大型活动场所周边行人设施测试方法研究＊

武勇彦 魏中华 荣 建 刘小明

（北京工业大学交通工程北京市重点实验室 北京 100124）

国外研究中，美国联邦应急管理局（FEMA）编写了《Special events contingency planning》，对可能引发的事件类型进行了全面地分析，提出针对性的准备和部分经验性的应对原则［1］；澳大利亚、加拿大等国家，也针对人员密集的活动，制定了较为细致的工作指南，指导进行密集人群的现场管理［2－3］；A.E.Berlonghi指 出 要 通 过 可 行 和灵活的组织方法，保障大型活动行人的安全［4］.国内的研究中，陈艳艳、史建港等针对奥运活动特点，提出了初步多层次的交通组织方法［5］；杨霞指出通过审批的核准、隐患排查、制定科学的管理方案和预案，可以避免大型活动中的事故［6］；谢振华等指出人群密度、人群状态、人群构成等因素对大型活动影响，提出管理的主要程序和办法［7－8］.本文对大型活动周边行人设施的测试方法进行了研究，为相关部门制定大型活动周边行人管理方案，提供有力的理论基础.

1 场所周边行人设施测试的必要性

1）行人交通量大，持续时间短，客流峰值高行人高流量与集散持续时间短必然使得场所周边客流峰值很大.据相关部门观测，奥运体育中心中区的客流量达到60 000人／h以上.

2）部分大型活动行人客流高峰与日常高峰重合，使行人设施压力大大增加.如奥运期间，五棵松场馆早第一场比赛开始时间为09：00，大部分观众到达时间为07：00～09：00，与日常步行出行高峰重合.

3）行人交通流大多数处在开放空间下，所需空间较大，较易产生交通混乱.从场所内至路外行人设施，行人交通流受到的空间约束发生改变，由约束空间变为开放空间，行人所需空间急剧变大.部分行人为了追求行人空间，就会步行在非机动车道与机动车道上，这是场所周边行人交通混乱的部分原因所在.

4）场所大多位于城市中心的繁华区域，周边的行人交通设施系统已经基本形成，容量较难扩大，因此，只有通过提高行人管理水平提升行人设施容量，才能满足活动时行人交通需求.

5）周边行人交通行为与交通流较为复杂.行人步行、穿插、逗留、等待、排队等行为同时存在，另外，行人交通流之间、行人流与非机动车流、机动车流的交叉与冲突等，行人交通十分复杂.

基于此，有必要根据大型活动行人交通需求，对周边行人设施进行测试，以制定行人管理预案，提升行人设施容量，满足大型活动行人需求.

2 测试手段的选择

目前，行人设施的测试方法主要有经验法、模型计算法、交通仿真法等3种方法.

经验法主要依据管理人员经验来判断是否行人交通问题以采用管理措施.多为交管人员所用，其具有判断快、费时少等优点，但在需求及边界条件改变后，结果难以判断，且判断过程不直观，措施效果难以评价.经验法适合现场行人交通管理，多为交警人员采用.

模型计算法是指利用行人交通模型来计算设施是否满足需求，以决定采用的改善措施.模型计算法具有精确、直观的特点，但是模型往往假定不同行为之间是相互独立的，而行人行为是相互影响的；当行人设施较为复杂时，计算量大，花费时间很长.该方法适用于行为简单单一的系统，如排队系统等.

交通仿真法利用行人仿真软件对行人交通设施系统建模，将观众需求与行人管理措施转化为输入条件，进行仿真.过程与结果直观、精确；可描述不同行人行为之间的相互影响；可实现与其他交通软件的数据交互，对行人交通与车辆交通进行联合仿真；可测试改善措施效果，从中择优；花费时间较短；但是过于依靠模型行人行为对描述的精确度，同时，参数标定也十分重要.此方法适合于对复杂行人系统及行人机动交通混合系统的测试.

对比三种方法的优缺点及适用范围，决定采用交通仿真法作为行人交通设施测试的基本方法.

3 测试流程

1）活动背景资料收集 包括活动类型、地点、定位、规模及活动时间安排、场所周边交通设施分布及已确定的交通管理措施.这些是行人设施仿真测试的基础资料.

2）行人交通需求预测 包括活动者来源、组成、活动预计出席量、持续时间及集散规律、行人时间需求分布、行人空间需求分布.

（1）活动者组成、来源 活动者组成与来源主要取决于活动的类型、性质、影响力等因素，可参考以往类似大型活动，例如演唱会中，大多数为中青年.

（2）活动预计出席量 预计出席量确定可参考类似的大型活动，也可结合活动的位置、类型、定位、售票价格等因素进行综合预测.

（3）行人时间需求预测 根据行人聚散模型或类似大型活动经验，确定各时段到达的需求总量，如式（1）所示.

式中：Qk为第k个时段活动者交通总量；Q为参加大型活动预计出席总量；ηk为第k个时段的活动者到达比例.行人交通量是场所周边活动者与社会背景行人交通量之和.

（4）行人空间分布预测 根据场所周边交通设施的位置，确定步行流线起讫点；根据设施容量及停靠的公交线路等因素，确定场所步行起终点的行人OD.

一般情况下，场所周边的行人OD需叠加参加活动的活动者的OD与日常周边的行人OD.

式中：Qij为起点i与终点j之间行人交通量；Qij－b为起点i与终点j之间背景行人交通量；Qij－h为起点i与终点j之间参加活动的行人交通量.

对一些宣传、街头舞蹈类别的大型活动，需预估可能吸引的驻足观看行人交通量.

3）确定测试时段、仿真时段与测试范围 一般情况下，选择场所周边行人客流最大的时段作为仿真测试时段.仿真时段除包括测试时段外，还应该包括在仿真软件中加载行人交通量的过程，因此，仿真时段比测试时段长一些.增加的时间为开始前与结束后，各增加最远起讫点之间的平均步行时间.仿真时段一般为可以选择5min的整数倍.

式中：t为仿真延长或提前的时间段；l为相距最远的起终点之间的距离，m；vfoot为行人的平均步行速度，m／s.

仿真范围应考虑大型活动出入口位置、客流主要方向、周边公交场站、停车场位置、行人设施等.

5）场所周边行人设施建模及参数标定 参数标定中，首先要标定行人交通组成、行人自由流步速、不同区域速度分布、等待区的等待时间分布、行人评价标准体系等，同时，将行人OD、不同区域行人行走规则进行标定，还要将周边现有的交通管理转化为仿真条件进行标定中，例如交叉口人行横道处要设置行人等待区.

在行人评价标准体系中，同类型的行人区域，若存在不同类型的约束条件，应采用不同的标准，例如是否有人引导，是否有硬件约束，另外，可设置行人安全界限标准，以此作为必须采取改善措施的依据.

6）校验模型及仿真过程 在仿真之前要对建立的模型进行校核，与行人行为进行对照，观察仿真过程中是否出现失真，并对仿真模型进行调试，直到与行人交通行为较为相符为止.

7）仿真结果分析 根据视频或图形文件进行初步分析，然后结合数据图表文件进行深层次分析.结合生成的仿真视频，可以判定场所周边是否出现拥堵、拥堵的严重程度、拥堵开始与结束的时间；依据生成的全局及局部区域的行人最大密度及平均密度图表，可以确定仿真区域的行人服务水平数据情况，以及改善后是否有明显效果.

8）提出行人改善方案并反复测试 根据仿真结果，结合仿真区域行人服务水平状况，提出周边行人交通改善措施.将措施抽象转化为行人仿真软件的输入，并重新标定仿真模型，多次进行场所周边行人仿真，得到行人交通控制措施的效果.若满足要求，则作为最终方案；若不满足要求，则修改行人交通管理方案，重新仿真，直到场所周边行人交通设施达到要求为止.

9）形成行人交通改善方案 综合场所周边的行人交通改善措施，形成行人交通改善方案.

4 实 例

以奥运时北京工业大学体育馆某晚上比赛为例，对场所周边的行人交通设施进行了测试，应用了以上方法.测试软件选用Legion行人仿真软件.

经资料收集与调查，行人总需求为4 906人；场馆有2个出口；周边有四方桥西、四惠专线、双井专线、北京工业大学南门4个公交站点；行人道可利用宽度一般为3.5m，四方桥西站点处为1.1 m，其他公交站点处为2.5m；场馆周边没有停车区域.

观众来源较为复杂，以国内为主.取0.5h为划分时段，进散场观众比例划分如表1，表2所列.

由于学校周边没有其他相关行人吸引设施，行人很少，因此，忽略背景行人交通量.观众各时段到达与离开量就是行人交通总量.

表1 进场各时段行人交通量

表2 散场各时段行人交通量

散场第2时段行人流量较大，确定为测试时段，仿真时段考虑步行时间后为40min.

散场时，周边吸引点主要为公交站点，预测得到场馆周边OD见表3.

表3 场馆周边行人交通OD表 人

根据仿真结果，区域大部分处在E级服务水平.考虑到人行道对行人没有任何硬约束，为开放空间，服务水平偏低；在东门西侧四方桥公交站点处出现了F级服务水平，最大行人密度为1.86人／m2，见图1，图2.

图1 东出口西侧最大密度图

图2 改善前东出口西侧密度变化图

针对以上问题，提出建议：（1）建议快速调度公交车辆，减少东出口西侧四方桥西公交站点等待的乘客量，让出部分站点作为行人通道；（2）人行道边界设置简单的警戒线约束行人，将行人开放空间改变为约束空间.

重新标定模型参数，再次仿真重点分析区域仿真结果如图3、图4所示.

图3 改善后东出口西侧最大密度图

图4 改善后东出口西侧密度变化图

改善后，东出口西侧人行道的服务水平提高到E级以上，密度降为1.20Per／m2，见图3、图4.

奥运期间，对场馆周边比赛散场的行人交通进行了观测，得到结果如下：（1）两出口之间的行人交通状况与仿真的情况较为相符；（2）东出口西侧人行道，服务水平较低，没有采用任何行人约束措施，部分观众在非机动车道上行走，造成了行人较为混乱.

5 结束语

根据大型活动场所周边行人客流特点与行人设施特点，分析行人设施测试的必要性；在此基础上，分析了行人设施测试的三种方法的优缺点，选定了交通仿真法作为大型活动场所周边行人设施测试的方法；结合行人软件仿真过程，给出了大型活动场所周边行人设施的测试流程，并以北京工业大学场馆为例，进行了行人设施测试，得出了改善措施，并经奥运验证.

［1］Federal Emergency Management Agency （FEMA）.Special events contingency planning［R］.America：Washington 2002.

［2］Beaulieu P，Marchand J F.Evacuation procedures in densely populated areas－list of planning responsibilities：general planning model［R］.Office of Critical Infrastructure Protection and Emergency Preparedness，Government of Canada，1995.

［3］Emergency Management Australia.Safe and healthy mass gathering，manual 2：a health，medical and safety planning manual for public events［R］.Volume 2，part III of Australian emergency manuals series，1999.

［4］Berlonghi A E.Understanding and planning for different spectator crowds［J］.Safety Science，1995，18（4）：239－247.

［5］Shi J，Chen Y，Rong J，Ren F.Research on pedestrian crowd characteristics and behaviors in peak time on Chinese campus［C］.／／Proceeding of 3rd Conference on Pedestrian and Evacuation Dynamics，PED.Vienna Austria，2005：79－90.

［6］杨 霞.大型活动安全管理存在的问题及对策［J］.北京人民警察学院学报，2005（4）：24－26.

［7］谢振华，孙 超，杨 琳.大型活动密集人群的风险分析与管理［J］.中国公共安全：学术版，2006（4）：40－43.

［8］李 旸.大型人群密集活动行人交通影响分析［D］.北京：北京工业大学建筑工程学院，2008.