基于VISSIM的城市軌道車站緊急疏散仿真

劉文婷，徐乃云

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)計顧問有限公司，江蘇蘇州215125）

基于VISSIM的城市軌道車站緊急疏散仿真

劉文婷，徐乃云

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)計顧問有限公司，江蘇蘇州215125）

城市軌道車站是一個相對密閉的空間，人流密度大，發(fā)生緊急事件時安全疏散難度大，在車站安全設(shè)計達標的前提下，還需配合完善的應急預案，合理的疏散組織與引導。目前城市軌道車站的安全設(shè)計以靜態(tài)計算的總的疏散時間作為評估標準，難以評估人流在車站空間中的分布及實際的疏散效果。介紹利用行人仿真工具評估車站的疏散設(shè)計，根據(jù)行人在車站空間分布提出行人設(shè)施及疏散組織的優(yōu)化建議，并以蘇州軌道二號線徐圖港站為例對仿真方法進行說明。行人在車站空間中實際運行效果表明，相關(guān)優(yōu)化方案和建議是可行的。

城市軌道交通車站；緊急疏散；行人仿真

0　引言

人員密集往往是突發(fā)事件發(fā)生的根源，當場所內(nèi)人員密度達到一定的標準就容易產(chǎn)生安全隱患。城市軌道交通車站人流密度大、持續(xù)時間長，是一個安全事故易發(fā)的場所。我國現(xiàn)行地鐵設(shè)計規(guī)范在車站安全疏散設(shè)計中，要求“6 min內(nèi)將列車乘客和站臺候車的乘客以及工作人員全部撤離站臺”，按照規(guī)范中給定的公式計算疏散時間，實際上只考慮了疏散樓梯及自動扶梯的通行能力對疏散時間的影響，沒有考慮行人疏散速度對疏散時間的影響，也沒考慮檢票口、出入口、疏散通道通行能力的影響及車站疏散線路長短的區(qū)別。這與實際情況存在差別，這種靜態(tài)的安全疏散設(shè)計標準難以衡量車站各空間的疏散結(jié)果。

行人仿真技術(shù)作為一種現(xiàn)代技術(shù)已越來越多地應用在交通規(guī)劃、交通設(shè)施設(shè)計等領(lǐng)域，如2008年北京奧運會國家體育館應用LIGION行人仿真軟件模擬緊急疏散的情況，為場館的安全設(shè)計提供改善建議；VISSIM行人仿真軟件已應用于大型商場、地鐵站的人員疏散模擬。地鐵站是一個相對密閉的空間，在設(shè)計階段利用仿真手段對車站緊急疏散時的行人運行軌跡進行模擬，以達到優(yōu)化車站瓶頸，提高車站設(shè)施的疏散能力的目的。

1　城市軌道車站行人仿真的方法

1.1行人交通特性

行人的運動特征很復雜，既受車站平面布局、出入口、通道等外部環(huán)境的影響，也與個人的年齡、性別、身體狀況及心理狀況等多重因素有關(guān)。個人運動的自主性較高，通常朝著自認為的最短路徑行走，當車站客流量過大，達到需要啟動緊急疏散的級別時，行人的運動特征又受群體作用的影響，通常會朝著人流的運動方向移動。

大多數(shù)行人動力學研究表明，可以運用“流-密-速”理論來表征行人的運動特征，主要用速度與密度參數(shù)來對行人運動進行評價。

1.1.1行人速度

目前國內(nèi)外對行人速度的研究以實地采集視頻和照片等數(shù)據(jù)后分析得到［2，3］。

根據(jù)上海市2003年所做的行人步行特征實測結(jié)果，不同年齡段的行人自由移動的速度是不同的，男女性別也是有差別的。通過大量實測數(shù)據(jù)分析，把乘客分為老年、中年、青年、兒童四類，各自在水平通道上的自由移動速度分別取為1.09 m/s、1.23 m/s、1.25 m/s、1.0 m/s。

根據(jù)Dongkon Lee的論文中所做的大量研究表明，行人流流量、移動速度與通道類型及人員密度有關(guān)，行人在水平通道中的運行速度大于樓梯中的行走速度，行人在下行樓梯的運動速度也大于上行樓梯中的行走速度。乘客上下樓梯的自由速度可取為上樓梯0.4 m/s，下樓梯為0.5 m/s。

1.1.2行人密度

行人密度是指單位空間上的行人數(shù)量，是衡量行人在空間中的服務水平的重要指標。Fruin認為，當人流密度在1.08人/m2以上時，行人服務水平為E、F級，屬于緊急疏散的范圍［6］；另外一些國內(nèi)外學者們對于人群擁擠時的阻塞密度的研究結(jié)論表明，當密度低于0.5人/m2時，為不受阻礙的自由流，當密度在4.0～5.5人/m2時，為阻塞流［7-9］。

1.2VISSIM行人仿真軟件及參數(shù)標定

在VISSIM行人仿真中主要建立在社會力模型（Helbing和Molnar，1995）之上［4，5］。社會力模型（Social Force Model）是目前為止最被認可的行人動力學模型。社會力模型的核心思想認為，行人的運動受到來自環(huán)境及自身的目的性的影響，將這些影響用類似于力學的公式表達出來即形成社會力模型。社會力的概念并不是指物理上實際存在的力，而是以一種虛擬的方式代表行人的社會心理以及行人之間、行人和環(huán)境之間的相互作用。行人總是希望以一定的期望速度朝期望的方向運動，因此，行人在行走過程中都會期望能在較短的時間內(nèi)調(diào)整他當前的實際速度到期望速度。行人與墻壁、其他行人的相互作用包括排斥和摩擦。距離越近，之間的相互作用力就越大。

ptv公司根據(jù)大量視頻行人軌跡跟蹤分析，來收集行人流在不同狀況下的速度、密度分布規(guī)律，從而校正參數(shù)。近年來在新加坡地鐵站采集了大量的行人流數(shù)據(jù)，用于標定地鐵站內(nèi)行人運動特性的參數(shù)。

1.3行人仿真流程

利用仿真方法模擬行人在軌道車站內(nèi)的運動軌跡，具體流程見圖1。 通過仿真模型分析，找出設(shè)施或交通組織方案中可能存在的問題，對服務水平和能力進行評價，并提出優(yōu)化方案直至滿足安全疏散設(shè)計要求。

圖1　行人仿真輔助設(shè)計流程圖

2　案例分析

2.1仿真場景簡介

本次模擬的車站選為蘇州軌道交通2號線徐圖港站。徐圖港站的車站為兩層式高架車站，站廳層為地上二層，站臺層為地上三層，站臺為側(cè)式站臺。圖2、圖3分別為徐圖港站的站臺與站廳的設(shè)施布局情況。

圖2　徐圖港站站臺

圖3　徐圖港站站廳

由于站臺為側(cè)式站臺，一列列車的乘客疏散只能利用站臺一側(cè)的兩個樓梯。根據(jù)車站平面布局，乘客疏散走行距離最短為122 m，最長為223 m。從站臺疏散至站廳的最短的走行路徑長為17 m（不包含樓梯長度），最長的走行路徑為98 m。車站為高架站臺，一旦發(fā)生緊急事故，行人從站廳層疏散至地面僅有2座樓扶梯可以使用。

2.2假設(shè)條件、模型輸入及評價標準

2.2.1假設(shè)條件

（1）仿真分析最不利的情況，即列車滿載到站后需將列車內(nèi)的乘客、站廳、站臺候車乘客及工作人員全部疏散到地面。

（2）假設(shè)行人對地鐵站環(huán)境較熟悉，通過自己的判斷采取最短路徑進行疏散，同時疏散時所有出口均為只出不進，電梯均當樓梯使用。

2.2.2模型輸入

（1）行人自由流速度參數(shù)：參數(shù)標定時定義行人速度值的范圍和不同速度組成的百分比，運用蘇州地鐵站通道內(nèi)及上下樓梯的速度分布實測數(shù)據(jù)。

（2）地鐵站疏散人數(shù)：按目前該站地鐵列車5 節(jié)b型車編組，列車滿載時1 500人，加上站臺候車人員和工作人員，站廳、過道乘客和工作人員共248人，總疏散人數(shù)設(shè)置為1 748人。

（3）通過閘機的時間：根據(jù)實測，閘機的通過時間為2 s，緊急模式時通過時間為1.5 s。

2.2.3評價標準

（1）疏散時間標準：車站的總疏散時間應滿足“把乘客從站臺最遠處疏散至站廳的時間在4 min以內(nèi)，疏散至車站外安全地點的時間在6 min以內(nèi)”。

（2）疏散密度標準：總結(jié)國內(nèi)外學者對各類設(shè)施人流運動規(guī)律的研究，同時結(jié)合我國人口眾多、對擁擠耐受力較高的現(xiàn)實考慮，提出行人疏散水平的分級密度指標［1］（見表1）。

表1　行人各級疏散水平下的密度范圍　　人/m2

2.3仿真分析

2.3.1疏散時間分析

采取上述設(shè)置時，徐圖港站所有人員疏散至地面的疏散時間為6分35秒，站臺上所有人員清空的時間為2分39秒。總的疏散時間不滿足“6 min內(nèi)將站臺所有人員疏散至安全地帶”的要求。

2.3.2疏散瓶頸分析

站臺層乘客疏散的高密度區(qū)分布在辦公室處的通道以及樓梯口。辦公室處通道內(nèi)密度高達3.59～5.23人/m2，樓梯口密度分布在5.53～6.41人/m2。圖4為站臺平均密度分布。

圖4　站臺平均密度分布

站廳層疏散的高密度區(qū)為出站閘機（驗票區(qū)），其人流密度在［6.31，7.15］區(qū)間，已經(jīng)形成嚴重擁擠狀態(tài)，擁擠范圍較大，一直延伸到1號樓梯與柱子區(qū)域。同時由于疏散1、2號樓梯兩股疏散客流匯集于1號樓梯與柱子區(qū)域，此處發(fā)生嚴重擁擠，此處密度在5.73人/m2左右。圖5為站廳平均密度分布。

圖5　站廳平均密度分布

2.3.3改善措施分析

空間瓶頸的改善可采取疏散引導與控制的方法，在柱子及電梯井之間設(shè)置隔離欄，引導乘客使用路徑3進行疏散，同時將進站閘機全部調(diào)整為出站閘機，此時乘客的疏散模擬得到以下結(jié)果：

（1）總疏散時間為5分53秒，比未改善時的疏散時間少42秒。

（2）瓶頸的改善。改善前，閘機周圍的空間密度范圍為6.31～7.15人/m2，為高危區(qū)；改善后，空間密度范圍為3.78～5.43人/m2，擁擠狀況得到了明顯改善。

（3）經(jīng)過疏散路徑引導之后，空間瓶頸區(qū)域的密度為4.11人/m2左右。

圖6為改善后站廳層密度分布。

圖6　改善后站廳層密度分布

（4）結(jié)論：緊急疏散時調(diào)整全部閘機為出站閘機同時引導人流疏散路徑能使車站的疏散能力大大提高。

3　結(jié)語

城市軌道車站人流密集，一旦發(fā)生緊急事件極易造成安全事故。利用行人仿真方法對車站空間布局進行評估，找出空間瓶頸，并對疏散組織提出合理化建議，可以有效地減少疏散時間，降低突發(fā)事故的風險。

［1］劉文婷.城市軌道交通車站乘客乘客緊急疏散能力研究［D］.上海：同濟大學，2008.

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U23

B

1009-7716（2016）07-0342-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.101

2016-03-16

劉文婷（1983-），女，湖北浠水人，碩士，工程師，從事交通規(guī)劃、道路設(shè)計工作。