悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施对比研究
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摘要：为有效解决悬挂式轨道交通车辆突发状况下乘客落地疏散问题，对现有独立梯道、高空作业车、柔性滑袋3N乘客疏散设备进行深入地研究。分别介绍这3种设施的结构形式，分析其经济性、时效性、实用性能。然后，基于层次分析法，建立悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施综合评价模型，计算各疏散设施综合得分。结果表明：三种旅客疏散设施均存在一定的缺陷，亟需研制一种经济性好、疏散效率高、实用性强的悬挂式轨道交通车辆新型乘客疏散设备，从而为该型车辆在国内推广应用提供技术支撑。
关键词：悬挂式轨道交通车辆；乘客疏散；层次分析法；综合评价
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.13.091
20世纪80年代，一种环保、对原有建筑及环境影响小、与已有公共交通系统兼容性好的悬挂式空中轨道交通系统在德国开始研制，经过多年发展，多条空轨线路在德国、日本等国家投入使用。2011年，国际空列集团将H-Bahn技术引进中国；2014年，悬挂式轨道交通车辆微缩模型在第16届中国国际工业博览会亮相；2015年，悬挂式轨道交通车辆模型再次在中国国际轨道交通展览会亮相。
与传统的城市轨道交通系统相比，悬挂式轨道交通系统有一定的优势。如：首先，建设工期短，施工便捷，占地少等；然而，该型城市轨道系统至今未有在世界范围内得以大规模应用，其中有一很重要的原因在于悬挂式轨道交通车辆的运行方式有别于普通的城市轨道交通系统，其车于轨道梁下方，其出现紧急事故时旅客疏散存在较大难度。在文献中就提出了空中轨道交通系统突发紧急情况无法快速处理的弊端。
本文基于层次分析方法对现有存在的三种悬挂式轨道交通车辆疏散设施进行对比分析研究，从而希望为悬挂式轨道交通系统未来的真正推广应用提供一定技术支撑。
1悬挂式轨道交通车辆乘客落地疏散设施
目前悬挂式轨道交通车辆乘客疏散方式主要分为留车待援与落地疏散两类，两类疏散方式互为补充、不可替代。留车待援方式基于专用救援车辆展开，当时间紧急或其他原因导致救援车辆不能及时到达现场时，需采用落地疏散方式。目前用于落地疏散的设施主要有独立梯道、高空作业平台车、柔性滑袋3种。
1.1独立梯道
利用独立梯道疏散乘客已经有大量成熟的应用，如图1所示为日本千叶市悬挂式轨道交通车辆系统采用的独立梯道与柔性滑袋。用于悬挂式轨道交通车辆的独立梯道在靠近车辆地板面附近的位置设置逃生平台，平台与地面之间通过梯道连接，梯身用独立支柱支撑，并在梯子两侧布置有扶栏。
1.2高空作业平台车
利用类似消防救火车的举高作业车辆，快速到达悬挂式轨道交通车辆事故（故障）地点后，通过其举高伸长臂上的平台，将乘客转移至地面，如图2所示。
1.3柔性滑袋
在日本引进悬挂式轨道交通车辆系统后，将用于高楼逃生的柔性滑袋移植到悬挂式轨道交通车辆，用于悬挂式轨道交通车辆突发紧急状况下疏散乘客，如图1所示。为配合该种救援设备，需要在悬挂式轨道交通车辆底部开逃生口，使用时将柔性滑袋从逃生口放下后，柔性滑袋上部与车体固定。在地面救援人员的拉拽作用下，柔性滑袋形成与车体底板有一定的夹角的下滑段以及与地面平行的缓冲段。
2悬挂式轨道交通车辆乘客落地疏散设施特点分析
国外悬挂式轨道交通车辆多采用1-3节编组，根据我国实际需求，悬挂式轨道交通车辆在国产化过程中应会采用3节编组，所以本文分析时假设车辆采用3节编组，每节车厢乘载75人，车地板面离地最大高度为8m。
2.1独立梯道
2.1.1经济性分析
悬挂式轨道交通车辆独立梯道乘客疏散设施与传统轨道交通系统的长大桥梁逃生梯道作用原理相同、结构相似，故可根据传统轨道交通系统的长大桥梁逃生梯道建设、维护费用估算其经济性。文献提到京沪高铁辽河2号特大桥3处逃生梯道，其建设费用见表1。由表1估算出，宽1.5m，高8m的独立梯道，建设费用约为9万。独立梯道日常维护管理较为简单，预估每年花费为800元。
2.1.2疏散效率计算
参考我国2003版《地铁设计规范》站台层事故疏散时间计算公式：
T=1+Q1+Q20.9A1N-1+A2B（1）
式中Q1为列车乘客数（人），此处取值为225；Q2为站台上候车乘客和站台上工作人员（人），此处取值0；A1为自动扶梯通过能力＼[人/（min・m）＼]，此处取值0；A2为人行楼梯通过能力＼[人/（min・m）＼]，根据我国2013版《地铁设计规范》第9.3.14条知，人行楼梯下行通过能力为70人/（min・m）；N为自动扶梯台数，此处取值为0；B为人行楼梯总宽度（m），此处取值为15。
计算得，通过独立梯道疏散225名乘客，约需要34min。
2.1.3实用性分析
独立梯道在我国传统轨道交通的长大桥梁及城市高架桥梁中已有大量应用，其本身的技术条件均已较为成熟，能够保证疏散工作组织、操作难易程度及安全性。但是，悬挂式轨道交通车辆系统的车辆位于轨道梁的下方，除站台与逃生梯道的逃生平台外，没有乘客立足之处，与传统轨道交通系统存在较大差异，只能使事故（故障）车继续行驶至指定疏散位置后进行疏散。这不但增加了乘客疏散对车厢外条件的依赖性，而且降低了乘客疏散工作展开及时性，实用性不高。
2.2高空作业平台车
徐工集团GKS22曲臂式高空作业车是一种典型的高空作业平台车，其平台长1.8m，宽0.9m，高115m；最大平台高度20.7m，能够满足悬挂式轨道交通车辆乘客疏散使用，所以本文以GKS22为例进行分析。
2.2.1经济性分析
根据经销商提供的资料，GKS22单台售价约为80万元，年维护费用约为2000元。
2.2.2疏散效率计算
假设高空作业平台车举高、回收作业时，作匀速运动，并忽略乘客等待时间，则该种疏散方式的疏散时间可用下式计算：
T=Qq×Hv×2（2）
式中：Q为疏散总乘客数（人），此处取值225；q为高空作业车单次疏散乘客数（人），按照每平方米站立9人计算，GKS22单次可疏散14人；H为升降高度（m），此处取值8；v为高空作业车平均举升速度（m/min），此处取值20。
根据式（2）得，通过高空作业车疏散225名乘客，约需要12.9min。
2.2.3实用性分析
高空作业车疏散乘客时，需要乘客在非封闭式的平台上转移，其安全性较其他疏散设施稍差；由于高空作业车每次只能疏散部分乘客，疏散现场容易混乱无序，需有专业人员在现场组织疏散增加了组织操作难度；高空作业车需要专业操作人员驾驶至待救援车辆处，增加了其对车厢外条件的依赖性，并使乘客疏散的及时性降低。
2.3柔性滑袋
2.3.1经济性分析
资料表明，用于高层逃生的柔性滑袋每米价格1.2万元，用于悬挂式轨道交通车辆的柔性滑袋缓冲作用机理简化，制造成本降低，预估为0.8万元/m。按照最大救援高度8m，倾角35°，缓冲段2m计算，则所需柔性滑袋总长度为16m，建设总费用共需花费约13万元人民币。
柔性滑袋平时置于密闭箱内，需防水、防虫、防污染，可长期存放，每年维护管理费用约为1000元。
2.3.2疏散效率计算
悬挂式轨道交通车辆乘客采用柔性滑袋逃生时，地面救援人员可通过调整下滑段与车底板间的夹角来灵活调整乘客下滑速度，该种方法原理与儿童滑梯相似。为使乘客下滑顺畅，柔性滑袋内表面需要有一定的光滑度，此处假设乘客下滑时平均摩擦系数为0.2，并假设乘客下滑间隔为2s。由于缓冲段贴近地面，可认为乘客滑行至该段时已经疏散成功，故不考虑该段滑行所需时间；同时，在地面人员的拖拽作用下，柔性滑袋形成的下滑段滑道接近直线，忽略其挠曲，则疏散时间计算公式为：
T=2Sgsinθ-μgcosθ+2（Q-1）（3）
式中：S为柔性滑袋下滑段长度（m），此处取值14；g为当地重力加速度（m/s2），此处取值9.8；θ为滑梯倾角（°），此处取值35；μ为摩擦系数，此处取值0.2；Q为总疏散人数，此处取225。
由式（3）计算得，采用柔性滑袋疏散225名乘客共需约455s，即7.6min。
2.3.3实用性分析
乘客疏散时，在柔性滑袋半封闭空间内下滑，安全性高，但是该种设备不为乘客熟悉，会增加疏散工作的组织操作难度，并且柔性滑袋需要在地面专业救援人员的参与下才能完成乘客疏散工作，对车厢外条件依赖性高。
3悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施综合评价
3.1评价指标体系
建立如图2所示悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施评价指标体系，该体系主要分为经济性指标、时效性指标、实用性指标等三个方面，分别表示为a1、a2、a3。
经济性指标指悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施所需要投入的资金成本，包括初期建设投资b1和维护管理费用b2两个二级指标；时效性指标包括疏散效率b3和逃生工作展开及时性b4两个二级指标，疏散效率用全部乘客疏散所需时间来表示；实用性指标包括安全性b5、组织操作难易程度b6、对车厢外条件依赖性b7等三个二级指标，安全性反映乘客疏散过程中疏散设施自身的安全性，组织操作难易程度指工作人员组织疏散及乘客使用该形式疏散设施的难易程度；对车厢外条件依赖性反映乘客疏散设施依靠自身条件完成疏散的能力。
3.2综合评价模型
根据前文建立的二级评价体系，依据实际情况，采用9级标度法确定各指标对上一级指标的相对重要度，并构建相应的判断矩阵。
经济性、时效性、实用性为悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施的一级评价指标，由这3个指标相对于悬挂式轨道交通车辆乘客疏散设施的重要程度构建判断矩阵：
A1=11313311311（4）
矩阵中的数值为经济性、时效性、实用性的相对重要度。权重计算公式为：
wi=1n∑nj=1aij∑nk=1akji=1，2，…，n（5）
式中：wi为同级指标对上一层指标的相对权重；aij、akj为所构建判断矩阵中对应元素。
由式（5）分别计算各指标的相对权重，构建权重向量W1=（0.14280.42860.4286）T。根据如下式（6）进行一致性检验：
3.3实例分析
由于各指标评价标准单位不一致，不能直接相加，需先将各指标同一化处理。根据前文分析，确定经济性及疏散效率的分级得分标准，见表8。
采用式（7）所示的分级比例内插法将经济性指标及疏散效率转化为对应的10分制分值，并对其余指标进行10分制打分，结果见表9。
y=yj+1+xi+1-xxi+1-xi×（yj-yj+1）（7）
式中，x橹副晔挡庵担xi及xi+1分别为指标实测值所在分级得分区间指标实测值的下限及上限，且x∈[xi，xi+1]；y为对应指标得分，yj及yj+1分别为指标实测值所在分级得分区间分值的上、下限。
4结论
独立梯道经济性、疏散效率、安全性、组织操作难易程度均较好，但是该设施要求车辆自身在出现事故或故障后仍能够继续行驶，不能保证乘客疏散工作及时展开；高空作业车在各项评价指标得分均低于或等于其他2种落地疏散设施，综合得分仅为6.326，为所研3种落地疏散设施中得分最低者，不建议对悬挂式轨道交通车辆配备此种乘客疏散设备。
与其他2种落地疏散设施相比，柔性滑袋在各项评价指标中得分较均衡，综合得分为7.314，为所研3种落地疏散设施得分最高者，但是该设备仍存在造价较昂贵、需地面救援人员协助，无法独立完成乘客疏散等缺点。
所研落地疏散设施均存在一定的缺陷，亟需研制一种经济性好、疏散效率高、实用性强的悬挂式轨道交通车辆新型乘客疏散设备，从而为该型车辆在国内推广应用提供技术支撑。
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