軌道交通車站應急疏散仿真研究

段勝利

（山東交通學院，山東 濟南250300）

0 引言

根據交通運輸部數據顯示，2021年1月，全國(不含港澳臺)共有44個城市開通運營城市軌道交通線路234條，運營里程7623.3km，實際開行列車229萬列次，完成客運量17.9億人次，進站量11.0億人次。以青島地鐵某車站為例，基于不同的設備布置，設計不同的行人應急疏散流程，同時運用Anylogic建立應急疏散模型，通過模型輸出的數據，得出相關客運設備的結論。

1 地鐵車站應急疏散分析

1.1 疏散狀態的交通行為特征分析

在地鐵疏散過程中，疏散反應、疏散路徑和疏散速度是影響疏散結果的重要因素。行人的疏散過程分為四個階段：由接收到突發事件信息開始，經過確認后，決定是否疏離現場。若選擇不疏散，則待在原地等待救援。若選擇疏散，則疏散過程由一系列決策過程構成，影響因素包括出入口擁堵程度、障礙物等，直至疏離現場[1]。在疏散過程中，行人交通行為包括以下幾種：

一是原路返回，行人在疏散過程中，為尋求自保，會本能地折返原來的路徑，特別是剛剛進入地鐵車站的行人會大多數選擇次行為。二是從眾行為，在行人疏散過程中，若有熟悉環境者一同行動，會獲得較大的安全感。部分行人因恐慌而失去主見判斷，易接受他人行動指示及暗示，因而產生跟從多數人或傾向帶頭者。三是日常行為習慣，人們對經常使用的空間和路徑，有較為深切的了解和行人感，遇到突發事件時，往往會主動選擇自己熟悉的路徑疏離。四是向往開闊性，開闊地方的障礙物會少，安全性可能更高，行人疏散時這樣的開闊地帶生存機會較大。五是從近性，當疏散者不了解周圍環境和疏散狀況時，會選擇最近的出口疏散。

1.2 疏散流線及疏散時間分析

2017年發布的《地鐵安全疏散規范（GB/T33668—2017）》中，針對車站的應急事故主要分為站臺公共區事故和站廳公共區事故三種情況，且分別對事故安全疏散時間的計算進行規定，故在分析地鐵車站行人疏散時也需要考慮事故發生的地點。站臺事故疏散：當站臺發生緊急情況需要疏散時，站廳為臨時安全區，必須疏散人員為事故站臺上的候車乘客，進站列車應過站不停車，站廳乘客不計入疏散人數。疏散路徑為從列車內至站臺火災時的安全區所經過的疏散通道路徑。其疏散流線：站臺—樓扶梯入口—站廳（安全區域）。站臺層的事故安全疏散時間應按照下式計算：

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

站廳事故疏散：站廳層公共區發生事故時，必須疏散人員為遠期或客流控制期超高峰小時站臺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包括所有線路站臺的乘客及站廳乘客。其疏散流線為：站臺—樓扶梯入口—站廳—檢票口—地面。事故安全疏散時間應按照下式計算：

式（2）中：Ts為站廳層發生火災時站臺層的必須疏散人員由站臺疏散至站廳層的時間；Tc，1為站廳行走時間；Tc，2為全部必須疏散人員通過檢票口的時間；Tc，3為全部必須疏散人員通過站廳安全出口的時間。

1.3 疏散方案評價分析

疏散方案的安全性評價分析主要包括事故最大疏散時間、站內行人密度兩個方面。事故最大疏散時間T：最大的疏散時間指列車內、站臺和站廳內的所有乘客疏散至安全區所需要的最大時間。在仿真評估中，可通過仿真模擬，計算從仿真開始到所有乘客疏散完畢所需時間，得到最大疏散時間。根據《地鐵安全疏散規范（GB/T33668—2017》事故疏散時間應滿足小于6min的基本條件，事故最大疏散時間越短越好。最大行人密度ρ：行人密度是指在步行設施及其相關空間區域內單位面積的行人數，一般用區域人數與區域面積之比表示，單位采用人/平方米。

2 地鐵客流應急疏散仿真模型

2.1 社會力模型

社會力模型（Social Force Model）是一種經典的仿真模型。1995年德國學者Helbing等人在流體動力學方程的基礎上提出社會力模型，即行人運動被描述成一個簡單行為的社會力模型。模型將自驅動行為、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化為行人受力行為，并分別及時為自驅動力、行人之間的作用力、行人和障礙物之間的作用力，統稱為社會力。

2.2 應急疏散模型

本文采用Anylogic軟件構建青島地鐵某車站客流應急疏散仿真模型。Anylogic的行人庫用的是社會力模型，行人庫里的行人運動模型加了很多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以及視野范圍內有障礙物之后如何去避開障礙物、選擇相對較優的路徑等等的運算。仿真模型構建包括車站物理環境建立和行人行為模型構建，行人行為中又包括正常進站行為和應急疏散行為，模型輸入數據為車站及行人實際數據。發生突發事件時，行人會從正常行為轉向疏散行為，應用Anylogic行人庫和流程庫即可完成以上模型構建工作。由于不同年齡段和不同性別乘客的疏散速度不同，在進行仿真時需要設置不同屬性的智能體，模型參數設定如表1所示。

表1 不同行人類型疏散速度及占比參數設定

3 青島地鐵某車站應急疏散實例分析

3.1 青島地鐵某站概況

X站為換乘車站，有5個出入口。a號線站廳公共區面積2770m2，b號線站廳公共區面積約為1794m2。站臺有效長度皆為120m，計算長度113m，寬度14m，站臺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（應急疏散時關閉）、自動扶梯16處。

3.2 疏散流程分析與疏散方案設計

當緊急疏散時，所有入口做疏散出口，站臺乘客通過扶梯、樓梯向站廳層疏散，站廳層乘客選擇最近的出入口疏散。該車站應急疏散流程如圖1、2所示。方案1：保持車站原有的客運設備，將所有的入口當做疏散出口，所有進出站閘機全部打開，疏散流程如圖1(a)所示。方案2：取消部分鐵馬，并在瓶頸處設置工作人員引導，根據就近原則設定固定的疏散路徑，所有的入口當做疏散出口，所有閘機全部打開，疏散流程如圖1(b)所示。

圖1 應急疏散流程圖

3.3 仿真結果分析

在客流結構不變、疏散人數為3000人的情況下，重復仿真20次，記錄統計結果，并對重復仿真結果統計均值取平均，所得數據如表2所示

表2 不同方案的疏散數據表

對比改善方案和原方案的疏散時間和標準差看，取消部分鐵馬裝置，由瓶頸處工作人員引導固定一些疏散路徑能夠有效緩解瓶頸處的擁堵，也可以減少疏散時間，通過對比標準差值也可以看到，改善方案的標準差值大大降低，說明改善方案能有效地克服行人初始隨機分布導致的疏散時間波動性，降低繞行系數。

4 結語

通過設計不同站內客運設備布局下的應急疏散方案，利用Anylogic軟件進行模擬仿真，以青島地鐵某車站為例，對模型輸出的數據進行分析，并對多種應急疏散進行比選。研究得出，對于地鐵車站站內客運設施的布局會影響行人疏散的速率，通過工作人員的引導，固定疏散路徑可以降低行人的平均疏散繞行系數，降低瓶頸口客運設備壓力，為客運站應急疏散工作提供應急指導，進一步提高客運站應急疏散中的客流疏散效率。