随着城市的扩张及公共交通的迅速发展,地铁作为一种大运量公共交通工具承担了非常庞大的客流,以至于在早晚高峰期间某些地铁站几乎达到饱和状态。地铁站内一旦发生灾害事故,饱和状态的空间环境使乘客疏散异常困难。此外,地铁站一般位于地下,埋置深度约为10m-30m,灾害事故下站内乘客需克服自身重力向地面逃生,这更加增加了乘客疏散难度。在所有地铁灾害事故中,火灾事故贯穿整个地铁发展历史,发生次数较多,并且一旦发生火灾,所造成的乘客伤亡及经济损失是无法估计的。近些年,国内外学者对地铁火灾开展了较多的研究,一般是利用商业火灾模拟软件及行人仿真软件直接进行火灾模拟及乘客疏散仿真。此技术手段可以极大地缩减成本预算、降低实施风险,但是乘客疏散仿真结果可靠性存在一定问题,因为火灾场景下乘客的行为难以获得。虚拟现实(VR)技术为参与者沉浸至虚拟现实场景中提供了可行的技术手段,近些年逐渐被用于应急演练领域,若将其应用至地铁火灾疏散研究中可以更加真实地研究乘客的疏散行为。基于以上背景,本文主要集成地铁火灾模拟研究、行人微观仿真研究和VR技术研发“虚拟现实城市轨道交通火灾疏散仿真演练平台”,基于本平台以北京地铁6号线青年路站为例开展地铁站台火灾乘客疏散研究。本文首先对美国NFPA-130(以下简称NFPA)、中国台湾捷运规范(以下简称中国捷运规范)及《地铁安全疏散规范》(GB/T 33668-2017)(以下简称国标疏散规范)中涉及地铁站台火灾乘客疏散的内容进行总结对比,主要从疏散乘客量的计算、关键设备设施的通过能力及必要疏散时间标准等几个方面展开。然后以青年路站为例,分别基于美规、中国捷运规范及国标疏散规范计算青年路站站台发生火灾时的乘客必要安全疏散时间,并对三部规范的计算结果进行了评价分析。其次以青年路站为例分析总结了地铁车站内的通风排烟设备以及站台、站厅火灾的环控措施,然后采用火灾模拟软件Smartfire搭建青年路站有限元模型,根据环控条件的不同设置7种工况,以温度和烟气为评价指标对不同工况的火灾模拟结果进行对比评价,最终提出站台火灾的最优通风排烟模式。之后,在经典社会力模型的基础上提出了改进的预测碰撞社会力模型以完善行人之间行为的仿真,结合火灾特性提出了行人的火灾属性及状态,类比行人碰撞规避提出了行人预判火灾规避机制。最后对上述模型进行参数标定,最终构建了能够自主感知物理空间环境、火灾并对其做出自主反应的社会力-智能体行人模型。然后基于Unity3D开发环境、3ds Max渲染工具等进行青年路站虚拟场景搭建和虚拟现实仿真系统开发,融合上述地铁站火灾模拟数据、改进的社会力-智能体仿真模型,设计了系统UI、逻辑架构及系统功能架构,最终开发了多功能的“虚拟现实城市轨道交通火灾疏散仿真演练平台”。最后借助本虚拟现实系统建立三个典型场景:场景1站台无火灾、场景2站台最左端电扶梯着火不限制其一旁的扶梯使用及场景3站台最左端电扶梯着火限制其一旁的扶梯使用。然后分别对这三个场景进行乘客疏散仿真,观察并记录整个乘客疏散的进程和结果,最终对青年路站的疏散情况做出完整的评价。本文在地铁站台火灾模拟研究、微观行人仿真研究的基础上研发了“城市轨道交通虚拟现实疏散仿真演练平台”。以地铁青年路站为例,借助本平台设置疏散仿真场景,仿真并进行结果评价,证实本系统具有较高的实用性。