基于社會力模型的大型機場航站樓應急疏散仿真及優(yōu)化研究

崔慶敏 劉偉波 朱新銘

摘? ?要：近年來，機場航站樓突發(fā)事件頻繁發(fā)生，很多事件由于疏散不當導致滯留人員因恐慌出現(xiàn)混亂，造成踩踏等危險，增加了突發(fā)事件的傷亡率。針對這一現(xiàn)象，以濟南遙墻國際機場航站樓為例，使用基于社會力模型的AnyLogic仿真軟件進行應急疏散模擬仿真，從而呈現(xiàn)旅客在應急狀態(tài)下真實的行為特性。根據(jù)仿真結果對應急疏散方案進一步優(yōu)化，提出人工疏導應急疏散的優(yōu)化方案并與優(yōu)化前仿真方案進行對比，得出該方案能使應急疏散時間縮短的結論。

關鍵詞：航站樓? 社會力模型? 應急疏散? 仿真

中圖分類號：V354? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0167-02

1? 引言

近年來，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，民航運輸量大大增加，國內(nèi)外大型機場，特別是大量人流聚集的航站樓，發(fā)生突發(fā)性事件的可能性急劇上升。究其原因，主要還是源于民航客流量的激增，導致機場突發(fā)事件（如火災、爆炸等）的增加。加之機場航站樓向“綜合服務型”發(fā)展的趨勢，造成航站樓內(nèi)人員（如餐飲、購物人員）大大增加，從而容易造成出口擁堵，發(fā)生人員踩踏、傷亡等事故。

國內(nèi)外學者通常采用動物實驗、人群疏散演練等方法來研究行人應急疏散過程，這些傳統(tǒng)方法存在成本高且操作性低[1]等不足。而仿真能較好地避免上述問題，較為準確地預知航站樓旅客進出港流程系統(tǒng)未來發(fā)生的情況，可以減少給旅客帶來的不便和不必要的資源浪費。因此，本文結合航站樓人員密集的特性，在對機場航站樓規(guī)劃設計和旅客進出港流程特性分析的基礎上，利用AnyLogic軟件建立航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件的旅客應急疏散仿真模型并進行模擬，以得到應急狀態(tài)下旅客行為特性的真實場景。

2? 國內(nèi)外研究綜述

國際上對大型公共場所（地鐵站、體育場等）人群疏散建模仿真的研究經(jīng)歷了從實測觀察、統(tǒng)計分析到數(shù)學建模、宏觀仿真、微觀仿真的歷程。人群微觀建模仿真[2]始于1985年，其主要研究成果包括：社會力模型、恐慌模型，NOMAD模型，基于元胞自動機的模型，勢能場模型和磁場力模型等[3]。模型揭示了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這些相互作用力會作用在行人身上，從而產(chǎn)生加速度[4]。

作為一種較為復雜的社會動力學現(xiàn)象，人群疏散問題是由人群之間、人群與周圍設施之間復雜相互作用共同決定了的人群運動的集體行為，它存在成拱形、阻塞、“快即是慢”[5]等現(xiàn)象。在正常的人群疏散過程中，行人之間沒有多余的互相擁擠、推搡，當他們和障礙物將要發(fā)生碰撞時就會停止前進。而當情況危急，人群又非常密集時，行人可能相互推擠并且會與他人發(fā)生碰撞。

3? 濟南機場航站樓出發(fā)廳應急疏散仿真

3.1 濟南機場現(xiàn)狀分析

濟南遙墻國際機場（以下簡稱濟南機場）占地7200畝，擁有總面積約11.4萬m2的航站樓，旅客吞吐量約1200萬人次，機場執(zhí)行航線140余條，平均每周進出港航班1800余架次。到2030年，旅客吞吐量預計將達到5000萬人次，這一數(shù)字已經(jīng)超出設計容量，當發(fā)生突發(fā)事件時，旅客的應急疏散會出現(xiàn)嚴重問題，因此，對濟南機場當前客流量高峰時期旅客應急疏散的狀況進行模擬仿真以提高應急狀態(tài)下疏散效率很有必要。

3.2 實際高峰小時旅客離港人數(shù)的確定

為了預測高峰小時的旅客量，美國聯(lián)邦航空局曾經(jīng)利用典型高峰小時旅客流量的方法[6]。鑒于國內(nèi)外預測方法可能會有所不同，結合濟南機場實際，本文通過小時離港航班總座位數(shù)的最大值與國內(nèi)航班平均客座率的乘積進行估算。根據(jù)濟南機場時刻表（夏秋航季2018年3月28日—2018年10月27日）來統(tǒng)計機場每天每小時離港航班總座位數(shù)。由于波音738、空客320是濟南機場最常見的兩種機型，簡便起見，我們都以兩艙布局進行計算，其座位數(shù)分別是波音738為162個、空客320為150個，得到濟南機場離港航班機型小時總座位數(shù)最大為1248個。根據(jù)國內(nèi)正班航班的平均客座率水平約為80%，計算得到航站樓出發(fā)層內(nèi)實際高峰小時旅客離港的客流量為998人。為了分析的方便，設定濟南機場航站樓出發(fā)廳內(nèi)實際高峰小時流量是航站樓出發(fā)層的1/2，即500人。

3.3 應急疏散仿真模型運行

根據(jù)上述設置的實際高峰小時旅客離港人數(shù)，運行應急疏散仿真模型一段時間后，根據(jù)仿真狀態(tài)圖得出當出發(fā)廳內(nèi)有100人，應急疏散時間2min時的情形，發(fā)現(xiàn)在應急疏散過程中旅客會繞過發(fā)生突發(fā)事件的值機區(qū)域逃生。當模型運行到航站樓出發(fā)廳旅客人數(shù)為0時，預示應急疏散過程已完結。

4? 應急疏散仿真結果與分析

表1給出了應急疏散過程不同時間的總疏散人數(shù)和單位時間疏散人數(shù)。結果表明，疏散人數(shù)為500人時，所需要的疏散時間約為5.5min。

結合表1，圖1給出了從整體疏散情況來分析旅客應急疏散的結果。在突發(fā)事件剛發(fā)生時，旅客不會第一時間逃生，而是要一段時間的反應，然后才會尋找安全出口撤離;一段時間后，單位時間內(nèi)疏散的總人數(shù)才會慢慢增加，直到達到最大值;當疏散繼續(xù)進行，大多數(shù)旅客已經(jīng)撤離，單位時間內(nèi)的疏散人數(shù)逐漸變少，從而導致疏散效率降低;當疏散持續(xù)到最后，所剩的旅客已經(jīng)寥寥無幾。分析圖2可知，濟南機場航站樓出發(fā)廳旅客應急疏散效率較高的時間為從第1min到第3min，疏散的人數(shù)也最多。

5? 結語

本文采用社會力模型模擬了濟南機場航站樓出發(fā)廳旅客應急疏散過程，分析了應急疏散過程狀態(tài)圖。結果表明，在旅客應急疏散過程中，開始之后第1～3min是疏散效率最高的時間段。同時，人群密度會較為明顯的影響應急疏散的效率。因此，機場相關管理部門可充分利用該時間段，通過人員疏導、設置備用出口、優(yōu)化應急疏散通道、提高安防人員的專業(yè)能力等方式來縮短應急疏散所需時間，以提高旅客應急疏散效率，保障旅客人身和財產(chǎn)安全，促使民航業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。

參考文獻

[1] 周杰松.航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件旅客應急疏散研究[D].中國民用航空飛行學院，2017.

[2] 劉一，范衛(wèi)東，孫立光， 等.航站樓人群應急疏散仿真研究[J].民航管理，2011（3）：65-67.

[3] Helbing.D，Molnar.P.Social force modelfor p-edestrian dynamics[J].PhysicalReviewE，1995，51（5）：4282-4286.

[4] 張培文，孫宏，周杰松.航站樓出發(fā)廳應急疏散仿真[J].科學技術與工程，2017，17（35）：156-162.

[5] 鄧宇菁，陳鶴天.基于改進社會力模型對人群疏散過程的模擬[J].現(xiàn)代計算機，2019（27）：27-31.

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