牛天河，張 喜

（北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院， 北京 100044 ）

大型客運(yùn)樞紐站安全應(yīng)急疏散計(jì)算機(jī)仿真分析

牛天河，張 喜

（北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院， 北京 100044 ）

大型客運(yùn)樞紐站是重要的旅客換乘集散場(chǎng)所，由于其內(nèi)部功能區(qū)位布局和客流分布比較復(fù)雜，因此當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，如何有效地預(yù)防和減小事故傷亡率，防止事故發(fā)生后產(chǎn)生群死群傷的現(xiàn)象，成為研究重點(diǎn)。本文以北京南站為例，利用Anylogic仿真軟件，設(shè)計(jì)北京南站地下一層的旅客疏散流線，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

大型客運(yùn)樞紐站；突發(fā)事件；客流疏散；Anylogic仿真

北京南站作為京津城際軌道交通的起點(diǎn)站，東端銜接京津城際軌道交通和北京站，西端銜接京滬高速鐵路、北京動(dòng)車(chē)段永豐鐵路，成為集普通鐵路、高速鐵路、市郊鐵路、城市軌道交通與公交、出租等市政交通設(shè)施于一體的大型綜合交通樞紐站?？紤]到其站內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，客服設(shè)備眾多、客流集散量大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就可能會(huì)造成重大人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，制定科學(xué)的突發(fā)事件下客流疏散應(yīng)急預(yù)案，在事故未對(duì)人員生命安全造成危險(xiǎn)的時(shí)間內(nèi)，將旅客疏散到安全地點(diǎn)顯得尤為重要。本文針對(duì)北京南站客流疏散過(guò)程中流線的復(fù)雜性，通過(guò)分析其站內(nèi)服務(wù)設(shè)施的區(qū)位布局及客流流線位置，利用Anylogic微觀動(dòng)態(tài)仿真軟件，對(duì)其突發(fā)事件下客流疏散流線進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)分析，為北京南站的突發(fā)事件安全應(yīng)急決策提供參考依據(jù)。

1 北京南站地下一層應(yīng)急疏散環(huán)境分析

1.1 基本站設(shè)計(jì)及客服環(huán)境

北京南站地下一層為主要的換乘大廳和商業(yè)服務(wù)區(qū)域，其站廳結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較復(fù)雜，是社會(huì)車(chē)輛停車(chē)的場(chǎng)所，是提供乘客換乘公交、私家車(chē)和出租車(chē)的系統(tǒng)，也是乘客進(jìn)行短暫商業(yè)活動(dòng)的平臺(tái)。站內(nèi)有7個(gè)進(jìn)站大廳，包括3個(gè)高速進(jìn)站廳，2個(gè)普速進(jìn)站廳和2個(gè)城際進(jìn)站廳。出站廳有8個(gè)，包括4個(gè)高速出站廳，2個(gè)普速出站廳和2個(gè)城際出站廳。地下一層還設(shè)有不同類(lèi)型的售票大廳，包括分布在南北電梯兩側(cè)的4個(gè)高鐵，普速和城際售票窗口。在大廳的中央位置是地鐵的換乘區(qū)域，也是主要的旅客集散地，在區(qū)域南北兩側(cè)各有一個(gè)出站口，在東西兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)地鐵售票窗口和進(jìn)站口。

1.2 應(yīng)急疏散仿真環(huán)境

為了能夠較真實(shí)的反映事故突發(fā)過(guò)程中的疏散效果，對(duì)地下一層的候車(chē)區(qū)域根據(jù)不同的服務(wù)類(lèi)型和旅客主要集散地進(jìn)行相應(yīng)的分區(qū)，然后根據(jù)具體的分區(qū)位置設(shè)計(jì)了事故發(fā)生時(shí)的旅客逃生路線。

地下一層候車(chē)區(qū)域內(nèi)有許多錯(cuò)綜復(fù)雜的商業(yè)服務(wù)區(qū)域和地鐵服務(wù)區(qū)域，根據(jù)不同的服務(wù)類(lèi)型將地下一層劃分為商業(yè)一區(qū)、地鐵換乘區(qū)和商業(yè)二區(qū)，如圖1所示。對(duì)周?chē)倪M(jìn)出站口、換乘通道和緊急出口設(shè)定相應(yīng)的疏散通道，根據(jù)設(shè)定的疏散口和旅客分區(qū)設(shè)計(jì)相應(yīng)的旅客疏散流線如表1所示。

圖1 疏散通道

表1 地下一層疏散流線

2 北京南站地下一層應(yīng)急疏散仿真模型設(shè)計(jì)

2.1 基于Anylogic軟件的客流疏散仿真系統(tǒng)模型架構(gòu)

北京南站客運(yùn)樞紐站的客流疏散仿真主要采用了計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)模型來(lái)反映仿真突發(fā)事件下樞紐站客流疏散的仿真分析技術(shù)和方法。采用AnyLogic的行人庫(kù)和社會(huì)力模型算法建立客流應(yīng)急疏散模型，對(duì)北京南站在突發(fā)事件時(shí)客流的疏散進(jìn)行仿真建模過(guò)程如圖2。

圖2 仿真過(guò)程建模

2.2 客流疏散仿真的社會(huì)力模型

社會(huì)力模型是連續(xù)型微觀仿真模型，可以相對(duì)真實(shí)的體現(xiàn)行人的蹤跡。社會(huì)力模型以牛頓動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，由各個(gè)力的表達(dá)式來(lái)體現(xiàn)行人不同的動(dòng)機(jī)和影響。Helbing于2000年對(duì)社會(huì)力模型進(jìn)行了歸納和實(shí)現(xiàn)，即個(gè)體的實(shí)際行為受個(gè)體的主觀意識(shí)、個(gè)體與個(gè)體以及個(gè)體與障礙物這3個(gè)方面因素的影響，等效為力在個(gè)體上的作用， 即驅(qū)動(dòng)力、人與人之間的作用力和人與障礙物之間的作用力，這些力的合力作用于行人，用社會(huì)力的概念來(lái)描述。

（1）驅(qū)動(dòng)力：主觀意識(shí)對(duì)個(gè)體行為的影響可化為個(gè)體所受自己施加的“社會(huì)力”，體現(xiàn)了行人以渴望的速度移動(dòng)到目的地的動(dòng)機(jī)。運(yùn)動(dòng)學(xué)方程如下：

（2）人與人之間的作用力：指試圖與其它行為保持一定距離所施加的“力”。行人加減速和方向變化方程如下：

（3）人與墻之間的作用力：墻對(duì)人的影響類(lèi)似于人與人之間的作用。社會(huì)力方程如下：

3 北京南站地下一層應(yīng)急疏散仿真分析

3.1 實(shí)例仿真模型參數(shù)與指標(biāo)選擇

社會(huì)力模型原理表明，在正常的情況下，如果人均面積在0.28 m2以下時(shí)，就有可能造成危險(xiǎn)，如果人均占有面積減少到0.25 m2時(shí)，會(huì)造成人群的相互接觸，這時(shí)如發(fā)生突發(fā)事件則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的擠壓、踩踏等事故，因此人均占有空間為0.28 m2是對(duì)疏散人群進(jìn)行控制的最短人員密度界限,通過(guò)查閱統(tǒng)計(jì)資料，在人均占有面積0.28 m2情況下，男人的平均速度為1.5 m/s，女人的平均速度為1.1 m/s，老人及兒童的平均速度為0.8 m/s。根據(jù)模型算法、查閱文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，設(shè)定現(xiàn)實(shí)情況下地下一層人員設(shè)備仿真參數(shù)如圖3所示。

圖3 仿真參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2 實(shí)例仿真模型設(shè)計(jì)

3.2.1 仿真動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)

在Anylogic仿真軟件中加入仿真底圖，繪制仿真模型動(dòng)畫(huà)如圖4所示，設(shè)置模型動(dòng)畫(huà)中的線條的屬性。

3.2.2 仿真流程圖設(shè)計(jì)

根據(jù)地下一層的主要疏散流線，在Anylogic仿真軟件里用各個(gè)模塊的關(guān)系圖表示出來(lái)，建立地下一層的仿真流程圖，并設(shè)置每個(gè)模塊的屬性，如圖5所示。

3.2.3 仿真運(yùn)行過(guò)程控制

在正常的仿真流線過(guò)程中，點(diǎn)擊疏散按鈕，停止原來(lái)候車(chē)、購(gòu)票和正常的流線行為轉(zhuǎn)為立即尋找出口進(jìn)行疏散的行為。以下為疏散執(zhí)行語(yǔ)句：

圖4 模型動(dòng)畫(huà)

圖5 設(shè)備模塊和邏輯流程

oval.setVisible(true);

speedupArea.speedIsMultiplied = true;

arrive1PedSource.rate=0;

arrive3PedSource.rate=0;

arrive5PedSource.rate=0;

arrive7PedSource.rate=0;

arrive2PedSource.rate=0;

arrive4PedSource.rate=0;

arrive6PedSource.rate=0;

arrive8PedSource.rate=0;

northSubwayExitPedSource.rate=0;

southSubwayExitPedSource.rate=0;

pedArea1.setOpen(false);

speedupArea.setOpen(false);

eastChannel1PedGoTo.cancelAll();

eastSubwayEntryPedGoTo.cancelAll();

eastSubwayWindowsService.cancelAll();

eastChannel2PedGoTo.cancelAll();

northBusPedGoTo.cancelAll();

southBusEntryPedGoTo.cancelAll();

westChannel1PedGoTo.cancelAll();

westSubwayEntryPedGoTo.cancelAll();

westSubwayWindowsService.cancelAll();

westChannel2PedGoTo.cancelAll();

northWestWindowsService.cancelAll();

southWestWindowsService.cancelAll();

northStairsEntryPedGoTo.cancelAll();

ordinarySpeedGatesService.cancelAll();

rapidGatesService.cancelAll();

intercityGatesService.cancelAll();

southStairsEntryPedGoTo.cancelAll();

3.3 實(shí)例仿真評(píng)價(jià)分析

根據(jù)仿真設(shè)計(jì)參數(shù)和選擇指標(biāo)，通過(guò)對(duì)北京南站地下一層設(shè)計(jì)不同的突發(fā)事故點(diǎn)和兩組疏散人群數(shù)量進(jìn)行6組對(duì)比，疏散成功率仿真結(jié)果如表2所示。

表2 各疏散方案仿真結(jié)果

由表2可以直觀的看出，在既定的參數(shù)條件下，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，在不同的事故突發(fā)點(diǎn)，假定候車(chē)區(qū)域人數(shù)為2 000人和3 000人時(shí)，在制定的疏散流線下，疏散時(shí)間差別相對(duì)較大。特別是突發(fā)點(diǎn)在地鐵入口處，當(dāng)疏散人數(shù)達(dá)到3 000人時(shí)，疏散平均花費(fèi)的時(shí)間為5.4 min。因此，作為乘客主要的換乘平臺(tái)，應(yīng)該合理安排地下一層的客服設(shè)備，避免影響疏散流線，一旦發(fā)生突發(fā)事件，疏散人數(shù)較多時(shí)，根據(jù)仿真結(jié)果可知，其疏散完成時(shí)間也較長(zhǎng)。

（1）應(yīng)急疏散過(guò)程中的服務(wù)水平評(píng)價(jià)

仿真過(guò)程中采集到的不同方案人群疏散時(shí)的整體密度，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出各個(gè)方案的最小的人均空間為1.253 m2/人～2.614 m2/人。通過(guò)查閱相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出，當(dāng)北京南站地下一層換乘區(qū)域有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，客流應(yīng)急疏散的服務(wù)水平在E級(jí)到B級(jí)之間。即客流能夠較好的通過(guò)自組織的行為疏散，這說(shuō)明預(yù)先設(shè)計(jì)的疏散流線是可行的且有利于車(chē)站客流的安全疏散，為北京南站地下一層流線的實(shí)際設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

（2）應(yīng)急疏散過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

通過(guò)仿真過(guò)程可以看出，地鐵口附近的人流處于基本飽和狀態(tài)，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是當(dāng)高峰期或者是節(jié)假日客流量較大時(shí)，一旦發(fā)生突發(fā)事件，地鐵口附近的疏散能力將會(huì)處于癱瘓。旅客在疏散過(guò)程中有可能完全依賴(lài)就近原則，導(dǎo)致有突發(fā)情況時(shí)，旅客一般會(huì)選擇從較近的閘機(jī)口疏散，這樣就可能會(huì)出擁擠排隊(duì)現(xiàn)象，而離事故突發(fā)點(diǎn)較遠(yuǎn)的出口則無(wú)排隊(duì)現(xiàn)象。因此，平常南站可以多做一些疏散演習(xí)和培養(yǎng)一些有經(jīng)驗(yàn)的疏散工作人員做引導(dǎo)，防止在突發(fā)情況下由于旅客的恐慌而產(chǎn)生的從眾行為，導(dǎo)致疏散開(kāi)始就產(chǎn)生擁堵。

通過(guò)應(yīng)急疏散仿真預(yù)案進(jìn)行仿真模擬可以看出，就目前的北京南站地下一層高峰時(shí)候的客流量，一旦在地下一層有火災(zāi)等突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可以首先按照預(yù)先設(shè)計(jì)的這52條疏散流線進(jìn)行疏散，在這種方式下，地下一層的應(yīng)急疏散效率和疏散的成功率是可以保證乘客安全疏散的，如果是實(shí)際情況，可以讓工作人員協(xié)助引導(dǎo)疏散，提高疏散的效率，防止現(xiàn)場(chǎng)混亂。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)北京南站地下一層的可用應(yīng)急疏散流線做了設(shè)計(jì)分析，利用Anylogic仿真軟件對(duì)北京南站的地下一層候車(chē)區(qū)域既有的疏散流線進(jìn)行應(yīng)急疏散仿真分析。通過(guò)實(shí)例仿真模擬，得出了在不同人數(shù)條件和事故突發(fā)點(diǎn)的客流疏散所需的時(shí)間，以及疏散過(guò)程中產(chǎn)生的擁堵人群位置，從而找到突發(fā)事故發(fā)生時(shí)的瓶頸，為北京南站地下一層的實(shí)際應(yīng)急疏散組織工作提供參考。

[1]劉民偉．鐵路大型客運(yùn)樞紐站突發(fā)事件應(yīng)急能力評(píng)價(jià)模型與方法的研究[D]．北京：北京交通大學(xué)，2008.

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[5]張艷芬.大型客運(yùn)站突發(fā)事件客流疏散仿真方法的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2013.

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責(zé)任編輯 陳 蓉

Computer simulation of safety emergency evacuation for large passenger hub station

NIU Tianhe, ZHANG Xi
( School of Traff i c and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China )

Large passenger hub station was a passenger transfer important distribution area. Its area layout of internal function and traff i c distribution were complicated, if a sudden accident happened, how to prevent and reduce the accident casualty rate, to prevent accidents caused casualties phenomenon, became the focus of research at home and abroad. This paper taken the Beijing South Railway Station as an example, used simulation software Anylogic to design the (passenger evacuation route) of Beijing South Railway Station underground layer and evaluate this design.

large passenger hub station; emergency event; passenger evacuation; Anylogic simulation

U291.7∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0016-05

2014-04-28

牛天河，在讀碩士研究生；張 喜，教授 。