周杰松，鄧永恒

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院機(jī)場(chǎng)工程與運(yùn)輸管理學(xué)院，廣漢 618307）

基于AnyLogic的機(jī)場(chǎng)航站樓應(yīng)急疏散仿真研究

周杰松，鄧永恒

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院機(jī)場(chǎng)工程與運(yùn)輸管理學(xué)院，廣漢 618307）

針對(duì)國(guó)內(nèi)外大型公共場(chǎng)所突發(fā)事件頻繁發(fā)生現(xiàn)象，選取綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)作為對(duì)象，提出采用基于社會(huì)力模型的AnyLogic仿真軟件建立綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳應(yīng)急疏散仿真模型，詳細(xì)地介紹社會(huì)力模型以及AnyLogic建模一般流程。根據(jù)仿真結(jié)果，得到疏散的第1~3分鐘是旅客應(yīng)急疏散黃金時(shí)間段的結(jié)論。

應(yīng)急疏散；社會(huì)力模型；仿真；AnyLogic

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大型公共場(chǎng)所突發(fā)事件頻繁發(fā)生，特別是人群密集的大型公共場(chǎng)所，發(fā)生突發(fā)性事件的概率大幅度提升。機(jī)場(chǎng)作為民航運(yùn)輸重要的中轉(zhuǎn)設(shè)施之一，是客流主要集中區(qū)域，尤其是作為人群主要聚集的航站樓，發(fā)生突發(fā)事件的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加。在研究行人應(yīng)急疏散過(guò)程中，傳統(tǒng)研究方法如動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、人群疏散演習(xí)等成本高且操作性低，故利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件旅客應(yīng)急疏散仿真模型，可以較為真實(shí)地反映應(yīng)急狀態(tài)下旅客行為特性。本文選取綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)作為對(duì)象，在基于社會(huì)力模型的Any-Logic仿真平臺(tái)上對(duì)航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件旅客應(yīng)急疏散問(wèn)題進(jìn)行了模擬仿真。通過(guò)建立的仿真模型對(duì)綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳實(shí)際高峰小時(shí)旅客疏散運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，得出應(yīng)急疏散過(guò)程中的一般規(guī)律，對(duì)于機(jī)場(chǎng)管理當(dāng)局合理疏散方案的制定具有重要的意義。

1 應(yīng)急疏散仿真方法的實(shí)現(xiàn)

1.1 社會(huì)力模型簡(jiǎn)介

1995年，Helbing等人提出了基于行人動(dòng)力學(xué)的社會(huì)力模型。模型表明，每個(gè)行人身上都作用有社會(huì)力，即目標(biāo)對(duì)行人的驅(qū)動(dòng)力、行人之間、行人與邊界等障礙物之間的相互作用力。這些力作用在行人身上產(chǎn)生加速度，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1-3]。

1.2 AnyLogic軟件簡(jiǎn)介及建模過(guò)程

AnyLogic是由俄羅斯XJTechnologies公司開(kāi)發(fā)完成的，它能夠?qū)﹄x散事件、連續(xù)事件以及混合系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，AnyLogic主要由標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、流程建模庫(kù)、軌道庫(kù)以及行人庫(kù)等組成，本文研究?jī)?nèi)容是旅客應(yīng)急疏散問(wèn)題，主要是基于行人庫(kù)完成的[4]。

AnyLogic行人庫(kù)建模過(guò)程：利用行人庫(kù)建立仿真模型時(shí)，首先，將畫(huà)好的CAD圖導(dǎo)入到AnyLogic軟件的Main中，形成背景圖；其次，通過(guò)行人庫(kù)中空間標(biāo)記對(duì)應(yīng)模塊來(lái)創(chuàng)建建筑設(shè)施（例如航站樓墻壁、安檢通道、值機(jī)柜臺(tái)、服務(wù)區(qū)域等），并生成所需的物理環(huán)境，在對(duì)應(yīng)模塊中點(diǎn)擊左鍵通過(guò)改變參數(shù)來(lái)設(shè)置屬性；然后，通過(guò)拖入行人行為模塊并依次連接起來(lái)構(gòu)成行人行為特性邏輯關(guān)系圖，同樣地，在相應(yīng)模塊中點(diǎn)擊左鍵通過(guò)改變參數(shù)或者輸入Java代碼等方式設(shè)置其屬性；最后，AnyLogic軟件能夠收集到仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，例如區(qū)域行人密度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、行人疏散時(shí)間以及單位時(shí)間疏散人數(shù)等數(shù)據(jù)。

1.3 實(shí)際高峰小時(shí)旅客離港人數(shù)的確定

對(duì)于高峰小時(shí)旅客量的預(yù)測(cè)，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）使用的是典型高峰小時(shí)旅客流量，也即高峰月內(nèi)平均高峰日里的高峰小時(shí)[5]?？紤]到國(guó)外預(yù)測(cè)方法與國(guó)內(nèi)情況有所偏差，也考慮綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)實(shí)際情況，本文主要通過(guò)小時(shí)離港航班總座位數(shù)最大值與國(guó)內(nèi)正班航班平均客座率的乘積來(lái)估算實(shí)際高峰小時(shí)旅客離港流量。

根據(jù)綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)進(jìn)出港航班時(shí)刻表（夏秋航季2017年3月26日-2017年10月28日）[6]，統(tǒng)計(jì)機(jī)場(chǎng)每天每小時(shí)離港航班總座位數(shù)。綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)主要機(jī)型為B738、A320、A319以及E190，為了方便統(tǒng)計(jì)，都采用經(jīng)典兩艙布局進(jìn)行計(jì)算，即B738座位數(shù)162個(gè)、A320座位數(shù)150個(gè)、A319座位數(shù)126個(gè)以及E190座位數(shù)98個(gè)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)離港航班機(jī)型小時(shí)總座位數(shù)最大為1224個(gè)。按照全行業(yè)國(guó)內(nèi)正班航班平均客座率80%水平進(jìn)行計(jì)算，得出綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)出發(fā)層內(nèi)實(shí)際高峰小時(shí)旅客離港客流量為980人。為了便于研究，本文設(shè)定出發(fā)廳內(nèi)實(shí)際高峰小時(shí)為航站樓出發(fā)層一半，也即旅客離港客流量為500人。

2 綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳應(yīng)急疏散實(shí)例研究

2.1 綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)現(xiàn)狀分析

綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)場(chǎng)址位于綿陽(yáng)市城南，距市中心約10公里左右路程，它是集軍用、民用以及民航飛行訓(xùn)練于一體的機(jī)場(chǎng)。機(jī)場(chǎng)航站樓建筑面積2.6萬(wàn)平方米，設(shè)計(jì)旅客年吞吐量200萬(wàn)人次。截止2016年12月底，綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)年旅客吞吐量217萬(wàn)，已超出設(shè)計(jì)容量，突發(fā)事件下旅客的應(yīng)急疏散存在著嚴(yán)重隱患，故有必要對(duì)當(dāng)前客流高峰條件下綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)旅客應(yīng)急疏散現(xiàn)狀進(jìn)行模擬仿真，找出疏散過(guò)程中的一般規(guī)律，并采取相關(guān)措施，提高應(yīng)急疏散效率。

2.2 應(yīng)急疏散仿真模型運(yùn)行

本文把綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)出發(fā)廳實(shí)際高峰小時(shí)下旅客離港客流量500人，設(shè)定為應(yīng)急疏散初始人數(shù)。運(yùn)行該應(yīng)急疏散仿真模型，一段時(shí)間后仿真狀態(tài)，如圖1所示。圖1所反映的是航站樓出發(fā)廳內(nèi)人數(shù)還剩99人，應(yīng)急疏散時(shí)間為2分04秒時(shí)狀態(tài)。圖中所示紅色矩形區(qū)域表示發(fā)生突發(fā)事件（如失火、爆炸等）的值機(jī)區(qū)域，在應(yīng)急疏散過(guò)程中旅客會(huì)繞過(guò)紅色區(qū)域進(jìn)行逃生。運(yùn)行該仿真模型直到航站樓出發(fā)廳旅客人數(shù)為0時(shí)，應(yīng)急疏散結(jié)束。

圖1 應(yīng)急疏散過(guò)程中狀態(tài)圖

2.3 應(yīng)急疏散仿真結(jié)果與評(píng)價(jià)

通過(guò)收集到的仿真數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)疏散人數(shù)為500人，疏散所需時(shí)間為5.52min，第n分鐘總疏散人數(shù)分別為0人，132人，371人，449人，479人，492人，500人，單位時(shí)間疏散人數(shù)分別為132人，239人，78人，30人，13人，8人，如表1所示。

表1 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從整體疏散情況來(lái)分析應(yīng)急疏散整個(gè)過(guò)程，如圖2所示。突發(fā)事件剛發(fā)生時(shí)，由于旅客不知道突發(fā)事件具體類(lèi)型，此時(shí)旅客需要一個(gè)較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，當(dāng)明白事故狀況后，才開(kāi)始尋找安全出口進(jìn)行撤離；當(dāng)旅客疏散一段時(shí)間后，單位時(shí)間疏散人數(shù)逐漸增加，疏散效率也逐漸提高，持續(xù)該疏散過(guò)程直到單位時(shí)間內(nèi)疏散人數(shù)到達(dá)峰值，從整體疏散曲線圖第1~3分鐘切線斜率也能反映出；隨著疏散過(guò)程的進(jìn)行，站內(nèi)大多數(shù)旅客疏散到安全區(qū)域，單位時(shí)間疏散人數(shù)較少，疏散效率較低；疏散的最后階段，有極少一部分旅客還在進(jìn)行疏散。近一步分析單位時(shí)間疏散曲線圖可知，綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳旅客在應(yīng)急疏散開(kāi)始后的第1~3分鐘時(shí)間段內(nèi)疏散效率最高，如圖3所示。

圖2 整體疏散情況

圖3 單位時(shí)間疏散情況

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)建立的綿陽(yáng)南郊機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳旅客應(yīng)急疏散仿真模型模擬運(yùn)行，并對(duì)導(dǎo)出的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，得到了應(yīng)急疏散的一般規(guī)律，也即旅客應(yīng)急疏散開(kāi)始后的第1~3分鐘時(shí)間段內(nèi)疏散效率最高的結(jié)論。因此，當(dāng)航站樓出發(fā)廳內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，機(jī)場(chǎng)管理部門(mén)應(yīng)充分把握好應(yīng)急疏散開(kāi)始后的第1~3分鐘疏散黃金時(shí)間，在此時(shí)間段內(nèi)，機(jī)場(chǎng)工作人員可以通過(guò)人工疏導(dǎo)、增設(shè)備用出口等方式來(lái)縮短應(yīng)急疏散所需時(shí)間，提高旅客應(yīng)急疏散效率。

[1]Helbing.D,Molnar.P.Social Force Model for Pedestrian Dynam ics[J].Physical Review E Statistical Physics Plasmas Fluids Related Interdisciplinary Topics，1995，V51(5)：4282-4286.

[2]單慶超,張秀媛,張朝峰.社會(huì)力模型在行人運(yùn)動(dòng)建模中的應(yīng)用綜述[J].城市交通，2011，V9(4506):71-77.

[3]郭謹(jǐn)一,劉爽,陳紹寬等.行人運(yùn)動(dòng)仿真研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008,V20(9):2237-2242.

[4]關(guān)于我們-AnyLogic Simulation Software.http://www.AnyLogic.cn/about-us.

[5]李明捷.機(jī)場(chǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)民航出版社，2015：280-282.

[6]2016年綿陽(yáng)機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量突破217萬(wàn)人次.http://www.myjfjt.com/index.php?m=artview&mid=10&id=929.

Research on the Simulation of Emergency Evacuation from the Term inal Building Based on AnyLogic

ZHOU Jie-song，DENG Yong-heng

（College of Airport Engineering and Aviation Transportation Management,Civil Aviation Flight University of China,Guanghan 618307）

Emergencies take place frequently in large-scale public places for both domestic and foreign areas.Based on the Social Force Model, chooses the Mianyang Nanjiao Airport as an object,and conducts a simulation of the passenger’s evacuation in emergency in Terminal Departure Hall on the AnyLogic simulation platform,introduces the Social Force Model and the process of AnyLogicmodel in details.According to the results of simulation,concludes that the first1~3minutes is the prime time for the passengers evacuation.

周杰松（1991-），男，四川華鎣人，碩士研究生，研究方向?yàn)楹娇者\(yùn)輸管理

2017-04-14

2017-05-05

中國(guó)民用航空飛行學(xué)院研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（No.X2015-43）

1007-1423（2017）14-0082-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.14.017

鄧永恒（1993-），男，遼寧鐵嶺人，碩士研究生，研究方向?yàn)楹娇者\(yùn)輸管理

Emergency Evacuation;Social Force Model;Simulation;AnyLogic