基于AnyLogic的機場航站樓應急疏散仿真研究

周杰松，鄧永恒

（中國民用航空飛行學院機場工程與運輸管理學院，廣漢 618307）

基于AnyLogic的機場航站樓應急疏散仿真研究

周杰松，鄧永恒

（中國民用航空飛行學院機場工程與運輸管理學院，廣漢 618307）

針對國內(nèi)外大型公共場所突發(fā)事件頻繁發(fā)生現(xiàn)象，選取綿陽南郊機場作為對象，提出采用基于社會力模型的AnyLogic仿真軟件建立綿陽南郊機場航站樓出發(fā)廳應急疏散仿真模型，詳細地介紹社會力模型以及AnyLogic建模一般流程。根據(jù)仿真結果，得到疏散的第1~3分鐘是旅客應急疏散黃金時間段的結論。

應急疏散；社會力模型；仿真；AnyLogic

0 引言

近年來，國內(nèi)外大型公共場所突發(fā)事件頻繁發(fā)生，特別是人群密集的大型公共場所，發(fā)生突發(fā)性事件的概率大幅度提升。機場作為民航運輸重要的中轉設施之一，是客流主要集中區(qū)域，尤其是作為人群主要聚集的航站樓，發(fā)生突發(fā)事件的風險明顯增加。在研究行人應急疏散過程中，傳統(tǒng)研究方法如動物實驗、人群疏散演習等成本高且操作性低，故利用計算機仿真技術建立航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件旅客應急疏散仿真模型，可以較為真實地反映應急狀態(tài)下旅客行為特性。本文選取綿陽南郊機場作為對象，在基于社會力模型的Any-Logic仿真平臺上對航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件旅客應急疏散問題進行了模擬仿真。通過建立的仿真模型對綿陽南郊機場航站樓出發(fā)廳實際高峰小時旅客疏散運營現(xiàn)狀進行分析，得出應急疏散過程中的一般規(guī)律，對于機場管理當局合理疏散方案的制定具有重要的意義。

1 應急疏散仿真方法的實現(xiàn)

1.1 社會力模型簡介

1995年，Helbing等人提出了基于行人動力學的社會力模型。模型表明，每個行人身上都作用有社會力，即目標對行人的驅動力、行人之間、行人與邊界等障礙物之間的相互作用力。這些力作用在行人身上產(chǎn)生加速度，詳見參考文獻[1-3]。

1.2 AnyLogic軟件簡介及建模過程

AnyLogic是由俄羅斯XJTechnologies公司開發(fā)完成的，它能夠對離散事件、連續(xù)事件以及混合系統(tǒng)進行建模和仿真，AnyLogic主要由標準庫、流程建模庫、軌道庫以及行人庫等組成，本文研究內(nèi)容是旅客應急疏散問題，主要是基于行人庫完成的[4]。

AnyLogic行人庫建模過程：利用行人庫建立仿真模型時，首先，將畫好的CAD圖導入到AnyLogic軟件的Main中，形成背景圖；其次，通過行人庫中空間標記對應模塊來創(chuàng)建建筑設施（例如航站樓墻壁、安檢通道、值機柜臺、服務區(qū)域等），并生成所需的物理環(huán)境，在對應模塊中點擊左鍵通過改變參數(shù)來設置屬性；然后，通過拖入行人行為模塊并依次連接起來構成行人行為特性邏輯關系圖，同樣地，在相應模塊中點擊左鍵通過改變參數(shù)或者輸入Java代碼等方式設置其屬性；最后，AnyLogic軟件能夠收集到仿真結果數(shù)據(jù)，例如區(qū)域行人密度統(tǒng)計數(shù)據(jù)、行人疏散時間以及單位時間疏散人數(shù)等數(shù)據(jù)。

1.3 實際高峰小時旅客離港人數(shù)的確定

對于高峰小時旅客量的預測，美國聯(lián)邦航空局（FAA）使用的是典型高峰小時旅客流量，也即高峰月內(nèi)平均高峰日里的高峰小時[5]?？紤]到國外預測方法與國內(nèi)情況有所偏差，也考慮綿陽南郊機場實際情況，本文主要通過小時離港航班總座位數(shù)最大值與國內(nèi)正班航班平均客座率的乘積來估算實際高峰小時旅客離港流量。

根據(jù)綿陽南郊機場進出港航班時刻表（夏秋航季2017年3月26日-2017年10月28日）[6]，統(tǒng)計機場每天每小時離港航班總座位數(shù)。綿陽南郊機場主要機型為B738、A320、A319以及E190，為了方便統(tǒng)計，都采用經(jīng)典兩艙布局進行計算，即B738座位數(shù)162個、A320座位數(shù)150個、A319座位數(shù)126個以及E190座位數(shù)98個。根據(jù)統(tǒng)計結果顯示，綿陽南郊機場離港航班機型小時總座位數(shù)最大為1224個。按照全行業(yè)國內(nèi)正班航班平均客座率80%水平進行計算，得出綿陽南郊機場出發(fā)層內(nèi)實際高峰小時旅客離港客流量為980人。為了便于研究，本文設定出發(fā)廳內(nèi)實際高峰小時為航站樓出發(fā)層一半，也即旅客離港客流量為500人。

2 綿陽南郊機場航站樓出發(fā)廳應急疏散實例研究

2.1 綿陽南郊機場現(xiàn)狀分析

綿陽南郊機場場址位于綿陽市城南，距市中心約10公里左右路程，它是集軍用、民用以及民航飛行訓練于一體的機場。機場航站樓建筑面積2.6萬平方米，設計旅客年吞吐量200萬人次。截止2016年12月底，綿陽南郊機場年旅客吞吐量217萬，已超出設計容量，突發(fā)事件下旅客的應急疏散存在著嚴重隱患，故有必要對當前客流高峰條件下綿陽南郊機場旅客應急疏散現(xiàn)狀進行模擬仿真，找出疏散過程中的一般規(guī)律，并采取相關措施，提高應急疏散效率。

2.2 應急疏散仿真模型運行

本文把綿陽南郊機場出發(fā)廳實際高峰小時下旅客離港客流量500人，設定為應急疏散初始人數(shù)。運行該應急疏散仿真模型，一段時間后仿真狀態(tài)，如圖1所示。圖1所反映的是航站樓出發(fā)廳內(nèi)人數(shù)還剩99人，應急疏散時間為2分04秒時狀態(tài)。圖中所示紅色矩形區(qū)域表示發(fā)生突發(fā)事件（如失火、爆炸等）的值機區(qū)域，在應急疏散過程中旅客會繞過紅色區(qū)域進行逃生。運行該仿真模型直到航站樓出發(fā)廳旅客人數(shù)為0時，應急疏散結束。

圖1 應急疏散過程中狀態(tài)圖

2.3 應急疏散仿真結果與評價

通過收集到的仿真數(shù)據(jù)顯示，當疏散人數(shù)為500人，疏散所需時間為5.52min，第n分鐘總疏散人數(shù)分別為0人，132人，371人，449人，479人，492人，500人，單位時間疏散人數(shù)分別為132人，239人，78人，30人，13人，8人，如表1所示。

表1 仿真實驗結果表

從整體疏散情況來分析應急疏散整個過程，如圖2所示。突發(fā)事件剛發(fā)生時，由于旅客不知道突發(fā)事件具體類型，此時旅客需要一個較長的反應時間，當明白事故狀況后，才開始尋找安全出口進行撤離；當旅客疏散一段時間后，單位時間疏散人數(shù)逐漸增加，疏散效率也逐漸提高，持續(xù)該疏散過程直到單位時間內(nèi)疏散人數(shù)到達峰值，從整體疏散曲線圖第1~3分鐘切線斜率也能反映出；隨著疏散過程的進行，站內(nèi)大多數(shù)旅客疏散到安全區(qū)域，單位時間疏散人數(shù)較少，疏散效率較低；疏散的最后階段，有極少一部分旅客還在進行疏散。近一步分析單位時間疏散曲線圖可知，綿陽南郊機場航站樓出發(fā)廳旅客在應急疏散開始后的第1~3分鐘時間段內(nèi)疏散效率最高，如圖3所示。

圖2 整體疏散情況

圖3 單位時間疏散情況

3 結語

通過對建立的綿陽南郊機場航站樓出發(fā)廳旅客應急疏散仿真模型模擬運行，并對導出的仿真結果進行分析，得到了應急疏散的一般規(guī)律，也即旅客應急疏散開始后的第1~3分鐘時間段內(nèi)疏散效率最高的結論。因此，當航站樓出發(fā)廳內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件時，機場管理部門應充分把握好應急疏散開始后的第1~3分鐘疏散黃金時間，在此時間段內(nèi)，機場工作人員可以通過人工疏導、增設備用出口等方式來縮短應急疏散所需時間，提高旅客應急疏散效率。

[1]Helbing.D,Molnar.P.Social Force Model for Pedestrian Dynam ics[J].Physical Review E Statistical Physics Plasmas Fluids Related Interdisciplinary Topics，1995，V51(5)：4282-4286.

[2]單慶超,張秀媛,張朝峰.社會力模型在行人運動建模中的應用綜述[J].城市交通，2011，V9(4506):71-77.

[3]郭謹一,劉爽,陳紹寬等.行人運動仿真研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學報，2008,V20(9):2237-2242.

[4]關于我們-AnyLogic Simulation Software.http://www.AnyLogic.cn/about-us.

[5]李明捷.機場規(guī)劃與設計[M].北京:中國民航出版社，2015：280-282.

[6]2016年綿陽機場旅客吞吐量突破217萬人次.http://www.myjfjt.com/index.php?m=artview&mid=10&id=929.

Research on the Simulation of Emergency Evacuation from the Term inal Building Based on AnyLogic

ZHOU Jie-song，DENG Yong-heng

（College of Airport Engineering and Aviation Transportation Management,Civil Aviation Flight University of China,Guanghan 618307）

Emergencies take place frequently in large-scale public places for both domestic and foreign areas.Based on the Social Force Model, chooses the Mianyang Nanjiao Airport as an object,and conducts a simulation of the passenger’s evacuation in emergency in Terminal Departure Hall on the AnyLogic simulation platform,introduces the Social Force Model and the process of AnyLogicmodel in details.According to the results of simulation,concludes that the first1~3minutes is the prime time for the passengers evacuation.

周杰松（1991-），男，四川華鎣人，碩士研究生，研究方向為航空運輸管理

2017-04-14

2017-05-05

中國民用航空飛行學院研究生創(chuàng)新項目（No.X2015-43）

1007-1423（2017）14-0082-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.14.017

鄧永恒（1993-），男，遼寧鐵嶺人，碩士研究生，研究方向為航空運輸管理

Emergency Evacuation;Social Force Model;Simulation;AnyLogic