大型客運樞紐站安全應急疏散計算機仿真分析

牛天河，張 喜

（北京交通大學 交通運輸學院， 北京 100044 ）

大型客運樞紐站安全應急疏散計算機仿真分析

牛天河，張 喜

（北京交通大學 交通運輸學院， 北京 100044 ）

大型客運樞紐站是重要的旅客換乘集散場所，由于其內(nèi)部功能區(qū)位布局和客流分布比較復雜，因此當發(fā)生突發(fā)事件時，如何有效地預防和減小事故傷亡率，防止事故發(fā)生后產(chǎn)生群死群傷的現(xiàn)象，成為研究重點。本文以北京南站為例，利用Anylogic仿真軟件，設計北京南站地下一層的旅客疏散流線，并對其進行評價。

大型客運樞紐站；突發(fā)事件；客流疏散；Anylogic仿真

北京南站作為京津城際軌道交通的起點站，東端銜接京津城際軌道交通和北京站，西端銜接京滬高速鐵路、北京動車段永豐鐵路，成為集普通鐵路、高速鐵路、市郊鐵路、城市軌道交通與公交、出租等市政交通設施于一體的大型綜合交通樞紐站。考慮到其站內(nèi)結(jié)構(gòu)復雜，客服設備眾多、客流集散量大等特點，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就可能會造成重大人身傷亡和財產(chǎn)損失。因此，制定科學的突發(fā)事件下客流疏散應急預案，在事故未對人員生命安全造成危險的時間內(nèi)，將旅客疏散到安全地點顯得尤為重要。本文針對北京南站客流疏散過程中流線的復雜性，通過分析其站內(nèi)服務設施的區(qū)位布局及客流流線位置，利用Anylogic微觀動態(tài)仿真軟件，對其突發(fā)事件下客流疏散流線進行設計評價分析，為北京南站的突發(fā)事件安全應急決策提供參考依據(jù)。

1 北京南站地下一層應急疏散環(huán)境分析

1.1 基本站設計及客服環(huán)境

北京南站地下一層為主要的換乘大廳和商業(yè)服務區(qū)域，其站廳結(jié)構(gòu)也相對比較復雜，是社會車輛停車的場所，是提供乘客換乘公交、私家車和出租車的系統(tǒng)，也是乘客進行短暫商業(yè)活動的平臺。站內(nèi)有7個進站大廳，包括3個高速進站廳，2個普速進站廳和2個城際進站廳。出站廳有8個，包括4個高速出站廳，2個普速出站廳和2個城際出站廳。地下一層還設有不同類型的售票大廳，包括分布在南北電梯兩側(cè)的4個高鐵，普速和城際售票窗口。在大廳的中央位置是地鐵的換乘區(qū)域，也是主要的旅客集散地，在區(qū)域南北兩側(cè)各有一個出站口，在東西兩側(cè)各設有一個地鐵售票窗口和進站口。

1.2 應急疏散仿真環(huán)境

為了能夠較真實的反映事故突發(fā)過程中的疏散效果，對地下一層的候車區(qū)域根據(jù)不同的服務類型和旅客主要集散地進行相應的分區(qū)，然后根據(jù)具體的分區(qū)位置設計了事故發(fā)生時的旅客逃生路線。

地下一層候車區(qū)域內(nèi)有許多錯綜復雜的商業(yè)服務區(qū)域和地鐵服務區(qū)域，根據(jù)不同的服務類型將地下一層劃分為商業(yè)一區(qū)、地鐵換乘區(qū)和商業(yè)二區(qū)，如圖1所示。對周圍的進出站口、換乘通道和緊急出口設定相應的疏散通道，根據(jù)設定的疏散口和旅客分區(qū)設計相應的旅客疏散流線如表1所示。

圖1 疏散通道

表1 地下一層疏散流線

2 北京南站地下一層應急疏散仿真模型設計

2.1 基于Anylogic軟件的客流疏散仿真系統(tǒng)模型架構(gòu)

北京南站客運樞紐站的客流疏散仿真主要采用了計算機和數(shù)學模型來反映仿真突發(fā)事件下樞紐站客流疏散的仿真分析技術(shù)和方法。采用AnyLogic的行人庫和社會力模型算法建立客流應急疏散模型，對北京南站在突發(fā)事件時客流的疏散進行仿真建模過程如圖2。

圖2 仿真過程建模

2.2 客流疏散仿真的社會力模型

社會力模型是連續(xù)型微觀仿真模型，可以相對真實的體現(xiàn)行人的蹤跡。社會力模型以牛頓動力學為基礎，由各個力的表達式來體現(xiàn)行人不同的動機和影響。Helbing于2000年對社會力模型進行了歸納和實現(xiàn)，即個體的實際行為受個體的主觀意識、個體與個體以及個體與障礙物這3個方面因素的影響，等效為力在個體上的作用， 即驅(qū)動力、人與人之間的作用力和人與障礙物之間的作用力，這些力的合力作用于行人，用社會力的概念來描述。

（1）驅(qū)動力：主觀意識對個體行為的影響可化為個體所受自己施加的“社會力”，體現(xiàn)了行人以渴望的速度移動到目的地的動機。運動學方程如下：

（2）人與人之間的作用力：指試圖與其它行為保持一定距離所施加的“力”。行人加減速和方向變化方程如下：

（3）人與墻之間的作用力：墻對人的影響類似于人與人之間的作用。社會力方程如下：

3 北京南站地下一層應急疏散仿真分析

3.1 實例仿真模型參數(shù)與指標選擇

社會力模型原理表明，在正常的情況下，如果人均面積在0.28 m2以下時，就有可能造成危險，如果人均占有面積減少到0.25 m2時，會造成人群的相互接觸，這時如發(fā)生突發(fā)事件則會導致嚴重的擠壓、踩踏等事故，因此人均占有空間為0.28 m2是對疏散人群進行控制的最短人員密度界限,通過查閱統(tǒng)計資料，在人均占有面積0.28 m2情況下，男人的平均速度為1.5 m/s，女人的平均速度為1.1 m/s，老人及兒童的平均速度為0.8 m/s。根據(jù)模型算法、查閱文獻和現(xiàn)場調(diào)研，設定現(xiàn)實情況下地下一層人員設備仿真參數(shù)如圖3所示。

圖3 仿真參數(shù)設計

3.2 實例仿真模型設計

3.2.1 仿真動畫設計

在Anylogic仿真軟件中加入仿真底圖，繪制仿真模型動畫如圖4所示，設置模型動畫中的線條的屬性。

3.2.2 仿真流程圖設計

根據(jù)地下一層的主要疏散流線，在Anylogic仿真軟件里用各個模塊的關(guān)系圖表示出來，建立地下一層的仿真流程圖，并設置每個模塊的屬性，如圖5所示。

3.2.3 仿真運行過程控制

在正常的仿真流線過程中，點擊疏散按鈕，停止原來候車、購票和正常的流線行為轉(zhuǎn)為立即尋找出口進行疏散的行為。以下為疏散執(zhí)行語句：

圖4 模型動畫

圖5 設備模塊和邏輯流程

oval.setVisible(true);

speedupArea.speedIsMultiplied = true;

arrive1PedSource.rate=0;

arrive3PedSource.rate=0;

arrive5PedSource.rate=0;

arrive7PedSource.rate=0;

arrive2PedSource.rate=0;

arrive4PedSource.rate=0;

arrive6PedSource.rate=0;

arrive8PedSource.rate=0;

northSubwayExitPedSource.rate=0;

southSubwayExitPedSource.rate=0;

pedArea1.setOpen(false);

speedupArea.setOpen(false);

eastChannel1PedGoTo.cancelAll();

eastSubwayEntryPedGoTo.cancelAll();

eastSubwayWindowsService.cancelAll();

eastChannel2PedGoTo.cancelAll();

northBusPedGoTo.cancelAll();

southBusEntryPedGoTo.cancelAll();

westChannel1PedGoTo.cancelAll();

westSubwayEntryPedGoTo.cancelAll();

westSubwayWindowsService.cancelAll();

westChannel2PedGoTo.cancelAll();

northWestWindowsService.cancelAll();

southWestWindowsService.cancelAll();

northStairsEntryPedGoTo.cancelAll();

ordinarySpeedGatesService.cancelAll();

rapidGatesService.cancelAll();

intercityGatesService.cancelAll();

southStairsEntryPedGoTo.cancelAll();

3.3 實例仿真評價分析

根據(jù)仿真設計參數(shù)和選擇指標，通過對北京南站地下一層設計不同的突發(fā)事故點和兩組疏散人群數(shù)量進行6組對比，疏散成功率仿真結(jié)果如表2所示。

表2 各疏散方案仿真結(jié)果

由表2可以直觀的看出，在既定的參數(shù)條件下，通過仿真實驗，在不同的事故突發(fā)點，假定候車區(qū)域人數(shù)為2 000人和3 000人時，在制定的疏散流線下，疏散時間差別相對較大。特別是突發(fā)點在地鐵入口處，當疏散人數(shù)達到3 000人時，疏散平均花費的時間為5.4 min。因此，作為乘客主要的換乘平臺，應該合理安排地下一層的客服設備，避免影響疏散流線，一旦發(fā)生突發(fā)事件，疏散人數(shù)較多時，根據(jù)仿真結(jié)果可知，其疏散完成時間也較長。

（1）應急疏散過程中的服務水平評價

仿真過程中采集到的不同方案人群疏散時的整體密度，經(jīng)過計算，得出各個方案的最小的人均空間為1.253 m2/人～2.614 m2/人。通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出，當北京南站地下一層換乘區(qū)域有突發(fā)事件發(fā)生時，客流應急疏散的服務水平在E級到B級之間。即客流能夠較好的通過自組織的行為疏散，這說明預先設計的疏散流線是可行的且有利于車站客流的安全疏散，為北京南站地下一層流線的實際設計提供依據(jù)。

（2）應急疏散過程中存在的主要問題

通過仿真過程可以看出，地鐵口附近的人流處于基本飽和狀態(tài)，這樣導致的結(jié)果是當高峰期或者是節(jié)假日客流量較大時，一旦發(fā)生突發(fā)事件，地鐵口附近的疏散能力將會處于癱瘓。旅客在疏散過程中有可能完全依賴就近原則，導致有突發(fā)情況時，旅客一般會選擇從較近的閘機口疏散，這樣就可能會出擁擠排隊現(xiàn)象，而離事故突發(fā)點較遠的出口則無排隊現(xiàn)象。因此，平常南站可以多做一些疏散演習和培養(yǎng)一些有經(jīng)驗的疏散工作人員做引導，防止在突發(fā)情況下由于旅客的恐慌而產(chǎn)生的從眾行為，導致疏散開始就產(chǎn)生擁堵。

通過應急疏散仿真預案進行仿真模擬可以看出，就目前的北京南站地下一層高峰時候的客流量，一旦在地下一層有火災等突發(fā)事件發(fā)生時，可以首先按照預先設計的這52條疏散流線進行疏散，在這種方式下，地下一層的應急疏散效率和疏散的成功率是可以保證乘客安全疏散的，如果是實際情況，可以讓工作人員協(xié)助引導疏散，提高疏散的效率，防止現(xiàn)場混亂。

4 結(jié)束語

本文對北京南站地下一層的可用應急疏散流線做了設計分析，利用Anylogic仿真軟件對北京南站的地下一層候車區(qū)域既有的疏散流線進行應急疏散仿真分析。通過實例仿真模擬，得出了在不同人數(shù)條件和事故突發(fā)點的客流疏散所需的時間，以及疏散過程中產(chǎn)生的擁堵人群位置，從而找到突發(fā)事故發(fā)生時的瓶頸，為北京南站地下一層的實際應急疏散組織工作提供參考。

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[6]杜海暉.大型客運站客流組織動態(tài)仿真系統(tǒng)實現(xiàn)方法的研究[D].北京：北京交通大學，2011，6.

責任編輯 陳 蓉

Computer simulation of safety emergency evacuation for large passenger hub station

NIU Tianhe, ZHANG Xi
( School of Traff i c and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China )

Large passenger hub station was a passenger transfer important distribution area. Its area layout of internal function and traff i c distribution were complicated, if a sudden accident happened, how to prevent and reduce the accident casualty rate, to prevent accidents caused casualties phenomenon, became the focus of research at home and abroad. This paper taken the Beijing South Railway Station as an example, used simulation software Anylogic to design the (passenger evacuation route) of Beijing South Railway Station underground layer and evaluate this design.

large passenger hub station; emergency event; passenger evacuation; Anylogic simulation

U291.7∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0016-05

2014-04-28

牛天河，在讀碩士研究生；張 喜，教授 。