行人仿真技術在大型活動行人交通評估中的應用

盧丹琳

摘 要：在人群集聚性的大型活動散場中，行人流量在有限的物理空間內(nèi)高度聚集，存在排隊擁擠和流線交織的現(xiàn)象，出現(xiàn)疏散效率下降和潛在安全隱患等。以澳洲布里斯班皇后碼頭煙花活動為例，針對人群疏散行為和動態(tài)擁擠特性，通過Legion軟件建立動態(tài)的行人疏散仿真模型，對模型運行狀況和步行空間尺寸進行研究分析，找出交通組織方案和步行空間設計的風險點，對后續(xù)的設計方案更新和交通管理措施提出優(yōu)化建議，以保障此類大型活動行人疏散的安全性、便捷性和高效性。

關鍵詞：行人仿真模擬;大型活動;安全保障;服務水平;方案優(yōu)化

0 引言

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，各類人群集聚性的大型活動日益增加，對行人步行空間設計的安全性、舒適性和高效性提出了更高的要求。在大型活動的場所，各類設施都需要滿足行步的需求，人們采用步行的方式參與活動，行走的服務水平直接關系到了活動的質量[1]。在傳統(tǒng)的行人交通分析中，采用靜態(tài)計算和定性分析進行評估，缺乏可視化和多層次的定量分析。隨著計算機科技的不斷發(fā)展，行人交通仿真作為新興技術，補充了可視化模擬和定量化分析，為方案的優(yōu)化及改善提供技術支撐。因此，如何科學有效地建立、優(yōu)化及評估大型活動仿真模型成為了相關領域研究的焦點，越來越受到廣泛的關注。

1 大型活動行人仿真方法及流程

由于大型活動人員密集，需要有效的進行行人交通組織、設施及管理方案設計及現(xiàn)場控制，以提供良好的活動過程行人交通服務。設計、規(guī)劃和管理控制上的問題，容易造成參加人員的不便。甚至會對活動中參加活動的人員形成安全隱患[1]。各級政府和開發(fā)機構也對大型活動期間的行人交通評估逐步重視起來。以澳洲布里斯班皇后碼頭煙花活動為例，布里斯班政府要求對超大客流量的煙花活動進行行人交通評估，來保障活動期間行人疏散的安全性和高效性。

煙花活動疏散模型采用的是Legion行人仿真軟件，該軟件能夠仿真行人步行運動，并考慮到行人相互間的作用和與周圍環(huán)境中的障礙物之間的作用。在煙花活動疏散過程中，濱河觀賞區(qū)的人流向有限的步行疏散區(qū)高度聚集，存在排隊擁擠和流線交織的現(xiàn)象，通過Legion軟件可以動態(tài)模擬及定量評估疏散工況下的行人步行特性。

煙花疏散行人仿真流程包括：（1）圖紙解讀：根據(jù)圖紙及現(xiàn)場資料，對步行空間進行類別區(qū)分和路徑判斷;（2）交通需求預測：根據(jù)視頻采集法和步行空間分類法，來綜合預測煙花活動的人流量;（3）模型參數(shù)設定：在模型中設定客流特征（客流類型、客流比例、步速等）、客流OD數(shù)據(jù)、客流疏散規(guī)律等信息;（4）步行空間建模：根據(jù)步行空間范圍（包括扶梯、臺階、平緩/斜坡步道、過街人行橫道等）進行空間建模;（5）仿真模型調(diào)試、校核與運行：初步模型完成后，開始仿真運行，再不斷進行校核和調(diào)試;（6）仿真模型分析：根據(jù)模型輸出的動態(tài)視頻和定量圖表（最大密度圖、空間利用率圖、步行疏散時間等），找出交通組織方案和步行空間設計的風險點及其成因;（7）方案優(yōu)化及建議：根據(jù)模型分析結果，制定出步行空間設計與交通管理措施等優(yōu)化方案。

2 煙花活動的人流需求預測

皇后碼頭片區(qū)是集旅游、休閑和娛樂為一體的綜合度假片區(qū)，內(nèi)部有大量穿梭在建筑群之間的步行空間。煙花活動的交通需求預測有別于其它建筑內(nèi)部活動的人流測算，例如大型體育場有既定的觀眾上限，而煙花活動則需要基于視頻采集法和步行空間分類法，來綜合預測總客流量。

視頻采集法通過使用攝像機拍攝錄像，對相關的觀察性數(shù)據(jù)進行分析，包括流量和密度等，分析行人流特性。行人密度的計算是當該行人大約處于該區(qū)域的中間位置時，計算該區(qū)域的人數(shù)與面積的比值。根據(jù)視頻采集法，觀測出聚集度最高的人流密度不超過平緩步道的D級水平。

觀眾客流量根據(jù)各區(qū)域的視野限制和空間環(huán)境來綜合確定，以D級服務水平為基準，采用空間占用比例來進行需求預測。根據(jù)觀賞區(qū)域的空間條件，將空間占用比例參數(shù)應用于這些區(qū)域，包括：（1）85%空間占用：不受視野限制，沒有或很少街道家具和景觀;（2）75%空間占用：部分視野限制，有少量街道家具和景觀;（3）45%空間占用：視野受限較高，有少量街道家具和景觀（見圖1）。所有行人小區(qū)的人流量合計為52 664人，即為煙花活動的總客流量。

3 行人疏散仿真模擬對規(guī)劃設計的意義

3.1 行人仿真模型結果分析

根據(jù)模型中各時間段的步行平均密度圖和整體疏散時間，同時結合動態(tài)模擬的運行情況，識別出模型中的行人活動區(qū)域的關鍵點。觀察這些關鍵點是否存在因服務水平過低而影響交通便利及安全的情況。行人服務水平采用的是Fruin教授提出的國際步行空間服務水平標準（見表1）。

3.1.1 平均密度圖分析

平均密度圖采用排隊情況下的服務水平進行評估。在開始疏散的前15分鐘內(nèi)，大部分區(qū)域服務水平為D級，只有小部分區(qū)域因人流時而匯集時而分散而出現(xiàn)E級，屬于正常現(xiàn)象。在15～30分鐘時間段，在觀賞區(qū)與威廉大街銜接的步行臺階處出現(xiàn)服務水平E/F級的瓶頸點（見圖2），比前15分鐘要更為擁堵，主要是因為更多人步行涌入皇后碼頭北側的威廉大街，而此步行臺階的寬度不滿足疏散時的交通量。在30～45分鐘時間段，中心區(qū)的賭場內(nèi)仍有人流乘坐電梯或扶梯至地面層進行疏散，此類人流對濱河觀賞區(qū)的人流疏散的影響不并大。模型運行45分鐘后觀賞區(qū)人流全部疏散完，僅在與威廉大街銜接的步道臺階區(qū)域有小部分人流還在疏散中。

3.1.2 疏散時間分析

通過對模型內(nèi)各時刻人流量的統(tǒng)計，反向推算出步行疏散時間。模型初始階段人流量為52 664人，運行45分鐘后疏散了93.5%人流，運行1小時后疏散99.7%人流（見表2）。由此看出煙花活動的總體客流可以在1小時內(nèi)全部疏散完。

3.2 對工程設計的評估和優(yōu)化建議

基于Legion軟件的模型分析結果，對工程設計的整體評估和優(yōu)化建議如下：

（1）現(xiàn)方案交通組織的整體疏散時間可接受：煙花活動總客流為52 664人，在煙花活動結束時按一定的離散時間規(guī)律進行疏散，仿真模型中的所有人流可以在1小時內(nèi)全部疏散完，說明現(xiàn)方案的步行空間布局和整體疏散路線能夠滿足預測客流量。

（2）拓寬與威廉大街銜接的步行臺階：在模型運行中，在與威廉大街銜接的步行臺階處出現(xiàn)E/F級服務水平。主要是因為較多人流選擇些路徑，同時臺階寬度較窄，其通行能力較難滿足短時間簇擁而來的擁擠人流。因此建議將步行臺階根據(jù)流量要求，由原來的7 m拓寬至14 m。

（3）威廉大街采用禁止車行通行的管控措施：現(xiàn)方案模型中，威廉大街禁止車行通行，行人無需等紅綠燈可以直接穿行馬路。在此條件下威廉大街的平均密度圖仍會出現(xiàn)C-D級的服務水平，因此建議后續(xù)繼續(xù)實施這一臨時性交通管控措施，以防止行人頻繁等綠燈增加該區(qū)域的排隊和擁堵。

4 結論

大型活動行人聚集效應明顯，尤其是進場和散場時，行人交通流量大，密度高，存在多處行人瓶頸和行人流交織區(qū)域，不安全因素較多[2]。以澳洲布里斯班皇后碼頭煙花活動為例，運用行人仿真軟件構建煙花活動人行疏散模型，通過輸出的動態(tài)運行情況和定量分析結果，找出整個疏散模型中的步行空間的關鍵點，對步行空間尺寸進行優(yōu)化設計，客觀評估步行網(wǎng)絡是否能滿足大規(guī)模人流的疏散要求。通過研究，仿真分析可對大型活動行人交通運行安全保障進行有效的動態(tài)評價，為相關方案的優(yōu)化及改善提供技術支撐，從而保證大型活動行人組織的安全性、便捷性和高效性。

參考文獻：

[1]史建港.大型活動行人交通特性研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2007.

[2]吳嬌蓉，陸蘇剛.大型活動行人交通仿真[J].交通與運輸，2013（7）：44-47.