考慮群組特性的低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)人群疏散研究

摘 "要：為探究低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)環(huán)境中，群組特性對(duì)人群疏散的影響，通過開展低能見度下個(gè)體和群組混合人群疏散實(shí)驗(yàn)，計(jì)算分析疏散時(shí)間、疏散速度、群組構(gòu)型等數(shù)據(jù)，探討不同人員密度場(chǎng)景下群組行為的動(dòng)態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建疏散模型進(jìn)一步分析群組比例的影響。結(jié)果表明：座位區(qū)走廊及出口前通道存在人群短時(shí)聚集的風(fēng)險(xiǎn)；中、低密度場(chǎng)景下，2人群組疏散速度顯著大于3人群組，男性群組疏散速度顯著大于女性群組；在疏散過程中，女性群組表現(xiàn)為慢速、有序，男性群組相對(duì)快速、無序。此外，仿真模擬結(jié)果顯示，高密場(chǎng)景下，40%的群組比例取得的疏散時(shí)間最短。從實(shí)驗(yàn)分析及仿真結(jié)果出發(fā)，對(duì)考慮群組特性的低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)人群疏散提出建議，為管理者和決策者制定疏散策略提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路樞紐候車區(qū)；低能見度；人群疏散；群組

中圖分類號(hào)：U298.2 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " "DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.07.021

Abstract： In order to explore the impact of group characteristics on crowd evacuation in the waiting area environment of the railway terminal under low visibility， the dynamic characteristics of group behavior under different people density scenarios are discussed by conducting individual and group mixed crowd evacuation experiments under low visibility， calculating and analyzing evacuation time， evacuation speed， group configuration and other data. On this basis， an evacuation model is built to further analyze the impact of group proportion. The results show that there is a risk of short-term crowd aggregation in the corridor of the seating area and the corridor in front of the exit; in the medium and low density scenarios， the evacuation speed of the 2 group was significantly higher than that of the 3 group， and the evacuation speed of the male group was significantly higher than that of the female group; in the process of evacuation， the female group is slow and orderly， while the male group is relatively fast and disorderly. In addition， the simulation results show that in the high-density scenario， 40% of the groups have the shortest evacuation time. Based on the experimental analysis and simulation results， suggestions are put forward for the evacuation of people in the waiting area of the railway terminal under low visibility considering the group characteristics， providing reference for managers and decision makers to formulate evacuation strategies.

Key words： railway terminal waiting area; low visibility; crowd evacuation; group

0 "引 "言

鐵路樞紐是城市對(duì)外交通重要節(jié)點(diǎn)，人員規(guī)模大、構(gòu)成復(fù)雜，是個(gè)體和不同規(guī)模群組混合出行的常見場(chǎng)景[1]。候車區(qū)因布設(shè)了大量長椅供乘客候車休息，往往是鐵路樞紐內(nèi)多流線乘客人群高度聚集區(qū)域。若突發(fā)火災(zāi)、地震等緊急事件導(dǎo)致照明系統(tǒng)故障、能見度降低，容易誘發(fā)乘客出現(xiàn)恐慌情緒[2]，在長椅所形成的狹窄空間內(nèi)乘客間相互作用加劇，更易引發(fā)跌倒、踩踏等安全事故[3-4]。因此，保障突發(fā)事件下人員候車區(qū)域內(nèi)的安全疏散問題已成為鐵路樞紐安全管理的重中之重。

在低能見度下人員疏散研究方面，鮑東賓[5]研究了低能見度環(huán)境下室內(nèi)場(chǎng)所人員疏散行為特點(diǎn)及對(duì)人員疏散過程的影響；謝瑋[6]對(duì)不同能見度狀況下人員的典型疏散行為展開了研究，發(fā)現(xiàn)低能見度時(shí)人群中的追隨行為有利于疏散；陳娜等[7]基于火災(zāi)動(dòng)力學(xué)理論與地鐵站火災(zāi)特點(diǎn)，利用FDS軟件探究了能見度對(duì)人員疏散速度的影響?？傮w來看，現(xiàn)有研究多基于單個(gè)行人或?qū)⑿腥肆饕暈閭€(gè)體的簡單集合開展討論，并未充分考慮群組存在對(duì)人員疏散的影響。

在群組運(yùn)動(dòng)研究方面，胡楊惠[8]開展直通道單向行人流實(shí)驗(yàn)，研究了常態(tài)下二人群組在單向流、多向流作用下的時(shí)空運(yùn)動(dòng)特性；Mehdi Moussa？觙d等[9]分析了行人群體在自然條件下的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)群組成員間的互動(dòng)會(huì)影響群組運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；耿琦[10]從群組規(guī)模及對(duì)建筑物熟悉程度出發(fā)，分析了不同場(chǎng)景下群組的路徑選擇行為、預(yù)決策行為等運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。梳理來看，學(xué)者們雖然對(duì)群組運(yùn)動(dòng)開展了研究，但鮮少針對(duì)由群組規(guī)模、性別組成等群組特性帶來的運(yùn)動(dòng)差異進(jìn)行探討。

在客運(yùn)樞紐疏散模擬方面，李佳輝等[11]利用Anylogic軟件建立疏散模型，測(cè)算了綜合客運(yùn)樞紐客流高峰期乘客應(yīng)急疏散時(shí)間。史宇峰等[12]建立CA疏散模型對(duì)站臺(tái)區(qū)域疏散進(jìn)行模擬仿真。宋曉敏等[13]構(gòu)建乘客動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃模型，分析了關(guān)閉半數(shù)進(jìn)站閘機(jī)等大客流處置措施的效果，提出了一種地鐵車站大客流的科學(xué)管控方案。上述研究針對(duì)客運(yùn)樞紐整體及站臺(tái)、樓扶梯等重點(diǎn)區(qū)域建立了仿真模型，但鐵路樞紐候車區(qū)這類多障礙物環(huán)境的相關(guān)疏散研究較少。

綜上，本文設(shè)計(jì)并開展低能見度下個(gè)體和群組混合人群疏散實(shí)驗(yàn)，分析在能見度受損時(shí)的疏散時(shí)間、疏散速度、群組構(gòu)型等相關(guān)參數(shù)，應(yīng)用Anylogic軟件構(gòu)建人群疏散仿真模型以探討群組比例對(duì)疏散效率的影響。研究結(jié)果能為低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)人群疏散策略的制定提供有效參考。

1 "疏散實(shí)驗(yàn)設(shè)置

1.1 "實(shí)驗(yàn)環(huán)境

鐵路樞紐是公共運(yùn)輸活動(dòng)的生產(chǎn)集中地，樞紐候車區(qū)內(nèi)設(shè)有候車椅、乘客行走走廊、應(yīng)急出口和出口接入通道[14]，由于實(shí)地開展低能見度下人群疏散實(shí)驗(yàn)可能對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)產(chǎn)生影響，故選取上海工程技術(shù)大學(xué)現(xiàn)代交通大樓內(nèi)一處空曠場(chǎng)地作為實(shí)驗(yàn)用地，如圖1所示，在場(chǎng)地中布設(shè)18張3人座座椅（長2.3m寬0.6m）、1個(gè)全開門出口（寬1.8m）、1條通道（長8.7m寬2.4m）、2條走廊（長8.4m寬0.9m）模擬鐵路樞紐候車區(qū)場(chǎng)景。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)故障時(shí)候車區(qū)低能見度環(huán)境的模擬，本實(shí)驗(yàn)采取以下措施：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)間選取為20點(diǎn)至22點(diǎn)；（2）使用遮光材料遮蔽實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地門窗、關(guān)閉實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地光源；（3）禁止實(shí)驗(yàn)人員使用隨身照明設(shè)備。與此同時(shí)，在距實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地安全出口約4m的對(duì)側(cè)墻壁上懸掛微亮疏散指示牌以避免因能見度過低而出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)事故。

1.2 "實(shí)驗(yàn)人員

實(shí)驗(yàn)共募集108名實(shí)驗(yàn)員，其中，男性52人，女性56人，包括由44名相互熟知的實(shí)驗(yàn)者組成的19個(gè)群組。個(gè)體和群組實(shí)驗(yàn)者隨機(jī)選擇初始位置以獲得自然疏散狀態(tài)，但群組成員需選擇相鄰站位。每位實(shí)驗(yàn)者只能參與一種工況下的疏散實(shí)驗(yàn)以避免多次實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為對(duì)疏散過程的影響。此外，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)每位實(shí)驗(yàn)者給予一定的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)以提高疏散積極性。

1.3 "實(shí)驗(yàn)過程

人員數(shù)量[15]是影響人員疏散的重要因素。設(shè)定實(shí)驗(yàn)人數(shù)為54人、36人、18人共3種工況，分別標(biāo)記為N54、N36、N18，每種工況下人員組成見表1。實(shí)驗(yàn)開始前，實(shí)驗(yàn)人員被要求均勻站立于圖1中標(biāo)記的ABC（N54工況）、AC（N36工況）、B（N18工況）位置上。以緊急疏散鈴為開始信號(hào)，鈴響后，實(shí)驗(yàn)人員在保證安全的前提下盡快抵達(dá)安全出口。另外，實(shí)驗(yàn)要求已抵達(dá)安全出口的實(shí)驗(yàn)人員快速走向安全出口外兩側(cè)的指定區(qū)域，以避免在安全出口處產(chǎn)生擁堵從而影響疏散進(jìn)程。

實(shí)驗(yàn)詳細(xì)步驟描述如下：（1）實(shí)驗(yàn)人員佩戴裝有定位標(biāo)簽和數(shù)字碼的彩色帽子并站立于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的指定位置處；（2）在開始信號(hào)（緊急疏散鈴）發(fā)出后開始疏散；（3）以最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)人員離開實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地為結(jié)束信號(hào)，指引員帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)員回到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地；（4）重復(fù)此疏散過程2次即完成某實(shí)驗(yàn)工況的3次實(shí)驗(yàn)；（5）按序開展其他實(shí)驗(yàn)工況。

2 "數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)中借助可夜間攝像的高清攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)人員行為及群組疏散形態(tài)的提取。4臺(tái)高清攝像機(jī)（分辨率為1 980×1 080pixel、幀率為30fps）架設(shè)位置如圖2所示。1、2、3、4號(hào)攝像機(jī)分別采集西側(cè)走廊、東側(cè)走廊、北側(cè)安全出口和中部位置的視頻數(shù)據(jù)。采用傾斜45°的架設(shè)方式，攝像機(jī)的拍攝視角如圖2所示。

采用UWB（Ultra-Wide Band）提取低能見度下的人員運(yùn)動(dòng)軌跡，具有精度高、覆蓋廣的特點(diǎn)。UWB定位設(shè)備由定位基站、定位標(biāo)簽和定位平臺(tái)組成。4個(gè)定位基站的布設(shè)位置見圖1，布設(shè)高度為2.5m，覆蓋范圍為120m2，用于接收定位信號(hào)；108個(gè)定位標(biāo)簽提前固定在108位實(shí)驗(yàn)者佩戴的彩色帽子上，用于發(fā)射定位信號(hào)（刷新頻率為1HZ）；定位平臺(tái)位于電腦終端，定位精度為0.17m[16]，用于處理和儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可分析以下參數(shù)：

3 "結(jié)果分析

3.1 "疏散時(shí)間

N54、N36、N18實(shí)驗(yàn)工況下，人員的平均疏散時(shí)間（±標(biāo)準(zhǔn)差）分別為18.3s（±6.58s）、12.0s（±4.70s）、11.8s（±3.80s），最大疏散時(shí)間分別為31.0s、21.0s、18.0s，最小疏散時(shí)間分別為7.2s、3.7s、6.9s。定義自開始信號(hào)發(fā)出時(shí)刻至最后一名實(shí)驗(yàn)員抵達(dá)安全出口時(shí)刻的時(shí)間間隔為“整體疏散時(shí)間”，分別為31s、21s、18s。為進(jìn)一步探究疏散時(shí)間分布規(guī)律，將三種實(shí)驗(yàn)工況下的疏散時(shí)間做歸一化處理，繪制疏散時(shí)間-疏散人數(shù)圖。如圖4所示，N54、N36、N18實(shí)驗(yàn)中出口疏散人數(shù)最多的區(qū)間分別是0.4～0.5、0.5

～0.6、0.3～0.4區(qū)間，截止這些時(shí)間區(qū)間，各工況分別累計(jì)有39.62%、55.56%、23.53%的實(shí)驗(yàn)者完成了疏散?？梢?，安全出口處流量最大的時(shí)間區(qū)間處于疏散全程的前期和中期。此外，從攝像機(jī)采集到的視頻數(shù)據(jù)中觀察到，疏散開始的前期和中期正是實(shí)驗(yàn)者離開初始位置，快速涌入座位區(qū)走廊并步入出口前聚集通道的時(shí)間段。在這一時(shí)間段，座位區(qū)走廊及出口前通道因短時(shí)內(nèi)人群大量聚集存在極大的安全隱患，易發(fā)生人員擁擠、踩踏等突發(fā)事件。

3.2 "疏散速度

（1）個(gè)體疏散者的疏散速度

疏散實(shí)驗(yàn)者中個(gè)體疏散者的疏散速度見圖5，三種工況下，個(gè)體疏散者的平均疏散速度（±標(biāo)準(zhǔn)差）分別為0.54m/s

（±0.10m/s）、0.80m/s（±0.17m/s）、0.73m/s（±0.18m/s），最大疏散速度分別為0.79m/s、1.11m/s、1.14m/s，最小疏散速度分別為0.38m/s、0.53m/s、0.37m/s。

（2）群組疏散者的疏散速度

疏散實(shí)驗(yàn)者中的群組疏散速度見圖6，三種工況下，群組疏散者的平均疏散速度（±標(biāo)準(zhǔn)差）分別為0.55m/s（±0.09m/s）、0.80m/s（±0.10m/s）、0.81m/s（±0.11m/s），最大疏散速度分別為0.72m/s、1.00m/s、0.94m/s，最小疏散速分別為0.45m/s、0.68m

/s、0.67m/s。

通過對(duì)三種工況下的2人群組與3人群組、男性群組與女性群組間疏散速度進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，N54實(shí)驗(yàn)中，檢驗(yàn)結(jié)果分別為sig=0.103、sig=0.508，均大于0.05，即在0.05顯著性水平下，2人群組與3人群組、男性群組與女性群組在疏散速度的表現(xiàn)上并無顯著差異。與之不同的是，經(jīng)檢驗(yàn)N36工況下男性群組與女性群組速度差異顯著；N18工況下，2人群組與3人群組、男性群組與女性群組的疏散速度均有顯著性差異。綜上，高密（N54）場(chǎng)景下，群組規(guī)模、群組性別組成等群組特性帶來的疏散速度差異并不顯著；中密（N36）、低密（N18）場(chǎng)景下，群組特性對(duì)實(shí)驗(yàn)者在疏散速度表現(xiàn)上有顯著影響。計(jì)算各類型群組疏散速度的平均值（±標(biāo)準(zhǔn)差）如表2所示，在N36、N18實(shí)驗(yàn)中，男性群組疏散速度顯著大于女性群組，且N18實(shí)驗(yàn)中2人群組的疏散速度（0.89m/s）顯著大于3人群組（0.67m/s）。

3.3 "群組構(gòu)型

對(duì)三種工況下，男性群組、女性群組、男女混合群組的R值平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到如表3所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，N54、N36、N18工況中女性群組R值分別為12.33、5.82、13.00；男性群組R值分別為6.15、1.59、4.93；男女混合群組R值分別為11.49、2.31、6.06。可以看出，女性群組R值高于男性群組和男女混合群組且男性群組R值最小。即混合人群在低能見度環(huán)境疏散過程中，女性群組構(gòu)型比男性群組更為穩(wěn)定。

對(duì)攝像機(jī)拍攝的視頻數(shù)據(jù)觀測(cè)同樣發(fā)現(xiàn)，三種工況下共有7個(gè)女性群組在疏散全程保持一種“類隊(duì)列”的群組形態(tài)，女性群組成員間通過手牽手的方式保證群組鏈?zhǔn)綐?gòu)型不被破壞，即“強(qiáng)鏈?zhǔn)叫羞M(jìn)行為”。值得注意的是，在N54實(shí)驗(yàn)中觀察到強(qiáng)鏈?zhǔn)叫羞M(jìn)行為具備一定的不可拆散性，對(duì)他人疏散產(chǎn)生一定阻礙作用，如圖7所示。

4 "仿真模擬與疏散建議

采用Anylogic仿真平臺(tái)建立鐵路樞紐候車區(qū)個(gè)體和群組混合人群疏散模型，群組成員基于社會(huì)力模型[18]的運(yùn)動(dòng)規(guī)則向出口方向運(yùn)動(dòng)。為了驗(yàn)證疏散模型的可靠性，按照3.2節(jié)中的速度數(shù)據(jù)及3.3節(jié)中的構(gòu)型數(shù)據(jù)設(shè)置個(gè)體和群組的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行仿真對(duì)比，經(jīng)10次仿真模擬求取平均值，N54、N36、N18工況的整體疏散時(shí)間分別為32s、23s、19s。計(jì)算仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“相對(duì)誤差值”分別為3.23%、9.52%、5.56%，模型可靠度滿足混合人群鐵路樞紐候車區(qū)疏散模擬。進(jìn)一步考慮群組比例對(duì)疏散效率的影響[19]，以高密N54實(shí)驗(yàn)為例，通過設(shè)置混合人群中群組比例為0%、20%、40%、60%、80%、100%分別進(jìn)行10次仿真模擬并計(jì)算整體疏散時(shí)間平均值，發(fā)現(xiàn)群組比例為40%時(shí)整體疏散時(shí)間最短（29s）。

綜合仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)混合人群疏散提出以下建議：

（1）優(yōu)化疏散設(shè)施。由疏散時(shí)間分析結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的座位區(qū)走廊及出口前通道存在人群短時(shí)聚集的風(fēng)險(xiǎn)，建議優(yōu)化候車區(qū)候車長椅、通道、出口設(shè)施布局以保證疏散路徑暢通；在座位區(qū)走廊與通道銜接處配備疏散引導(dǎo)員，防止在疏散活動(dòng)中乘客因視覺信息缺失及人員擁擠而發(fā)生踩踏等事故。

（2）個(gè)性化疏散組織。從疏散速度分析結(jié)果來看，中、低密場(chǎng)景下群組特性對(duì)疏散的影響顯著；從群組構(gòu)型分析結(jié)果來看，女性群組在疏散過程中呈“鏈?zhǔn)健毙螒B(tài)前進(jìn)，且具備有序、穩(wěn)定等特點(diǎn)。針對(duì)混合人群在不同人群密度場(chǎng)景應(yīng)設(shè)計(jì)個(gè)性化疏散組織策略并借助聲音指示、可移動(dòng)標(biāo)識(shí)指示等措施對(duì)疏散者加以引導(dǎo)。例如，當(dāng)混合人群密度處于中低水平時(shí)，組織者可引導(dǎo)群組疏散者以更緊密的方式進(jìn)行疏散，同時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注行動(dòng)迅速、混亂無序的男性群組防止其與其他疏散者產(chǎn)生沖突發(fā)生碰撞、跌倒等事件。當(dāng)混合人群密度處于較高水平時(shí)，疏散組織者應(yīng)呼吁群組間避免過緊密聚集行為。

（3）靈活化管控混合人群群組比例。從仿真模擬分析結(jié)果來看，高密場(chǎng)景下，40%的群組比例整體疏散時(shí)間最短，建議疏散組織者視人群密度靈活管控群組比例以達(dá)到提高疏散效率的目的。

5 "結(jié) "論

本文開展了低能見度下樞紐候車區(qū)場(chǎng)景個(gè)體和群組混合人群疏散實(shí)驗(yàn)，借助可夜視攝像機(jī)及UWB定位設(shè)備采集混合人群疏散時(shí)間、疏散速度、群組構(gòu)型等數(shù)據(jù)，探討了不同人群密度下群組特性對(duì)疏散活動(dòng)的影響，并分析了群組比例對(duì)整體疏散時(shí)間的作用。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的座位區(qū)走廊及出口前通道存在人群短時(shí)聚集的風(fēng)險(xiǎn)；高密場(chǎng)景下，群組特性對(duì)疏散影響并不顯著；中、低密度下，男性群組疏散速度顯著大于女性群組，2人群組疏散速度顯著大于3人群組；在疏散過程中，女性群組表現(xiàn)為慢速、穩(wěn)定，男性群組相對(duì)快速、無序；女性群組存在強(qiáng)鏈?zhǔn)叫羞M(jìn)行為，這種行為在高密場(chǎng)景下或可阻礙其他疏散者的疏散進(jìn)程；仿真模擬結(jié)果顯示，高密場(chǎng)景下，40%的群組比例下疏散時(shí)間最短。最后提出了低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)人群疏散建議。

開展突發(fā)事件下考慮群組特性的人群疏散研究，對(duì)于豐富行人運(yùn)動(dòng)特性數(shù)據(jù)庫和完善行人流群組行為理論具有重要的意義。本文暫未考慮人群年齡、攜帶行李、教育水平等異質(zhì)性因素對(duì)樞紐應(yīng)急疏散活動(dòng)的影響，未來需要進(jìn)一步細(xì)化研究。

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收稿日期：2023-04-21

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于行為譜的地鐵車站高密度人群疏導(dǎo)設(shè)施安全設(shè)計(jì)”（52072235）；上海市青年科技英才揚(yáng)帆計(jì)劃項(xiàng)目“基于‘個(gè)體-群體-環(huán)境’交互的地鐵隧道疏散動(dòng)力學(xué)建模研究”（21YF1415800）；2020年上海高校市級(jí)重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目“城市軌道交通安全”（s202010001）

作者簡介：王 "盼（1999—），女，寧夏中寧人，上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院碩士研究生，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理；莊異凡（1991—），本文通信作者，女，江蘇淮安人，上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，講師，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：行人疏散動(dòng)力學(xué)與軌道交通運(yùn)營安全管理。

引文格式：王盼，宋曉敏，莊異凡，等. 考慮群組特性的低能見度下鐵路樞紐候車區(qū)人群疏散研究[J]. 物流科技，2024，47（7）：81-85，99.