基于AnyLogic的地鐵應(yīng)急客流疏散方案的設(shè)計(jì)

周偉 陳禮美 黃葉清 張丹童

摘 要：當(dāng)前城市地鐵已成為行人的重要出行方式，論文以某個(gè)地鐵站為研究對(duì)象，通過(guò)基于社會(huì)力模型的AnyLogic軟件對(duì)其進(jìn)行仿真建模，針對(duì)地鐵高峰期的應(yīng)急狀況，對(duì)現(xiàn)有疏散路線進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)更加高效的方案，仿真結(jié)果表明：優(yōu)化后的方案節(jié)省了乘客疏散時(shí)間，提高了客流疏散的效率，為地鐵應(yīng)急客流疏散方案提供了合理的改進(jìn)方向和措施。

關(guān)鍵詞：地鐵疏散;AnyLogic仿真;社會(huì)力模型;優(yōu)化

1 緒論

隨著時(shí)代的發(fā)展，地鐵作為一種大容量的公共交通工具，在緩解城市交通擁堵問(wèn)題和可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要的作用。地鐵屬于客流高度密集的場(chǎng)所，空間較為狹小且相對(duì)封閉，隨著地鐵線路的增多，軌道交通網(wǎng)絡(luò)趨于復(fù)雜，地鐵站內(nèi)的突發(fā)事故時(shí)有發(fā)生。本文將以西安地鐵行政中心站為例探討緊急狀況下的客流疏散方案的優(yōu)化。

2 研究對(duì)象

2.1 地理位置

地鐵行政中心站位于西安市未央?yún)^(qū)，具有換乘功能。該站位于張家堡廣場(chǎng)中央，西鄰市政府，東鄰市委會(huì)，周邊是熙地港和大融城購(gòu)物中心、王府井購(gòu)物中心和城市運(yùn)動(dòng)公園，交通便利，人員活動(dòng)密集。

2.2 內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)

由地下一層的站廳層、地下二層和三層的站臺(tái)層構(gòu)成，地下二層為2號(hào)線出行的站臺(tái)層，類型為三跨島式車站;地下三層為4號(hào)線出行的站臺(tái)層，類型為側(cè)式車站，車站頂部采用了類似玻璃穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。

3 仿真分析

3.1 采集數(shù)據(jù)

3.1.1 行人平均速度

通過(guò)前期調(diào)研，繪制了如下不同年齡階段行人速度的分布列表：

將行人的初始速度設(shè)定為1.00—1.36m/s。

3.1.2 站廳和車廂人數(shù)采樣

經(jīng)過(guò)五次采樣，統(tǒng)計(jì)站臺(tái)人數(shù)在350—420人之間，列車人數(shù)在1400—1600人之間，我們決定以1900人作為仿真模型的疏散總?cè)藬?shù)。

3.1.3 樓梯及扶梯參數(shù)

3.2 搭建仿真模型

3.2.1 社會(huì)力模型

AnyLogic是一款以社會(huì)力模型為基礎(chǔ)的軟件。1995年，Helbing提出了社會(huì)力模型，具體公式：

3.2.2 模型環(huán)境

模型按AnyLogic軟件中1米=5像素的比例尺建立模型，設(shè)置站臺(tái)層和站廳層，相應(yīng)的設(shè)施按照比例尺等比例放置在地鐵站相同的位置，通過(guò)行人庫(kù)建立邏輯關(guān)系，即走動(dòng)、等待、買票、安檢等;之后編寫代碼指令使行人在開(kāi)始疏散時(shí)尋找最近的出口逃生，并統(tǒng)計(jì)疏散所用時(shí)間、總?cè)藬?shù)和總時(shí)間;添加3D動(dòng)畫和時(shí)間—人數(shù)動(dòng)態(tài)折線圖以觀察模型整體運(yùn)行情況。搭建的模型如下：

3.2.3 疏散方案的優(yōu)化

在發(fā)生緊急情況如火災(zāi)或恐怖襲擊時(shí)，行人往往會(huì)產(chǎn)生群聚行為，表現(xiàn)出高度的恐慌感，朝同一個(gè)方向甚至是同一個(gè)路徑進(jìn)行移動(dòng)，則導(dǎo)致某些通道的客流產(chǎn)生聚集現(xiàn)象，堵塞了逃生通道或者出入口[3]，現(xiàn)有的應(yīng)急疏散方案，尤其是在扶梯、樓梯等地方，容易使人群高度聚集，導(dǎo)致整體疏散效率的降低。

所以本文設(shè)計(jì)了新的優(yōu)化方案，有以下兩點(diǎn)：

在站臺(tái)層兩端設(shè)置緊急逃生樓梯。因?yàn)樾姓行恼镜姆鎏菰谡九_(tái)層中央，正常情況下所有的乘客須來(lái)到中心處才能夠到達(dá)站廳層從而出站，而緊急狀況下由于行人易表現(xiàn)出高度緊張的心理狀態(tài)，扶梯處會(huì)出現(xiàn)明顯的擁擠，且扶梯的位置不利于列車兩端離扶梯較遠(yuǎn)處的行人疏散，所以優(yōu)化方案采用在站臺(tái)層兩端設(shè)置緊急逃生樓梯，此樓梯直接通向站臺(tái)層的出口附近，行人可直接從出口迅速離開(kāi)地鐵站。平時(shí)將緊急逃生樓梯關(guān)閉，防止乘客逃票等行為。

增加扶梯的數(shù)量。因?yàn)樵诰o急疏散時(shí)人群由于產(chǎn)生恐慌的心理導(dǎo)致秩序混亂，造成扶梯入口處擁擠，根據(jù)站臺(tái)和站廳內(nèi)的行人密度和行人平均行走速度，預(yù)計(jì)增加2臺(tái)扶梯能夠緩解疏散時(shí)的擁擠情況，提高通行效率。

4 仿真模型驗(yàn)證

4.1 計(jì)算理論時(shí)間

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范GB50157-2013》乘客疏散時(shí)間計(jì)算公式：

4.1.1 計(jì)算扶梯的通過(guò)能力

根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)扶梯的最大通過(guò)能力為6720人次/h，李勝利等通過(guò)社會(huì)力模型對(duì)人員出現(xiàn)恐慌行為時(shí)的疏散行為進(jìn)行分析，得出若自動(dòng)扶梯口人員表現(xiàn)出恐慌行為，其疏散效率為有序疏散的70%[4]。所以將本次計(jì)算中扶梯的通過(guò)能力A1取78人/min·m。

4.1.2 疏散樓梯的通過(guò)能力

樓梯通行能力的計(jì)算公式：

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的計(jì)算公式得出平均疏散時(shí)間為4.07min。

仿真模型疏散時(shí)間：

十次模型運(yùn)行得平均疏散時(shí)間為4.12min。

4.2 真實(shí)性

根據(jù)所掌握的相關(guān)參數(shù)使用乘客疏散時(shí)間計(jì)算公式計(jì)算得出的疏散時(shí)間與AnyLogic仿真模型疏散結(jié)果的誤差在4%以內(nèi)，仿真模型較好地模擬了地鐵站的環(huán)境，具有較高的置信度。

4.3 驗(yàn)證優(yōu)化方案

通過(guò)十次仿真疏散得出的平均疏散時(shí)間為3.17min，較原疏散方案平均節(jié)省了約22%的時(shí)間，可見(jiàn)通過(guò)設(shè)置逃生樓梯及增加扶梯數(shù)量提高了應(yīng)急狀況下行人疏散的效率，增加的出口使擁擠的情況得到改善，能夠更有效地避免發(fā)生踩踏等意外事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

通過(guò)乘客疏散時(shí)間公式計(jì)算得出的結(jié)果與AnyLogic仿真模型的結(jié)果誤差較小，說(shuō)明仿真模型及各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置均較為合理，利用基于社會(huì)力模型AnyLogic的仿真疏散方案比原有方案能更加迅速地將乘客疏散至安全區(qū)域，并對(duì)地鐵站應(yīng)急狀況下的大客流疏散方案提供了優(yōu)化建議，對(duì)其他地鐵車站的疏散路線的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)也具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Helbing D，Molnár P.Social Force Model for Pedestrian Dynamics[J].Physical Review E（S1550-2376），1995，51（5）：42-82.

[2]地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157-2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[3]李錚.地鐵車站緊急疏散客流行為的分析[J].中國(guó)新通信，2018，20（14）：157-158.

[4]江錦濤，高莉萍.軌道交通自動(dòng)扶梯疏散能力及運(yùn)行模式探討[J].都市快軌交通，2019，32（03）：152-156.

[5]黎永學(xué).地鐵站通行設(shè)施整體通過(guò)能力分析研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（09）：43-44.

作者簡(jiǎn)介：周偉，男，漢族，福建南平人，本科，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃管理;陳禮美，男，苗族，貴州黔東南苗族侗族自治州人，本科，研究方向：汽車運(yùn)用;黃葉清，女，漢族，湖北安陸人，本科，研究方向：物流工程;張丹童，女，漢族，山西運(yùn)城人，本科，研究方向：交通運(yùn)輸安全。