軌道交通車站應(yīng)急疏散仿真研究

段勝利

（山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南250300）

0 引言

根據(jù)交通運(yùn)輸部數(shù)據(jù)顯示，2021年1月，全國(guó)(不含港澳臺(tái))共有44個(gè)城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通線路234條，運(yùn)營(yíng)里程7623.3km，實(shí)際開(kāi)行列車229萬(wàn)列次，完成客運(yùn)量17.9億人次，進(jìn)站量11.0億人次。以青島地鐵某車站為例，基于不同的設(shè)備布置，設(shè)計(jì)不同的行人應(yīng)急疏散流程，同時(shí)運(yùn)用Anylogic建立應(yīng)急疏散模型，通過(guò)模型輸出的數(shù)據(jù)，得出相關(guān)客運(yùn)設(shè)備的結(jié)論。

1 地鐵車站應(yīng)急疏散分析

1.1 疏散狀態(tài)的交通行為特征分析

在地鐵疏散過(guò)程中，疏散反應(yīng)、疏散路徑和疏散速度是影響疏散結(jié)果的重要因素。行人的疏散過(guò)程分為四個(gè)階段：由接收到突發(fā)事件信息開(kāi)始，經(jīng)過(guò)確認(rèn)后，決定是否疏離現(xiàn)場(chǎng)。若選擇不疏散，則待在原地等待救援。若選擇疏散，則疏散過(guò)程由一系列決策過(guò)程構(gòu)成，影響因素包括出入口擁堵程度、障礙物等，直至疏離現(xiàn)場(chǎng)[1]。在疏散過(guò)程中，行人交通行為包括以下幾種：

一是原路返回，行人在疏散過(guò)程中，為尋求自保，會(huì)本能地折返原來(lái)的路徑，特別是剛剛進(jìn)入地鐵車站的行人會(huì)大多數(shù)選擇次行為。二是從眾行為，在行人疏散過(guò)程中，若有熟悉環(huán)境者一同行動(dòng)，會(huì)獲得較大的安全感。部分行人因恐慌而失去主見(jiàn)判斷，易接受他人行動(dòng)指示及暗示，因而產(chǎn)生跟從多數(shù)人或傾向帶頭者。三是日常行為習(xí)慣，人們對(duì)經(jīng)常使用的空間和路徑，有較為深切的了解和行人感，遇到突發(fā)事件時(shí)，往往會(huì)主動(dòng)選擇自己熟悉的路徑疏離。四是向往開(kāi)闊性，開(kāi)闊地方的障礙物會(huì)少，安全性可能更高，行人疏散時(shí)這樣的開(kāi)闊地帶生存機(jī)會(huì)較大。五是從近性，當(dāng)疏散者不了解周圍環(huán)境和疏散狀況時(shí)，會(huì)選擇最近的出口疏散。

1.2 疏散流線及疏散時(shí)間分析

2017年發(fā)布的《地鐵安全疏散規(guī)范（GB/T33668—2017）》中，針對(duì)車站的應(yīng)急事故主要分為站臺(tái)公共區(qū)事故和站廳公共區(qū)事故三種情況，且分別對(duì)事故安全疏散時(shí)間的計(jì)算進(jìn)行規(guī)定，故在分析地鐵車站行人疏散時(shí)也需要考慮事故發(fā)生的地點(diǎn)。站臺(tái)事故疏散：當(dāng)站臺(tái)發(fā)生緊急情況需要疏散時(shí)，站廳為臨時(shí)安全區(qū)，必須疏散人員為事故站臺(tái)上的候車乘客，進(jìn)站列車應(yīng)過(guò)站不停車，站廳乘客不計(jì)入疏散人數(shù)。疏散路徑為從列車內(nèi)至站臺(tái)火災(zāi)時(shí)的安全區(qū)所經(jīng)過(guò)的疏散通道路徑。其疏散流線：站臺(tái)—樓扶梯入口—站廳（安全區(qū)域）。站臺(tái)層的事故安全疏散時(shí)間應(yīng)按照下式計(jì)算：

式（1）中：Ts，1為預(yù)反應(yīng)時(shí)間1min；Ts，2為疏散至樓扶梯入口的時(shí)間；Ts，3為通過(guò)樓扶梯時(shí)間；Ts，4為樓扶梯上平均滯留時(shí)間；Ts，5為通道非均勻性偏差時(shí)間。

站廳事故疏散：站廳層公共區(qū)發(fā)生事故時(shí)，必須疏散人員為遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)站臺(tái)上的乘客及站廳乘客，共享站廳的換乘車站的必須疏散人員應(yīng)包括所有線路站臺(tái)的乘客及站廳乘客。其疏散流線為：站臺(tái)—樓扶梯入口—站廳—檢票口—地面。事故安全疏散時(shí)間應(yīng)按照下式計(jì)算：

式（2）中：Ts為站廳層發(fā)生火災(zāi)時(shí)站臺(tái)層的必須疏散人員由站臺(tái)疏散至站廳層的時(shí)間；Tc，1為站廳行走時(shí)間；Tc，2為全部必須疏散人員通過(guò)檢票口的時(shí)間；Tc，3為全部必須疏散人員通過(guò)站廳安全出口的時(shí)間。

1.3 疏散方案評(píng)價(jià)分析

疏散方案的安全性評(píng)價(jià)分析主要包括事故最大疏散時(shí)間、站內(nèi)行人密度兩個(gè)方面。事故最大疏散時(shí)間T：最大的疏散時(shí)間指列車內(nèi)、站臺(tái)和站廳內(nèi)的所有乘客疏散至安全區(qū)所需要的最大時(shí)間。在仿真評(píng)估中，可通過(guò)仿真模擬，計(jì)算從仿真開(kāi)始到所有乘客疏散完畢所需時(shí)間，得到最大疏散時(shí)間。根據(jù)《地鐵安全疏散規(guī)范（GB/T33668—2017》事故疏散時(shí)間應(yīng)滿足小于6min的基本條件，事故最大疏散時(shí)間越短越好。最大行人密度ρ：行人密度是指在步行設(shè)施及其相關(guān)空間區(qū)域內(nèi)單位面積的行人數(shù)，一般用區(qū)域人數(shù)與區(qū)域面積之比表示，單位采用人/平方米。

2 地鐵客流應(yīng)急疏散仿真模型

2.1 社會(huì)力模型

社會(huì)力模型（Social Force Model）是一種經(jīng)典的仿真模型。1995年德國(guó)學(xué)者Helbing等人在流體動(dòng)力學(xué)方程的基礎(chǔ)上提出社會(huì)力模型，即行人運(yùn)動(dòng)被描述成一個(gè)簡(jiǎn)單行為的社會(huì)力模型。模型將自驅(qū)動(dòng)行為、行人受其他行人、障礙物的心理影響作用和接觸影響作用轉(zhuǎn)化為行人受力行為，并分別及時(shí)為自驅(qū)動(dòng)力、行人之間的作用力、行人和障礙物之間的作用力，統(tǒng)稱為社會(huì)力。

2.2 應(yīng)急疏散模型

本文采用Anylogic軟件構(gòu)建青島地鐵某車站客流應(yīng)急疏散仿真模型。Anylogic的行人庫(kù)用的是社會(huì)力模型，行人庫(kù)里的行人運(yùn)動(dòng)模型加了很多Agent-based的特性，人和人之間不僅碰撞是看不到的，而且人還有一些尋路的特點(diǎn)以及視野范圍內(nèi)有障礙物之后如何去避開(kāi)障礙物、選擇相對(duì)較優(yōu)的路徑等等的運(yùn)算。仿真模型構(gòu)建包括車站物理環(huán)境建立和行人行為模型構(gòu)建，行人行為中又包括正常進(jìn)站行為和應(yīng)急疏散行為，模型輸入數(shù)據(jù)為車站及行人實(shí)際數(shù)據(jù)。發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，行人會(huì)從正常行為轉(zhuǎn)向疏散行為，應(yīng)用Anylogic行人庫(kù)和流程庫(kù)即可完成以上模型構(gòu)建工作。由于不同年齡段和不同性別乘客的疏散速度不同，在進(jìn)行仿真時(shí)需要設(shè)置不同屬性的智能體，模型參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 不同行人類型疏散速度及占比參數(shù)設(shè)定

3 青島地鐵某車站應(yīng)急疏散實(shí)例分析

3.1 青島地鐵某站概況

X站為換乘車站，有5個(gè)出入口。a號(hào)線站廳公共區(qū)面積2770m2，b號(hào)線站廳公共區(qū)面積約為1794m2。站臺(tái)有效長(zhǎng)度皆為120m，計(jì)算長(zhǎng)度113m，寬度14m，站臺(tái)能容納乘客的有效面積都為1582m2。該車站共有樓扶梯11處、電梯1處（應(yīng)急疏散時(shí)關(guān)閉）、自動(dòng)扶梯16處。

3.2 疏散流程分析與疏散方案設(shè)計(jì)

當(dāng)緊急疏散時(shí)，所有入口做疏散出口，站臺(tái)乘客通過(guò)扶梯、樓梯向站廳層疏散，站廳層乘客選擇最近的出入口疏散。該車站應(yīng)急疏散流程如圖1、2所示。方案1：保持車站原有的客運(yùn)設(shè)備，將所有的入口當(dāng)做疏散出口，所有進(jìn)出站閘機(jī)全部打開(kāi)，疏散流程如圖1(a)所示。方案2：取消部分鐵馬，并在瓶頸處設(shè)置工作人員引導(dǎo)，根據(jù)就近原則設(shè)定固定的疏散路徑，所有的入口當(dāng)做疏散出口，所有閘機(jī)全部打開(kāi)，疏散流程如圖1(b)所示。

圖1 應(yīng)急疏散流程圖

3.3 仿真結(jié)果分析

在客流結(jié)構(gòu)不變、疏散人數(shù)為3000人的情況下，重復(fù)仿真20次，記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并對(duì)重復(fù)仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值取平均，所得數(shù)據(jù)如表2所示

表2 不同方案的疏散數(shù)據(jù)表

對(duì)比改善方案和原方案的疏散時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)差看，取消部分鐵馬裝置，由瓶頸處工作人員引導(dǎo)固定一些疏散路徑能夠有效緩解瓶頸處的擁堵，也可以減少疏散時(shí)間，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)差值也可以看到，改善方案的標(biāo)準(zhǔn)差值大大降低，說(shuō)明改善方案能有效地克服行人初始隨機(jī)分布導(dǎo)致的疏散時(shí)間波動(dòng)性，降低繞行系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)不同站內(nèi)客運(yùn)設(shè)備布局下的應(yīng)急疏散方案，利用Anylogic軟件進(jìn)行模擬仿真，以青島地鐵某車站為例，對(duì)模型輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)多種應(yīng)急疏散進(jìn)行比選。研究得出，對(duì)于地鐵車站站內(nèi)客運(yùn)設(shè)施的布局會(huì)影響行人疏散的速率，通過(guò)工作人員的引導(dǎo)，固定疏散路徑可以降低行人的平均疏散繞行系數(shù)，降低瓶頸口客運(yùn)設(shè)備壓力，為客運(yùn)站應(yīng)急疏散工作提供應(yīng)急指導(dǎo)，進(jìn)一步提高客運(yùn)站應(yīng)急疏散中的客流疏散效率。