基于仿真的地鐵車(chē)站安全疏散研究

郭瑤蕾

摘 要：在城市交通網(wǎng)絡(luò)中地鐵的具有極大的重要性，越來(lái)越多的市民都會(huì)選擇地鐵作為出行的交通工具之一。但伴隨各城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，客流量不斷提高。因此，地鐵車(chē)站安全疏散顯得尤為重要，本文將從如今地鐵車(chē)站的建設(shè)與管理下地鐵車(chē)站安全疏散的研究出發(fā)，在地鐵仿真模擬疏散系統(tǒng)與《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)上選用“概況研究分析→研究人員疏散特點(diǎn)→仿真疏散建模→分析建模結(jié)果”的思路，分析目前常見(jiàn)的疏散問(wèn)題，并對(duì)站內(nèi)人員疏散特點(diǎn)和行人疏散做進(jìn)一步的仿真研究，為預(yù)防緊急疏散產(chǎn)生的問(wèn)題和車(chē)站工作人員的應(yīng)急指揮提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：城市地鐵;安全疏散;地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范;AnyLogic仿真

一、地鐵車(chē)站安全疏散特性分析

（一）地鐵疏散的原因。地鐵車(chē)站在進(jìn)行疏散之前，一定發(fā)生了地鐵安全事故。地鐵事故包括地鐵火災(zāi)事故、縱火襲擊、列車(chē)碰撞、擁擠踩踏等等。由于保障乘客人身安全是地鐵車(chē)站的責(zé)任和義務(wù)，所以為了防止重大傷亡事故的發(fā)生，車(chē)站內(nèi)進(jìn)行有效預(yù)防和快速的人員疏散是非常必要的。

（二）地鐵車(chē)站疏散困難性。（1）地鐵獨(dú)特的地理位置造成疏散困難。（2）地鐵承載量大、流動(dòng)人口多，易發(fā)生大規(guī)模人員傷亡。（3）站內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同車(chē)站不同構(gòu)造，因地制宜難度大。

（三）造成地鐵車(chē)站疏散不合理的原因。造成地鐵車(chē)站疏散不合理的原因有其二，一是地鐵方面的硬件問(wèn)題，二則是乘客逃生路途中的潛在變化性。地鐵車(chē)站中的疏散條件有限、疏散途徑少影響逃生的時(shí)速。地鐵車(chē)站疏散的平臺(tái)主要包括緊急疏散口（門(mén)）、安全通道、地下通道。關(guān)于乘客存在的變動(dòng)性，重大事故發(fā)生時(shí)，乘客通常會(huì)選擇遵循之前的習(xí)慣走個(gè)人熟悉的出站路線或者選擇性的跟隨其他人盲目逃生。這就導(dǎo)致了乘客逃生速度的不一和可能滯留的情況增加。在站內(nèi)人員進(jìn)行疏散時(shí)，很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)在出口處產(chǎn)生擁堵的情況，這就容易產(chǎn)生踩踏事故，從而導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡。

二、地鐵車(chē)站安全疏散的研究方法

（一）AnyLogic仿真軟件原理

AnyLogic是以最新的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論為基礎(chǔ)，是唯一支持混合狀態(tài)機(jī)這種能有效描述離散和連續(xù)行為的語(yǔ)言的商業(yè)化軟件。在利用AnyLogic軟件仿真建模之前，需要收集模擬數(shù)據(jù)從而完成建模的仿真過(guò)程。

（二）AnyLogic仿真軟件應(yīng)用。模擬數(shù)據(jù)主要從空間中個(gè)體的特性、行走速度兩個(gè)方面來(lái)確定。確定了這兩個(gè)方面后，為后續(xù)實(shí)例模擬工作鑒定了主要方向。

AnyLogic軟件仿真建模的過(guò)程如下：①建立仿真模型。②尋找坐標(biāo)系的建立、微分方程的離散化、邊界條件的處理及微分方程的求解方法等的高效率、高精度的計(jì)算方法。③編制程序并進(jìn)行計(jì)算。④通過(guò)圖像來(lái)表示仿真出的數(shù)據(jù)。

最先利用AnyLogic軟件確立出的技術(shù)路線即乘客由進(jìn)站開(kāi)始到出站結(jié)束的過(guò)程。在模擬未開(kāi)始的最初狀態(tài)，其中的模擬形態(tài)有六個(gè)出入口、五個(gè)閘機(jī)通道、八個(gè)候車(chē)站臺(tái)。模擬開(kāi)始、列車(chē)進(jìn)站后，乘客上下車(chē)形態(tài)。疏散開(kāi)始后，乘客更多的呈現(xiàn)出互相吸引的狀態(tài)，呈現(xiàn)線性疏散狀態(tài)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單模擬演示后，結(jié)果展現(xiàn)出一旦地鐵車(chē)站發(fā)生突發(fā)性事件，乘客疏散過(guò)程中需要明確出口的位置，以及更多緊急通道、出口設(shè)施的必要性。

當(dāng)列車(chē)進(jìn)站后，旅客上下車(chē)造成人口頻繁的流動(dòng)。以及在乘客候車(chē)時(shí)，站臺(tái)停留了大量的乘客的情況下，乘客分布進(jìn)行簡(jiǎn)易模擬，乘客是密集的分布在一個(gè)空間內(nèi)，人數(shù)可以相當(dāng)于是一二線城市地鐵早高峰時(shí)的狀態(tài)。假設(shè)，使這個(gè)空間發(fā)生突發(fā)情況，需要進(jìn)行全員疏散時(shí)。在這個(gè)空間左上方設(shè)置了一個(gè)綠色的出口，人們進(jìn)行離開(kāi)只能從這個(gè)出口出去的條件下，開(kāi)始模擬。由于出口設(shè)置位置造成大部分人選擇了就近的疏散路線。左側(cè)嚴(yán)重的擁堵情況，易造成更踩踏事故。在演示過(guò)程時(shí)間推進(jìn)后，部分人群放棄從左側(cè)出去的“更近路線”，從而緩解了左側(cè)擁堵。并使得更多人在更短的時(shí)間內(nèi)有效的撤離。

（三）利用AnyLogic軟件分析特殊疏散擁堵。模擬了一些由于建筑特異性而造成疏散擁堵的問(wèn)題。為U型通道時(shí)，乘客疏散形態(tài)在此種U型墻的拐點(diǎn)處出現(xiàn)了擁擠、堵塞。其中可以推斷出乘客想從內(nèi)圈“繞近路”往前走的心態(tài)。但是由于人數(shù)過(guò)多，從而造成了擁堵。而外圈的乘客，多走幾步路可以避免擁堵。這些情況不排除乘客由于突發(fā)情況造成的心理直接判斷。特型通道下的乘客疏散形態(tài)可以分析出乘客在進(jìn)行疏散時(shí)，當(dāng)狹窄的通道突然變寬闊后，而產(chǎn)生的想要“超車(chē)”的心理，從而使下一個(gè)收窄的通道入口變得擁堵。

三、實(shí)例分析

（一）南京龍江地鐵站地簡(jiǎn)介。南京龍江地鐵站是南京地鐵四號(hào)線的起訖站，也是乘客選擇從主城區(qū)去往浦口區(qū)換乘公交站，客流量大，共有四個(gè)進(jìn)出站口。是較常見(jiàn)的地鐵車(chē)站類(lèi)型，能更好的進(jìn)行普遍性研究。

（二）利用AnyLogic軟件建立仿真模型

1.建立龍江地鐵站模擬站廳層。建立龍江地鐵站站廳層物理模型，其中出入口三個(gè)、扶梯兩個(gè)、閘機(jī)四處、售票處、安檢口兩處。

2.進(jìn)行龍江地鐵站站廳層進(jìn)站模擬。利用軟件模擬演示后表現(xiàn)出乘客密度分布。乘客進(jìn)站后先去往售票處購(gòu)買(mǎi)車(chē)票后通過(guò)安檢、經(jīng)過(guò)閘機(jī)、乘坐扶梯到達(dá)站臺(tái)層。

3.進(jìn)行龍江地鐵站站廳層疏散模擬。在原有龍江站站廳層建模的基礎(chǔ)上更改技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)疏散模擬。由演示過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)拐角處容易形成擁堵，乘客需要通過(guò)閘機(jī)進(jìn)行豎型疏散，令疏散的效率降低。在地鐵基礎(chǔ)設(shè)施處：如圍欄、電梯等會(huì)形成干擾疏散效果的現(xiàn)象。

（三）龍江地鐵站疏散意見(jiàn)及建議。（1）在早高峰期間，針對(duì)有上下客流沖突的地鐵站，建議設(shè)置兩個(gè)隔離欄桿，將樓梯分離成三個(gè)區(qū)間，中間區(qū)間供乘客上行，兩邊區(qū)間供乘客下行，從而增加設(shè)備設(shè)施的疏散能力。（2）在站內(nèi)的多處角落都應(yīng)放置好安全出口的燈牌等緊急應(yīng)對(duì)設(shè)施，并派專(zhuān)人按時(shí)檢查以保證設(shè)備有效運(yùn)行。（3）地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)中應(yīng)首先調(diào)查，調(diào)查的內(nèi)容主要包括附近可能會(huì)乘坐地鐵的乘客們基本特征，例如年齡、性別、身體狀況等都應(yīng)包含在內(nèi)。（4）加強(qiáng)站內(nèi)工作人員引導(dǎo)乘客、指揮和應(yīng)急處理能力，在疏散的過(guò)程中員工可以正確引導(dǎo)乘客。

四、結(jié)論

本文主要基于AnyLogic仿真建模軟件，模擬了乘客在地鐵車(chē)站的人為活動(dòng)，從而達(dá)到分析地鐵疏散安全保障增大的可行性。并整理出的主要結(jié)論如下：

（1）分析影響乘客疏散的地鐵車(chē)站設(shè)施和乘客自身因素兩個(gè)方面的因素以及通過(guò)實(shí)地觀測(cè)并記錄地鐵車(chē)站的相關(guān)信息，總結(jié)出在車(chē)站中被疏散人員的人流分布狀態(tài)以及通道處的人員運(yùn)動(dòng)特性。其中地鐵網(wǎng)絡(luò)、換乘站和車(chē)站的客流分布不均等均為客流分布的規(guī)律體現(xiàn)。通道處的人員的速度隨人流密度增加而降低。

（2）本文在AnyLogic仿真軟件基礎(chǔ)上，利用該軟件建立了模擬的站內(nèi)疏散模型，并結(jié)合大部分地鐵車(chē)站通用構(gòu)造創(chuàng)造出仿真模型，仿真的結(jié)果表明，建筑的獨(dú)特形狀會(huì)造成乘客疏散擁堵等問(wèn)題。

（3）車(chē)站內(nèi)人員行走路徑受多種因素的影響，人員的運(yùn)動(dòng)行為過(guò)程具有復(fù)雜性。為了更加直觀的反映出乘客運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況，本文對(duì)各類(lèi)模型進(jìn)行了介紹并進(jìn)行了系統(tǒng)分析，選擇AnyLogic軟件建立研究地鐵車(chē)站人員安全疏散的基本模型。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董書(shū)衡，地鐵疏散人員行為特征及應(yīng)急疏散仿真.鄭州大學(xué)，2017.5.

[2] 魏雨.地鐵火災(zāi)人員安全疏散研究.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，2011.1.

[3] 周汝，何嘉鵬教授，謝娟，王瓊，彭紅圃.地鐵站火災(zāi)時(shí)空氣幕防煙的數(shù)值模擬與分析.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)第16卷第3期，2006.3.

[4] 方正，盧兆明.試論建筑物人員疏散的量化研究.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)第35卷第2期，2002.4.

[5] 李濤，陳娟，馬劍，盧兆明.地鐵車(chē)站旅客緊急疏散效率實(shí)驗(yàn)研究，交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，第16卷 第3期 2016. 6.

[6] 劉真余，芮小平.地鐵緊急疏散模型的研究.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，2009.01.

[7] 馮燕.地鐵車(chē)站安全疏散概述.蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司， 2018.1.

[8] 孫娜娜.北京地鐵大客流通行設(shè)施處疏散仿真研究.北京交通大學(xué)，2018.4.