也会考虑是否穿越人行横道去另一侧的行车道,以便更快地走向出口。下图中红色标注的人通过通道D走向另一侧行车道进行疏散。
当前工况下,316人疏散出隧道共需273s,其中出口1疏散85人,出口2疏散72人,出口3疏散106人,出口4疏散53人;部分人员穿越人行通道D\E。

工况二:火灾事故发生在A通道附近,A通道封闭在此工况下,可以看出,人员会从A通道口一分为二,分别向两侧的出口走去。由于A通道位于出口1、2附近,A通道另一侧(朝向出口3、4)的人员势必需要更多的行走时间才能疏散至出口3、4。
本工况人员的疏散时间为533s,其中出口1疏散29人,出口2疏散23人,出口3疏散183人,出口4疏散81人;更多的人员会通过B\C\D\E来进行疏散流通。
工况三:火灾事故发生在B通道附近,B通道封闭在此工况下,可以看出,人员会从B通道口一分为2,分别向两侧的出口走去。同样,人员会根据朝向、距离、拥挤程度以考虑是否穿越人行横道,考虑合理的疏散出口。
本工况人员的疏散时间为430s,其中出口1疏散54人,出口2疏散46人,出口3疏散148人,出口4疏散68人;部分人员会通过C\D\E来进行疏散流通。

工况四:火灾事故发生在C通道附近,C通道封闭在此工况下,可以看出,人员会从C通道口一分为2,分别向两侧的出口走去。同样,人员会根据朝向、距离、拥挤程度以考虑是否穿越人行横道,考虑合理的疏散出口。

本工况人员的疏散时间为294s,其中出口1疏散93人,出口2疏散63人,出口3疏散108人,出口4疏散52人;部分人员会通过A\B\D\E来进行疏散流通。
工况五:火灾事故发生在D通道附近,D通道封闭在此工况下,可以看出,人员会从D通道口一分为2,分别向两侧的出口走去。同样,人员会根据朝向、距离、拥挤程度以考虑是否穿越人行横道,考虑合理的疏散出口。

本工况人员的疏散时间为356s,其中出口1疏散118人,出口2疏散92人,出口3疏散62人,出口4疏散44人;部分人员会通过A\B\E来进行疏散流通。

工况六:火灾事故发生在E通道附近,E通道封闭在此工况下,可以看出,人员会从E通道口一分为2,分别向两侧的出口走去。E通道口离出口3、4较近,E通道另一侧(朝向出口1、2)的人员势必需要更多的行走时间才能完成疏散过程;同样人员会根据朝向、距离、拥挤程度以考虑是否穿越人行横道,考虑合理的疏散出口。
本工况人员的疏散时间为465s,其中出口1疏散149人,出口2疏散111人,出口3疏散26人,出口4疏散30人;��分人员会通过A\B\C\D来进行疏散流通。

六、Steps隧道疏散模拟计算结论对比
下图为6种工况下4个出口各自的疏散人数柱状图;可以看出,当无火灾发生,人行横道不封闭的状态下,人员疏散的效果与火灾封闭C通道的效果比较类似。

下图为6种工况各自的疏散时间柱状图,可以看出,当火灾封闭了C通道(即隧道最中间的人行通道)时,人员疏散时间与无火灾发生时的疏散时间基本相同,前者比后者多了21s的疏散时间;当封闭A\E通道后,隧道内人员疏散的时间都比较长。

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作者:王永康  仿真秀专栏作者
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首次发布时间:2020-07-28
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