城市地下空间洪涝灾害中楼梯结构对行人脆弱性的流体力学评估

本文通过计算流体力学(CFD)模拟技术，系统研究了城市地下楼梯在洪涝灾害中的水动力特性及其对行人疏散安全的影响。研究聚焦三种楼梯构型（等截面、扩展截面和超扩展截面）在洪水-风力联合作用下的行人稳定性风险，并评估了防洪挡板(flood blocking boards)、防爆门系统(flood-proof door)等工程措施的防护效果。创新性揭示了楼梯下部宽度变化导致的射流(jet flow)效应（流速达1.2-1.5 m3·s-2时显著增加行人倾覆风险），为韧性城市建设中地下空间防灾设计提供了重要参考。

　　

Highlight亮点发现

本研究首次系统评估了三种楼梯构型（等截面/扩展截面/超扩展截面）在洪水侵袭下的行人脆弱性，揭示了洪水-风力耦合环境中不同人群的疏散速度差异，并验证了防风工程措施对降低风险的潜在价值。

关键发现

1. 楼梯下部宽度变化通过射流(jet flow)效应显著影响行人风险：扩展截面虽能降低整体风险，但休息平台后的高速射流区（流速>1.2 m³·s^-2）仍会加剧局部不稳定性；

2. 风力侵入使行人脆弱性恶化：老年群体在联合作用下的疏散速度较年轻人降低23%；

3. 工程措施效果排序：防风措施（如挡风板）>防洪门系统>沙袋堆叠，最优方案可使行人稳定性提升40%。

研究价值与创新性

通过计算流体力学(CFD)模拟再现了复杂城市环境下洪水-空气两相流相互作用，建立了楼梯几何参数与行人生物力学响应的定量关系，为地下空间"适灾设计"提供了新范式。

结论

研究表明楼梯构型优化与防风工程结合是提升地下空间韧性的关键，建议将射流区流速阈值1.5 m³·s^-2纳入防灾设计标准。未来需进一步研究多人群协同疏散的流体-结构相互作用机制。