基于动态标识引导的地铁车站客流应急疏散仿真研究

丁阳阳 杨大志 田雨晗 于晓桦

摘要：为提高地铁车站应急疏散效率，提出以动态标识为手段的控制变量分析方法，研究疏散时间与疏散速度、疏散时间与闸机组闸机数之间的关系。Anylogic仿真实验结果表明：最优疏散速度为1.7m/s，疏散时间为315.54s，比1.4m/s的疏散时间少10s；不同测试速度下，6个闸机的疏散时间最短。因此，动态标识能够有效提高疏散效率、减少瓶颈点拥堵、保障疏散安全。

关键词：动态标识；应急疏散；控制变量法；Anylogic仿真

中图分类号：D631.6      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）03-0006-03

地铁作为新兴的城市交通工具，不仅有效解决城市居民的出行需求，还可以缓解城市交通的压力。然而在突发情况下，随着地铁站内部客流急剧增加，车站设施服务能力稳定性下降，极易引发客流事故，甚至存在危害乘客生命的安全隐患。因此，需要研究动态标志引导下疏散速度对疏散时间的影响，以及闸机数对疏散时间的影响。

通过仿真软件模拟地铁应急疏散，能够对客流疏散研究起到积极作用。刘鑫[1]分析地铁站火灾情况下，人员疏散的影响因素；陈卫平等[2]研究楼梯宽度对站台层人员疏散时间的影响；林静等[3]采用Anylogic仿真验证行人密度是影响地铁站疏散能力的关键因素；杜鹏飞等[4]在元胞自动机模型基础上引入人员对疏散行为动态选择的过程，通过相关应急设施来确保疏散安全与疏散效率；周百灵等[5]从站台层疏散口优化、站厅层出入口优化、管理措施优化三方面提出地铁站疏散优化建议。随着现有的标识标牌无法满足地铁快速高效安全疏散的目的，有学者针对此问题提出将动态标识应用于地铁。赵佳璐[6]基于标识动态化，提出现今北京地铁导航系统的优化与再设计；石灵灿[7]则是在相关国家标准的原则下进行地铁站点的消防应急照明和疏散指示系统设计，为以后的运营管理和维护提供极大便利，有效降低人工巡查和维护难度。

现有文献虽然对于如何提高疏散效率、疏散的影响因素以及疏散标识标牌系统做出许多研究，但是对于一些影响因素的研究比较片面，对于在动态标识引导下各影响因素与疏散效率之间的关系研究不足。因此，本文利用Anylogic仿真软件，研究在动态标识牌的引导下，大客流整体疏散速度与疏散时间的关系，以及不同疏散速度下改变闸机数对疏散时间的影响，从而得出中间站最优大客流疏散速度和最优闸机数设置，为客流疏散提供参考。

1 动态标识引导方法

地铁站不但有进站引导标识，还有应急情况下的疏散标识。目前地铁站的疏散引导标识在紧急疏散时仍存在明显不足，需要大量人工引导。为解决这一问题，可增设更加全面的疏散标识或设计新型动态疏散標识，并将其设置在疏散瓶颈点处，有针对性地引导疏散。动态标识是一种标识中的全部或部分信息根据不同的情况发生改变的标识。将动态标识应用于疏散，利用大数据互联网等技术实时反映疏散情况，能够提供疏散必要信息，为应急疏散提供更多保障。

控制单一变量法是在实验过程中只改变一个变量，而其他变量保持不变，以便能够准确地确定变量之间的因果关系。由于单一控制变量法能够提高实验的可靠性和准确性，本文将基于控制单一变量法，在瓶颈点处设置动态标识的前提下，研究疏散速度与疏散时间的关系、闸机组闸机数与疏散时间的关系。

2 模型构建

2.1  仿真模型

济南地铁3号线的奥体中心站的基础设施设计参数为：站台长度为120m，宽度为14m，高度为3.2m；车站总体长度354.6m，标准段总宽度22.9m。列车乘客和站台层疏散人数取800人；站厅层付费区候车人数300人，非付费区滞留人数70人。国内外对乘客在地铁内通道的步行速度做了大量研究，该实验中速度取1.4m/s；乘客通过步梯的速度则取0.7m/s。《地铁设计规范》[8]中指出：车站站台公共区域的楼梯、自动扶梯、出入口通道，应满足当发生火灾时在6 min内将远期或客流控制期超高峰小时，一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区的要求。

根据奥体中心站的相关设计参数，在Anylogic中按照规定比例进行仿真建模。疏散路线只考虑两个出站闸机和全部步梯，即所有方向自动扶梯与电梯、进站闸机全部停用、禁止通行。疏散流程如图1所示。

2.2  方案设计

在有动态标识提示情况下，对客流整体疏散速度与疏散时间的关系、闸机数与疏散时间的关系两个实验进行方案设计，其中动态标识的具体位置设置在步梯上方的玻璃上以及出站闸机上方。三种动态标识如图2所示，其中左图为畅通状态，绿色显示；中间为拥堵状态，橙色显示；右侧为禁止通行状态，引导其他路径疏散，红色显示。具体方案设计如下：

可变速度实验：研究固定动态标识位置条件下客流整体疏散速度与疏散时间的关系时，将闸机组的闸机数量设置为固定值，即现有情况为每组6个闸机，按照相应的逻辑顺序进行疏散。变量为不同的疏散速度：速度取值范围为1.4～2.0m/s。每种疏散速度均进行50次实验，取其平均值作为相应疏散速度下的疏散时间。最后对疏散速度与对应的疏散时间方案的实验结果进行分析，得到最优的疏散速度。

可变闸机数实验：该实验选取的疏散速度为正常速度与最优速度两种情况。研究固定动态标识位置条件下闸机组的闸机数量与疏散时间的关系时，将疏散速度设置为固定值，即正常速度或者最优疏散速度。变量为不同的闸机数：闸机组的闸机数量取值范围为6～8个。每种闸机数量均进行50次实验，取其平均值作为相应闸机数量下的疏散时间。最后对闸机组的闸机数量与对应的疏散时间的实验结果进行分析，得到最优闸机数。

2.3  仿真实验

可变速度实验如图3所示；可变闸机数实验如图4所示。

3 仿真结果分析

3.1  可变速度实验结果

可变速度实验的实验结果如图5所示，所有速度的疏散时间分布在240s～360s区间内，所有结果均满足疏散要求。

为比较不同速度下的疏散时间，对所有实验结果取算数平均值得到表1。在有动态标识引导的条件下，以正常1.4m/s速度疏散时，疏散时间为325.14s；而最优疏散时间是在疏散速度为1.7m/s时发生的，最优疏散时间为315.54s。其中最优疏散时间較现状疏散时间少10s左右。随着动态标识引导速度的增加，疏散时间会减少，到达一个最低值后，疏散时间增加最后趋于一个稳定值。可变速度实验的瓶颈点在步梯入口和出站闸机处，瓶颈点的拥堵程度对疏散时间影响很大。随着速度的增加，短时间内到达出站闸机瓶颈点的人数会增加，密度增大，乘客疏散速度满足与闸机组服务达到饱和；随后疏散速度对疏散时间的影响可以忽略。

3.2  可变闸机数实验结果

对比两组可变闸机数实验疏散时间的平均值，如图6所示。当闸机数为6个时，不论速度为多少，其相应的疏散速度明显低于其他闸机数实验的疏散速度。由此，在设置闸机时优先选择6个闸机。

4 结束语

为尽可能缩短客流应急疏散时间并研究其影响因素，利用Anylogic进行地铁站疏散仿真。通过两个控制单一变量的实验，可以得到疏散时间和疏散速度、闸机数这两个因素之间的关系。并不是疏散速度越快疏散时间越短，并不是闸机数越多疏散时间越少，他们之间的关系是非线性的。虽然在大客流疏散时无法让乘客以最佳步速疏散，但可以利用动态标识诱导乘客加快步伐，让客流整体速度接近最佳速度。而对于闸机组闸机数的研究结果表明现有6个闸机数不但能满足疏散要求，而且有利于疏散。因此建议地铁站点在利用现有资源疏散的前提下，设置动态引导标识，提高疏散效率。

参考文献

[1]刘鑫.地铁车站火灾和人员疏散仿真模拟技术发展分析[J].今日消防，2020，5（4）：6-7.

[2]陈卫平，胡煜文，骆立刚，等.楼扶梯宽度对地铁站台人员疏散时间的影响研究[J].今日消防，2022，7（8）：12-14.

[3]林静，魏振宇，胡盛斌，等.基于改进社会力模型的地铁大客流疏散能力研究[J].中国安全生产科学技术，2022，18（7）：207-212.

[4]杜鹏飞，刘晓斐，刘贞堂，等.基于元胞自动机的极端降雨下地铁疏散模拟[J].中国安全生产科学技术，2022，18（12）：5-11.

[5]周百灵，徐亮，毛前军.突发性客流地铁站点的疏散设计优化研究[J].中国安全生产科学技术，2022，18（10）：189-193.

[6]赵佳璐.动态标识在地铁导视系统中的应用研究[D].北京：北京交通大学，2021.

[7]石灵灿.消防应急照明和疏散指示系统在地铁中的设计应用[J].中国设备工程，2023（9）：108-110.

[8]GB 50157—2013 地铁设计规范[S].