考慮群組特性的低能見度下鐵路樞紐候車區人群疏散研究

摘 "要：為探究低能見度下鐵路樞紐候車區環境中，群組特性對人群疏散的影響，通過開展低能見度下個體和群組混合人群疏散實驗，計算分析疏散時間、疏散速度、群組構型等數據，探討不同人員密度場景下群組行為的動態特性。在此基礎上構建疏散模型進一步分析群組比例的影響。結果表明：座位區走廊及出口前通道存在人群短時聚集的風險；中、低密度場景下，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，女性群組表現為慢速、有序，男性群組相對快速、無序。此外，仿真模擬結果顯示，高密場景下，40%的群組比例取得的疏散時間最短。從實驗分析及仿真結果出發，對考慮群組特性的低能見度下鐵路樞紐候車區人群疏散提出建議，為管理者和決策者制定疏散策略提供參考。

關鍵詞：鐵路樞紐候車區；低能見度；人群疏散；群組

中圖分類號：U298.2 " 文獻標志碼：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

鐵路樞紐是城市對外交通重要節點，人員規模大、構成復雜，是個體和不同規模群組混合出行的常見場景[1]。候車區因布設了大量長椅供乘客候車休息，往往是鐵路樞紐內多流線乘客人群高度聚集區域。若突發火災、地震等緊急事件導致照明系統故障、能見度降低，容易誘發乘客出現恐慌情緒[2]，在長椅所形成的狹窄空間內乘客間相互作用加劇，更易引發跌倒、踩踏等安全事故[3-4]。因此，保障突發事件下人員候車區域內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]研究了低能見度環境下室內場所人員疏散行為特點及對人員疏散過程的影響；謝瑋[6]對不同能見度狀況下人員的典型疏散行為展開了研究，發現低能見度時人群中的追隨行為有利于疏散；陳娜等[7]基于火災動力學理論與地鐵站火災特點，利用FDS軟件探究了能見度對人員疏散速度的影響。總體來看，現有研究多基于單個行人或將行人流視為個體的簡單集合開展討論，并未充分考慮群組存在對人員疏散的影響。

在群組運動研究方面，胡楊惠[8]開展直通道單向行人流實驗，研究了常態下二人群組在單向流、多向流作用下的時空運動特性；Mehdi Moussa？觙d等[9]分析了行人群體在自然條件下的運動，發現群組成員間的互動會影響群組運動狀態；耿琦[10]從群組規模及對建筑物熟悉程度出發，分析了不同場景下群組的路徑選擇行為、預決策行為等運動表現。梳理來看，學者們雖然對群組運動開展了研究，但鮮少針對由群組規模、性別組成等群組特性帶來的運動差異進行探討。

在客運樞紐疏散模擬方面，李佳輝等[11]利用Anylogic軟件建立疏散模型，測算了綜合客運樞紐客流高峰期乘客應急疏散時間。史宇峰等[12]建立CA疏散模型對站臺區域疏散進行模擬仿真。宋曉敏等[13]構建乘客動態路徑規劃模型，分析了關閉半數進站閘機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管控方案。上述研究針對客運樞紐整體及站臺、樓扶梯等重點區域建立了仿真模型，但鐵路樞紐候車區這類多障礙物環境的相關疏散研究較少。

綜上，本文設計并開展低能見度下個體和群組混合人群疏散實驗，分析在能見度受損時的疏散時間、疏散速度、群組構型等相關參數，應用Anylogic軟件構建人群疏散仿真模型以探討群組比例對疏散效率的影響。研究結果能為低能見度下鐵路樞紐候車區人群疏散策略的制定提供有效參考。

1 "疏散實驗設置

1.1 "實驗環境

鐵路樞紐是公共運輸活動的生產集中地，樞紐候車區內設有候車椅、乘客行走走廊、應急出口和出口接入通道[14]，由于實地開展低能見度下人群疏散實驗可能對運輸生產產生影響，故選取上海工程技術大學現代交通大樓內一處空曠場地作為實驗用地，如圖1所示，在場地中布設18張3人座座椅（長2.3m寬0.6m）、1個全開門出口（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場景。

為實現對照明系統故障時候車區低能見度環境的模擬，本實驗采取以下措施：（1）實驗時間選取為20點至22點；（2）使用遮光材料遮蔽實驗場地門窗、關閉實驗場地光源；（3）禁止實驗人員使用隨身照明設備。與此同時，在距實驗場地安全出口約4m的對側墻壁上懸掛微亮疏散指示牌以避免因能見度過低而出現實驗事故。

1.2 "實驗人員

實驗共募集108名實驗員，其中，男性52人，女性56人，包括由44名相互熟知的實驗者組成的19個群組。個體和群組實驗者隨機選擇初始位置以獲得自然疏散狀態，但群組成員需選擇相鄰站位。每位實驗者只能參與一種工況下的疏散實驗以避免多次實驗可能產生的學習行為對疏散過程的影響。此外，在實驗結束后對每位實驗者給予一定的物質獎勵以提高疏散積極性。

1.3 "實驗過程

人員數量[15]是影響人員疏散的重要因素。設定實驗人數為54人、36人、18人共3種工況，分別標記為N54、N36、N18，每種工況下人員組成見表1。實驗開始前，實驗人員被要求均勻站立于圖1中標記的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，鈴響后，實驗人員在保證安全的前提下盡快抵達安全出口。另外，實驗要求已抵達安全出口的實驗人員快速走向安全出口外兩側的指定區域，以避免在安全出口處產生擁堵從而影響疏散進程。

實驗詳細步驟描述如下：（1）實驗人員佩戴裝有定位標簽和數字碼的彩色帽子并站立于實驗場地的指定位置處；（2）在開始信號（緊急疏散鈴）發出后開始疏散；（3）以最后一個實驗人員離開實驗場地為結束信號，指引員帶領實驗員回到實驗場地；（4）重復此疏散過程2次即完成某實驗工況的3次實驗；（5）按序開展其他實驗工況。

2 "數據采集

實驗中借助可夜間攝像的高清攝像機實現實驗人員行為及群組疏散形態的提取。4臺高清攝像機（分辨率為1 980×1 080pixel、幀率為30fps）架設位置如圖2所示。1、2、3、4號攝像機分別采集西側走廊、東側走廊、北側安全出口和中部位置的視頻數據。采用傾斜45°的架設方式，攝像機的拍攝視角如圖2所示。

采用UWB（Ultra-Wide Band）提取低能見度下的人員運動軌跡，具有精度高、覆蓋廣的特點。UWB定位設備由定位基站、定位標簽和定位平臺組成。4個定位基站的布設位置見圖1，布設高度為2.5m，覆蓋范圍為120m2，用于接收定位信號；108個定位標簽提前固定在108位實驗者佩戴的彩色帽子上，用于發射定位信號（刷新頻率為1HZ）；定位平臺位于電腦終端，定位精度為0.17m[16]，用于處理和儲存實驗數據，可分析以下參數：

3 "結果分析

3.1 "疏散時間

N54、N36、N18實驗工況下，人員的平均疏散時間（±標準差）分別為18.3s（±6.58s）、12.0s（±4.70s）、11.8s（±3.80s），最大疏散時間分別為31.0s、21.0s、18.0s，最小疏散時間分別為7.2s、3.7s、6.9s。定義自開始信號發出時刻至最后一名實驗員抵達安全出口時刻的時間間隔為“整體疏散時間”，分別為31s、21s、18s。為進一步探究疏散時間分布規律，將三種實驗工況下的疏散時間做歸一化處理，繪制疏散時間-疏散人數圖。如圖4所示，N54、N36、N18實驗中出口疏散人數最多的區間分別是0.4～0.5、0.5

～0.6、0.3～0.4區間，截止這些時間區間，各工況分別累計有39.62%、55.56%、23.53%的實驗者完成了疏散。可見，安全出口處流量最大的時間區間處于疏散全程的前期和中期。此外，從攝像機采集到的視頻數據中觀察到，疏散開始的前期和中期正是實驗者離開初始位置，快速涌入座位區走廊并步入出口前聚集通道的時間段。在這一時間段，座位區走廊及出口前通道因短時內人群大量聚集存在極大的安全隱患，易發生人員擁擠、踩踏等突發事件。

3.2 "疏散速度

（1）個體疏散者的疏散速度

疏散實驗者中個體疏散者的疏散速度見圖5，三種工況下，個體疏散者的平均疏散速度（±標準差）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

疏散實驗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（±標準差）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行獨立樣本T檢驗發現，N54實驗中，檢驗結果分別為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上并無顯著差異。與之不同的是，經檢驗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）場景下，群組規模、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）場景下，群組特性對實驗者在疏散速度表現上有顯著影響。計算各類型群組疏散速度的平均值（±標準差）如表2所示，在N36、N18實驗中，男性群組疏散速度顯著大于女性群組，且N18實驗中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 "群組構型

對三種工況下，男性群組、女性群組、男女混合群組的R值平均值進行統計，得到如表3所示的統計結果，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境疏散過程中，女性群組構型比男性群組更為穩定。

對攝像機拍攝的視頻數據觀測同樣發現，三種工況下共有7個女性群組在疏散全程保持一種“類隊列”的群組形態，女性群組成員間通過手牽手的方式保證群組鏈式構型不被破壞，即“強鏈式行進行為”。值得注意的是，在N54實驗中觀察到強鏈式行進行為具備一定的不可拆散性，對他人疏散產生一定阻礙作用，如圖7所示。

4 "仿真模擬與疏散建議

采用Anylogic仿真平臺建立鐵路樞紐候車區個體和群組混合人群疏散模型，群組成員基于社會力模型[18]的運動規則向出口方向運動。為了驗證疏散模型的可靠性，按照3.2節中的速度數據及3.3節中的構型數據設置個體和群組的運動速度進行仿真對比，經10次仿真模擬求取平均值，N54、N36、N18工況的整體疏散時間分別為32s、23s、19s。計算仿真結果與實驗結果的“相對誤差值”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疏散模擬。進一步考慮群組比例對疏散效率的影響[19]，以高密N54實驗為例，通過設置混合人群中群組比例為0%、20%、40%、60%、80%、100%分別進行10次仿真模擬并計算整體疏散時間平均值，發現群組比例為40%時整體疏散時間最短（29s）。

綜合仿真結果與實驗分析，對低能見度下鐵路樞紐候車區混合人群疏散提出以下建議：

（1）優化疏散設施。由疏散時間分析結果可知，實驗場地的座位區走廊及出口前通道存在人群短時聚集的風險，建議優化候車區候車長椅、通道、出口設施布局以保證疏散路徑暢通；在座位區走廊與通道銜接處配備疏散引導員，防止在疏散活動中乘客因視覺信息缺失及人員擁擠而發生踩踏等事故。

（2）個性化疏散組織。從疏散速度分析結果來看，中、低密場景下群組特性對疏散的影響顯著；從群組構型分析結果來看，女性群組在疏散過程中呈“鏈式”形態前進，且具備有序、穩定等特點。針對混合人群在不同人群密度場景應設計個性化疏散組織策略并借助聲音指示、可移動標識指示等措施對疏散者加以引導。例如，當混合人群密度處于中低水平時，組織者可引導群組疏散者以更緊密的方式進行疏散，同時要重點關注行動迅速、混亂無序的男性群組防止其與其他疏散者產生沖突發生碰撞、跌倒等事件。當混合人群密度處于較高水平時，疏散組織者應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。從仿真模擬分析結果來看，高密場景下，40%的群組比例整體疏散時間最短，建議疏散組織者視人群密度靈活管控群組比例以達到提高疏散效率的目的。

5 "結 "論

本文開展了低能見度下樞紐候車區場景個體和群組混合人群疏散實驗，借助可夜視攝像機及UWB定位設備采集混合人群疏散時間、疏散速度、群組構型等數據，探討了不同人群密度下群組特性對疏散活動的影響，并分析了群組比例對整體疏散時間的作用。結果表明，實驗場地的座位區走廊及出口前通道存在人群短時聚集的風險；高密場景下，群組特性對疏散影響并不顯著；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，女性群組表現為慢速、穩定，男性群組相對快速、無序；女性群組存在強鏈式行進行為，這種行為在高密場景下或可阻礙其他疏散者的疏散進程；仿真模擬結果顯示，高密場景下，40%的群組比例下疏散時間最短。最后提出了低能見度下鐵路樞紐候車區人群疏散建議。

開展突發事件下考慮群組特性的人群疏散研究，對于豐富行人運動特性數據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、教育水平等異質性因素對樞紐應急疏散活動的影響，未來需要進一步細化研究。

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收稿日期：2023-04-21

基金項目：國家自然科學基金面上項目“基于行為譜的地鐵車站高密度人群疏導設施安全設計”（52072235）；上海市青年科技英才揚帆計劃項目“基于‘個體-群體-環境’交互的地鐵隧道疏散動力學建模研究”（21YF1415800）；2020年上海高校市級重點課程建設項目“城市軌道交通安全”（s202010001）

作者簡介：王 "盼（1999—），女，寧夏中寧人，上海工程技術大學城市軌道交通學院碩士研究生，研究方向：交通運輸規劃與管理；莊異凡（1991—），本文通信作者，女，江蘇淮安人，上海工程技術大學城市軌道交通學院，講師，博士，碩士生導師，研究方向：行人疏散動力學與軌道交通運營安全管理。

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人群疏散研究[J]. 物流科技，2024，47（7）：81-85，99.