行人仿真技术在大型活动行人交通评估中的应用

卢丹琳

摘 要：在人群集聚性的大型活动散场中，行人流量在有限的物理空间内高度聚集，存在排队拥挤和流线交织的现象，出现疏散效率下降和潜在安全隐患等。以澳洲布里斯班皇后码头烟花活动为例，针对人群疏散行为和动态拥挤特性，通过Legion软件建立动态的行人疏散仿真模型，对模型运行状况和步行空间尺寸进行研究分析，找出交通组织方案和步行空间设计的风险点，对后续的设计方案更新和交通管理措施提出优化建议，以保障此类大型活动行人疏散的安全性、便捷性和高效性。

关键词：行人仿真模拟;大型活动;安全保障;服务水平;方案优化

0 引言

随着社会和经济的发展，各类人群集聚性的大型活动日益增加，对行人步行空间设计的安全性、舒适性和高效性提出了更高的要求。在大型活动的场所，各类设施都需要满足行步的需求，人们采用步行的方式参与活动，行走的服务水平直接关系到了活动的质量[1]。在传统的行人交通分析中，采用静态计算和定性分析进行评估，缺乏可视化和多层次的定量分析。随着计算机科技的不断发展，行人交通仿真作为新兴技术，补充了可视化模拟和定量化分析，为方案的优化及改善提供技术支撑。因此，如何科学有效地建立、优化及评估大型活动仿真模型成为了相关领域研究的焦点，越来越受到广泛的关注。

1 大型活动行人仿真方法及流程

由于大型活动人员密集，需要有效的进行行人交通组织、设施及管理方案设计及现场控制，以提供良好的活动过程行人交通服务。设计、规划和管理控制上的问题，容易造成参加人员的不便。甚至会对活动中参加活动的人员形成安全隐患[1]。各级政府和开发机构也对大型活动期间的行人交通评估逐步重视起来。以澳洲布里斯班皇后码头烟花活动为例，布里斯班政府要求对超大客流量的烟花活动进行行人交通评估，来保障活动期间行人疏散的安全性和高效性。

烟花活动疏散模型采用的是Legion行人仿真软件，该软件能够仿真行人步行运动，并考虑到行人相互间的作用和与周围环境中的障碍物之间的作用。在烟花活动疏散过程中，滨河观赏区的人流向有限的步行疏散区高度聚集，存在排队拥挤和流线交织的现象，通过Legion软件可以动态模拟及定量评估疏散工况下的行人步行特性。

烟花疏散行人仿真流程包括：（1）图纸解读：根据图纸及现场资料，对步行空间进行类别区分和路径判断;（2）交通需求预测：根据视频采集法和步行空间分类法，来综合预测烟花活动的人流量;（3）模型参数设定：在模型中设定客流特征（客流类型、客流比例、步速等）、客流OD数据、客流疏散规律等信息;（4）步行空间建模：根据步行空间范围（包括扶梯、台阶、平缓/斜坡步道、过街人行横道等）进行空间建模;（5）仿真模型调试、校核与运行：初步模型完成后，开始仿真运行，再不断进行校核和调试;（6）仿真模型分析：根据模型输出的动态视频和定量图表（最大密度图、空间利用率图、步行疏散时间等），找出交通组织方案和步行空间设计的风险点及其成因;（7）方案优化及建议：根据模型分析结果，制定出步行空间设计与交通管理措施等优化方案。

2 烟花活动的人流需求预测

皇后码头片区是集旅游、休闲和娱乐为一体的综合度假片区，内部有大量穿梭在建筑群之间的步行空间。烟花活动的交通需求预测有别于其它建筑内部活动的人流测算，例如大型体育场有既定的观众上限，而烟花活动则需要基于视频采集法和步行空间分类法，来综合预测总客流量。

视频采集法通过使用摄像机拍摄录像，对相关的观察性数据进行分析，包括流量和密度等，分析行人流特性。行人密度的计算是当该行人大约处于该区域的中间位置时，计算该区域的人数与面积的比值。根据视频采集法，观测出聚集度最高的人流密度不超过平缓步道的D级水平。

观众客流量根据各区域的视野限制和空间环境来综合确定，以D级服务水平为基准，采用空间占用比例来进行需求预测。根据观赏区域的空间条件，将空间占用比例参数应用于这些区域，包括：（1）85%空间占用：不受视野限制，没有或很少街道家具和景观;（2）75%空間占用：部分视野限制，有少量街道家具和景观;（3）45%空间占用：视野受限较高，有少量街道家具和景观（见图1）。所有行人小区的人流量合计为52 664人，即为烟花活动的总客流量。

3 行人疏散仿真模拟对规划设计的意义

3.1 行人仿真模型结果分析

根据模型中各时间段的步行平均密度图和整体疏散时间，同时结合动态模拟的运行情况，识别出模型中的行人活动区域的关键点。观察这些关键点是否存在因服务水平过低而影响交通便利及安全的情况。行人服务水平采用的是Fruin教授提出的国际步行空间服务水平标准（见表1）。

3.1.1 平均密度图分析

平均密度图采用排队情况下的服务水平进行评估。在开始疏散的前15分钟内，大部分区域服务水平为D级，只有小部分区域因人流时而汇集时而分散而出现E级，属于正常现象。在15～30分钟时间段，在观赏区与威廉大街衔接的步行台阶处出现服务水平E/F级的瓶颈点（见图2），比前15分钟要更为拥堵，主要是因为更多人步行涌入皇后码头北侧的威廉大街，而此步行台阶的宽度不满足疏散时的交通量。在30～45分钟时间段，中心区的赌场内仍有人流乘坐电梯或扶梯至地面层进行疏散，此类人流对滨河观赏区的人流疏散的影响不并大。模型运行45分钟后观赏区人流全部疏散完，仅在与威廉大街衔接的步道台阶区域有小部分人流还在疏散中。

3.1.2 疏散时间分析

通过对模型内各时刻人流量的统计，反向推算出步行疏散时间。模型初始阶段人流量为52 664人，运行45分钟后疏散了93.5%人流，运行1小时后疏散99.7%人流（见表2）。由此看出烟花活动的总体客流可以在1小时内全部疏散完。

3.2 对工程设计的评估和优化建议

基于Legion软件的模型分析结果，对工程设计的整体评估和优化建议如下：

（1）现方案交通组织的整体疏散时间可接受：烟花活动总客流为52 664人，在烟花活动结束时按一定的离散时间规律进行疏散，仿真模型中的所有人流可以在1小时内全部疏散完，说明现方案的步行空间布局和整体疏散路线能够满足预测客流量。

（2）拓宽与威廉大街衔接的步行台阶：在模型运行中，在与威廉大街衔接的步行台阶处出现E/F级服务水平。主要是因为较多人流选择些路径，同时台阶宽度较窄，其通行能力较难满足短时间簇拥而来的拥挤人流。因此建议将步行台阶根据流量要求，由原来的7 m拓宽至14 m。

（3）威廉大街采用禁止车行通行的管控措施：现方案模型中，威廉大街禁止车行通行，行人无需等红绿灯可以直接穿行马路。在此条件下威廉大街的平均密度图仍会出现C-D级的服务水平，因此建议后续继续实施这一临时性交通管控措施，以防止行人频繁等绿灯增加该区域的排队和拥堵。

4 结论

大型活动行人聚集效应明显，尤其是进场和散场时，行人交通流量大，密度高，存在多处行人瓶颈和行人流交织区域，不安全因素较多[2]。以澳洲布里斯班皇后码头烟花活动为例，运用行人仿真软件构建烟花活动人行疏散模型，通过输出的动态运行情况和定量分析结果，找出整个疏散模型中的步行空间的关键点，对步行空间尺寸进行优化设计，客观评估步行网络是否能满足大规模人流的疏散要求。通过研究，仿真分析可对大型活动行人交通运行安全保障进行有效的动态评价，为相关方案的优化及改善提供技术支撑，从而保证大型活动行人组织的安全性、便捷性和高效性。

参考文献：

[1]史建港.大型活动行人交通特性研究[D].北京：北京工业大学，2007.

[2]吴娇蓉，陆苏刚.大型活动行人交通仿真[J].交通与运输，2013（7）：44-47.