地铁车站人员疏散仿真研究与应用

贾崇强 孟亚东 郭华军

地铁车站人员疏散仿真研究与应用

贾崇强 孟亚东 郭华军

摘 要：针对地铁运营网络化需求，对换乘车站设施设备进行分析，结合社会力模型，利用AnyLogic软件对突发事件人员疏散进行建模仿真，计算高峰状态下，行人疏散所需时间，查找各疏散通道仿真时间，并进行二次优化，寻求人员疏散最短时间，进一步提高地铁运营企业突发事件应对的可控力。

关键词：地铁车站；行人疏散；仿真

贾崇强：天津职业技术师范大学汽车与交通学院，研究生，天津 300222

0　引言

地铁以其运量大、运营空间独立、乘客舒适度高、方便快捷等一系列优点，成为解决大都市交通拥堵的有效方式。

但地铁运营空间封闭且狭小，通风条件差，一旦出现突发事件难以进行有效救援。部分城市实施车牌限号措施，致使地铁客流量显著激增；设备系统不稳定；大量新人上岗；网络化运营管理经验较缺乏；社会不稳定等因素给正常运营带来严重威胁[1]。因此，突发事件下的人员疏散研究尤为必要。目前，各地铁运营企业都以突发事件应急预案为基准，定期开展突发事件应对演练，基本满足“以防为主、治救结合、综合治理”的安全工作总方针。

1　建模需求

人员疏散建模仿真是通过计算机系统集成行人模型，运用系统动力学理论，模拟真实环境下的乘客行走路径。现代仿真技术逐渐迈向模块化、对象化、智能化，具有精度较高的特征。通过计算机虚拟仿真，结合地铁运营企业应急演练，可以有效地检验应急预案及演练方案的可行性，同时对于出现人员疏散瓶颈的区域进行优化改进，进一步提高企业突发事件应对的可控力[2]。

1.1车站设施设备

与地铁车站人员疏散相关的主要设施设备包括通道类设施及信息类设施。通道类设施包括：出入口、站台、站厅、通道、楼梯、扶梯、闸机、防火门等；信息类设施包括：静态运营服务标识、动态信息显示标识等[3]。

1.2社会力模型

社会力(Social Force)的概念是由Helbing等人1951年提出的[4]，是以一种虚拟的方式代表行人的社会心理以及行人之间、行人和环境之间的相互作用。社会力模型是连续的微观仿真模型，认为行人在运动过程中受到行人运动驱动力、行人运动排斥力和行人运动吸引力三者的影响。它把人视为椭圆体，相比其他模型精确度较高，参数有物理意义且可被测量，更真实地反应了行人交通特征。

2　人员疏散仿真建模

2.1建模软件

AnyLogic是一款典型的集成社会力模型的仿真软件，它支持几乎所有现有离散事件和连续建模方法，能够比较真实地反映突发事件时影响人员疏散的各种因素，比如环境、人员的心理和生理情况、人员间互相作用及各种安全设施对人员疏散的影响。由基础仿真平台和企业库等组成，行人仿真主要依靠其行人库实现[5]。

2.2仿真系统组成

仿真系统一般由资源网络模块、流程处理（逻辑）模块、动画模块3部分组成。

资源网络模块主要用于模拟车站乘客集散过程中车站设备的利用情况，主要包括乘客疏散流程（图1）。

流程处理模块主要是为了模拟乘客集散的具体处理过程。车站集散流程对行人流与列车流进行模拟，行人流又包括进站流及出站流。根据资源网络模块对进出站乘客流程的分析在软件中嵌入对象（图2）。

动画模块则是为了直观地反应客流在车站内移动的情况。该模块结合资源网络模块实现车站乘客集散实际过程的直观再现，运用AnyLogic的布局模块构建动画组，按照类型分别定义各个分区节点（包括通道、检票闸门等）的位置以及行人流的路线。

图1　乘客疏散流程图

图2　软件行人疏散逻辑模块图

3　应急疏散仿真及分析

依据前述社会力模型和Anylogic软件的分析，以天津地铁营口道站为例，针对高峰时期发生的突发事件，建立客流疏散仿真模型并进行模拟，寻找疏散时的瓶颈及问题，进行优化并提出解决方案。

3.1仿真车站简介

营口道站位于天津市和平区营口道与南京路交叉处，是地铁1号线与3号线的换乘站。由位于道路南北两侧的出入口、地下站台、地下站厅、地面集散厅、地面风亭和地面变电站所组成。站厅及1号线站台位于地下1层，3号线站台位于地下2层。1号线是侧式站台，站台宽度5.5 m，并设有半高安全门。3号线是岛式站台，设有全高屏蔽门。该站共设6个出口，较好地满足了人员疏散仿真的需求。上行双林方向平面布局图如图3所示。

3.2仿真参数设置

参考GB50157-2013《地铁设计规范》[6]及文献[7～8]，设置仿真参数如下：通道行人速度为1.61 m/s、步行楼梯行人速度为0.65 m/s、自动扶梯行人速度为0.35 m/s，行人仿真投影服从[0.2,0.3]上的均匀分布。

天津地铁1号线车辆为B型车，按照6节车厢编组，每节车厢可乘载245人。仿真假设为高峰极端状况，设定列车共载客1 100人，站台及通道滞留人数370人。

营口道站上行方向的疏散通道长度设置如下：通道1长18.8 m、通道2长37.6 m、通道3长50.2 m、通道4长69.2 m。

3.3仿真过程及结果分析

地铁车站人员疏散仿真模型主要应用Anylogic软件中的行人模块，如行人产生模块、行人走行模块、行人终点模块、设置模块、行人服务模块、行人选择模块等。

将现有的营口道站厅层平面图导入Anylogic中，然后按照真实的分布对其进行修改，主要增加了围墙、扶梯、自动售票机、人工售票台、闸机等，再按照真实的客流顺序连接好相应模块，进行调试。

仿真假定在地铁1号线上行方向营口道站发生突发事件（如暴力恐怖事件），如图3所示，需要将该站该列车所有车厢乘客安全疏散至B、C口，其中C口分为C1、C2口。

3.3.1优化前仿真结果分析

运行仿真程序，结果显示如表1所示。表1中通道1疏散人数245人，疏散时间最短，仅为99.2 s；通道2以及通道3疏散人数相当，都为490人，但通道3疏散时间为220.8 s，疏散时间较长；通道4疏散人数245人，疏散时间为208.2 s。人员疏散结束时间是由各通道疏散时间的最大值为条件的，因而人员仿真疏散时间为通道3的疏散时间220.8 s。

行人疏散仿真过程中，站台行人主要通过各车厢车门前行至各疏散通道。列车6节车厢共有12个车门均匀分布在站台，行人按照最短路径前行至各疏散通道。通过仿真数据，可以直观的得到通道1疏散时间最短，其余通道疏散时间相当。

图3　营口道站上行双林方向平面布局图

表1　优化前各通道疏散行人数及时刻表

表2　优化后各通道疏散行人数及时刻表

图4　优化前行人疏散仿真结果示意图

3.3.2优化后仿真结果分析

根据以上仿真结果，优化方案主要针对通道2及通道3的疏散人群，具体措施为：通过站台安全管理人员、站厅值班人员引导指示及广播系统进行滚动语音播报等干预措施进行人群疏散二次分流。将站台车门5、6即将通往通道2的部分疏散人群分流至通道1；将站台车门7 ～12即将通往通道3的部分疏散人群分流至通道4，加快疏散人员时间。

再对优化方案进行仿真实验，运行仿真程序，结果显示如表2所示。

通过比较优化前与优化后的通道疏散行人数及时刻表（表1、表2）、疏散仿真结果示意图（图4、图5），可以得到整体行人疏散时间降至178.2 s，比原方案减少42.6 s，极大提高了行人疏散时间。优化后各通道没有太大的拥堵区域，疏散人员数量基本维持在350～390人之间，疏散时间大体相当，处于147.5 s至178.2 s之间，基本满足突发事件条件下的人员疏散要求。合理的进行人工干预措施，加快疏散人员出站，减少疏散时间，减轻由行人选择最短路径的自发现象造成的拥堵。

图5　优化后行人疏散仿真结果示意图

4　结语

运用AnyLogic仿真软件对地铁站内突发事件进行行人疏散仿真，得出初始仿真运行时间，针对出现的空余通道进行优化再仿真，最终得到完全疏散行人流的最短时间，为地铁运营安全部门提供客观的决策数据支持，同时将该研究结果运用至地铁运营突发事件应急预案演练实际中，将极大地减少实际演练中的较为被动的决策，为疏散行人提供了科学可靠的新的工作模式，具有省时省力、资源节约的特点。

参考文献

[1] 郭华军. 天津城轨网络化运营安全管理思考与探索[J]. 科技创新与应用，2012(32)：65-66.

[2] 李得伟,周玮腾. 城市轨道交通枢纽客流仿真辅助决策技术与实践研究[J]. 铁道标准设计，2012(12)：1-4.

[3] 解慧. 城市轨道交通车站疏散能力瓶颈识别及仿真研究[D]. 北京：北京交通大学，2012.

[4] Helbing D, Molnar P. Socia-l Force Model for Pedestri-an Dynamics[J]. Physical Re-view E，1995，51(5)：4282-4286.

[5] XJ Technologies. Anylogic pedestrian library tutorial[G]. Stetersburg，Russian Federation，2009.

[6] GB 50157―2013 地铁设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社, 2013：50-55．

[7] 杨涵, 伍梦欢, 张含笑, 等. 地铁换乘站不同设施区域乘客走行速度分析[J]. 交通运输系统工程与信息，2011，11(增1)：140-145.

[8] 李洪旭,李海鹰,樊校,等. 基于Anylogic的地铁车站集散能力仿真分析评估[J]. 铁路计算机应用，2012，21(8)：48-50.

责任编辑 凌晨

Study and Application of Simulation of Personnel Evacuation in Metro Station

Jia Chongqiang, Meng Yadong, Guo Huajun

Abstract:Aiming at the metro operational network demand, the paper carries out the analysis on station facilities and equipment, using the social force model and the AnyLogic software to conduct emergency evacuation modeling simulation. The paper makes calculation of the peak state, pedestrian evacuation time required, the evacuation time simulation for all exits, and conducts second time optimization for the shortest evacuation time, and further improves the emergency response capacity of the metro operators.

Keywords:metro station, personnel evacuation, simulation

收稿日期2014-06-19

中图分类号：U231.92