楊利強(qiáng)

（徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司，江蘇徐州 221000）

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）是城市軌道交通重要的設(shè)備系統(tǒng)，檢票閘機(jī)是將AFC系統(tǒng)及車站劃分為付費(fèi)區(qū)和非付費(fèi)區(qū)的重要設(shè)施之一。日?？土鹘M織過程中，閘機(jī)對乘客進(jìn)行身份識(shí)別和驗(yàn)證以保證車站秩序；車站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時(shí)，閘機(jī)由于本身占據(jù)通道的部分寬度，對車站內(nèi)人員安全快速疏散會(huì)產(chǎn)生影響，因此對閘機(jī)通過能力的研究是車站客流組織和安全管理方面的核心問題之一。本文對比不同類型閘機(jī)的通過能力，進(jìn)一步分析閘機(jī)通過能力對車站疏散時(shí)間的影響。

目前國內(nèi)外的車站疏散仿真研究中，針對車站的整體疏散情況和疏散過程研究較多。賈崇強(qiáng)[1]針對車站進(jìn)行仿真模擬，優(yōu)化了車站疏散時(shí)間；徐瀅等[2]研究了影響車站疏散時(shí)間的影響因素，包括人群的具體位置和針對性的引導(dǎo)等。隨著國內(nèi)主要城市客流強(qiáng)度的逐漸增加，針對疏散仿真的研究也更趨于微觀，不同設(shè)備設(shè)施對疏散的影響需要更有針對性的仿真研究。丁丹丹等[3]研究了大客流情況下，疏散時(shí)間受車站換乘設(shè)備的影響；孫亞杰[4]將三種不同閘機(jī)設(shè)置方式下的疏散過程用PathFinder模擬對比，得出疏散效率最高的閘機(jī)布置方式；柳澤原[5]利用Anylogic軟件建模仿真站廳層閘機(jī)口通過能力，根據(jù)案例仿真對比結(jié)果對閘機(jī)布置情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；劉雙慶[6]通過錄像記錄統(tǒng)計(jì)乘客通過閘機(jī)時(shí)間，采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算閘機(jī)通過能力；李勝利[7]分析人員恐慌狀態(tài)下對車站中進(jìn)站設(shè)備疏散效率的影響，最終得出結(jié)論閘機(jī)的混亂疏散效率是有序疏散效率的50%。

本文通過對比介紹新型閘機(jī)和傳統(tǒng)閘機(jī)的屬性和通過能力，定義閘機(jī)通過能力分析的影響因素和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)仿真試驗(yàn)，對不同類型的新型閘機(jī)設(shè)備與傳統(tǒng)閘機(jī)設(shè)備進(jìn)行疏散能力的對比分析，得出結(jié)論。

1 各類閘機(jī)基本屬性介紹

1.1 自動(dòng)檢票閘機(jī)按不同分類方法劃分

（1）按阻擋方式劃分。

車站內(nèi)自動(dòng)檢票閘機(jī)按阻擋方式不同分三種，包括三桿式閘機(jī)、門扉式閘機(jī)和雙向門扉式閘機(jī)。根據(jù)我國《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）、《地鐵安全疏散規(guī)范》（GB/T 33668—2017）中相關(guān)內(nèi)容可知，三桿式閘機(jī)在疏散過程中嚴(yán)重阻礙乘客疏散速度，無法像門扉式一樣開放門扉，行人無法自由通過。

（2）按識(shí)別方式劃分。

自動(dòng)檢票閘機(jī)按識(shí)別方式不同，可分為傳統(tǒng)識(shí)別方式（刷卡、證件掃描和掃碼）和生物識(shí)別方式（人臉識(shí)別和靜脈識(shí)別）。傳統(tǒng)識(shí)別方式目前技術(shù)相對成熟，通過與生物識(shí)別方式對比，可以更好地分析兩者通過能力之間的差異。

自動(dòng)檢票閘機(jī)傳統(tǒng)識(shí)別方式與生物識(shí)別方式對比如表1所示。

表1 自動(dòng)檢票閘機(jī)傳統(tǒng)識(shí)別方式與生物識(shí)別方式對比

通過對比傳統(tǒng)識(shí)別方式和生物識(shí)別方式可知，傳統(tǒng)識(shí)別方式下的自動(dòng)檢票閘機(jī)技術(shù)成熟，應(yīng)用比例高，在運(yùn)營情況下，閘機(jī)通過能力高于生物識(shí)別方式，識(shí)別速度快、成功率高，因此通行速度快。相比之下，生物識(shí)別方式的技術(shù)要求較高，能夠更有效地防止逃票現(xiàn)象的發(fā)生。由于生物識(shí)別方式閘機(jī)不需要回收票卡，不存在票箱，減少對通道寬度的占用，更有利于疏散情況下乘客逃生。

1.2 自動(dòng)檢票閘機(jī)通過能力分析

（1）通過能力影響因素。

地鐵站閘機(jī)處是站內(nèi)人流最密集的區(qū)域之一，閘機(jī)的通過能力很容易影響車站內(nèi)的人流擁擠程度。影響閘機(jī)通過能力的因素主要分為兩個(gè)方面，一是影響閘機(jī)自身通過能力的因素，二是影響整個(gè)閘機(jī)組通過能力的因素。影響閘機(jī)自身通過能力的因素，主要包括閘機(jī)本身長度、寬度、反應(yīng)時(shí)間以及乘客的年齡、性別、出行目的、是否攜帶行李、通過閘機(jī)的速度等。

（2）實(shí)際通過能力。

閘機(jī)實(shí)際通過能力與各類乘客比例及其通過閘機(jī)的速度相關(guān)，但在發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，地鐵站這種高度密集場所的人群往往會(huì)產(chǎn)生恐慌心理。閘機(jī)的入口寬度一般為0.55 m，寬度較小，人員的恐慌行為會(huì)對疏散效率造成較大影響。

Helbin設(shè)定了15 m×15 m、門寬1 m的房間，研究200人規(guī)模下，期望速度對疏散時(shí)間的影響。結(jié)果顯示，隨著期望速度增大，疏散時(shí)間增加，門的通行能力降低。當(dāng)門的寬度增加到一定值時(shí)，“快即是慢”現(xiàn)象便不明顯，也可以解釋在疏散過程中，生物識(shí)別方式閘機(jī)通過能力大于傳統(tǒng)識(shí)別方式閘機(jī)的現(xiàn)象。

2 疏散模型建立

2.1 仿真車站及客流特征簡介

選取目前廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)站型車站作為疏散研究案例車站。車站通常采用單承重柱和雙承重柱兩種形式，其取決于車站的所需承擔(dān)的客流壓力。

站廳和站臺(tái)分別位于上下兩層，通過3組樓扶梯連接，扶梯組布置采用的是標(biāo)準(zhǔn)模式，即左側(cè)兩扶梯、中部步梯升降梯、右側(cè)步梯扶梯的形式。

研究對象為徐州地鐵人民廣場站，1號(hào)線一期工程運(yùn)營初期的早高峰進(jìn)站量為3 397 人/h，出站量為3 587 人/h，工作日早高峰上行方向工農(nóng)路站-人民廣場站的區(qū)間斷面客流量為8 421 人/h，發(fā)車間隔為5 min。

由《1號(hào)線人民廣場站客流組織方案》可知，日?？土鹘M織中開放2、3及5號(hào)出入口；由《1號(hào)線人民廣場站火災(zāi)現(xiàn)場處置方案》可知，此次安全疏散測試中該站的安全疏散口為2、3、5號(hào)出入口及應(yīng)急疏散口。人民廣場站的進(jìn)出站量及高峰斷面較大，因此在日?？土鹘M織和應(yīng)急疏散的情況下，乘客的走行流線會(huì)產(chǎn)生較多交叉，需要在安全疏散測試中重點(diǎn)分析。

2.2 針對不同閘機(jī)疏散表現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在疏散過程中，不同類型閘機(jī)的通過能力對疏散的過程和總體時(shí)間有較大影響。

不同類型的閘機(jī)在疏散中的表現(xiàn)，主要體現(xiàn)在其通道寬度和過閘方式上。研究不同種類的閘機(jī)在疏散總的表現(xiàn)，設(shè)置疏散時(shí)通過能力不同的對照組，代表4種不同的閘機(jī)布置形式。

對照組、試驗(yàn)組設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 對照試驗(yàn)組設(shè)計(jì)

3 疏散試驗(yàn)分析

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)分析

通過對A、B、C、D四組試驗(yàn)分別進(jìn)行仿真模型的構(gòu)建和參數(shù)的調(diào)整，車站仿真模型客流平穩(wěn)運(yùn)行至450 s時(shí)，開始疏散，統(tǒng)計(jì)疏散過程中行人數(shù)量隨時(shí)間變化和密度情況。

疏散全程車站行人密度分布如圖1所示。

圖1 車站疏散實(shí)仿真結(jié)果對比

通過對仿真過程中的行人密度進(jìn)行分析，由4組閘機(jī)位置的行人密度可知：

A組只有行人流線折角導(dǎo)致的行人走行速度降低的情況，所以A組的四組閘機(jī)位置密度均較低，基本保持流線的平均密度水平。

隨著通行難度和通過速率的降低，閘機(jī)位置密度越來越高，堵塞范圍越來越大。

D組試驗(yàn)中，新式閘機(jī)無票箱的優(yōu)勢較為明顯，在閘機(jī)位置有一定擁擠，最高密度控制在2.5 人/m2以下，不會(huì)引發(fā)其他位置的明顯擁堵。

C組試驗(yàn)相比D組密度更高，但擴(kuò)散范圍相近，且并未引發(fā)其他位置的衍生擁堵。

B組試驗(yàn)中的三輥閘機(jī)相較于其他試驗(yàn)組，有明顯的高密度區(qū)域變大的情況，疏散風(fēng)險(xiǎn)增加。在右側(cè)出站閘機(jī)位置，閘機(jī)位置的擁堵乘客已經(jīng)開始擴(kuò)散至后方樓梯口位置的走行乘客，產(chǎn)生了流線上的大量乘客堆積，導(dǎo)致大面積區(qū)域的行人密度過高的情況。

對4組試驗(yàn)中的站內(nèi)的剩余行人數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)行人數(shù)量-時(shí)間分布，如圖2所示。

圖2 仿真實(shí)驗(yàn)車站人數(shù)-時(shí)間分布

由圖2可知，A、B、C、D四組在125 s之前的疏散效率和疏散人數(shù)差異較小，該部分疏散人員主要是在站廳非付費(fèi)區(qū)的乘客，接到疏散的警報(bào)后，通過出站通道離開車站。

150 s后疏散表現(xiàn)差異明顯，隨著閘機(jī)位置通行能力的限制，疏散時(shí)間明顯增加。B組疏散時(shí)間最長，接近330 s；C組疏散時(shí)間為320 s，相較于D組最后的疏散部分，C組疏散速率變化較??；D組疏散效率減小的情況較明顯，出現(xiàn)斜率絕對值減小的趨勢，說明閘機(jī)使用均衡性逐漸降低。

對比A和D組試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果幾乎相同，差距不明顯，說明在閘機(jī)能力超過一定閾值后，疏散能力的限制并不在閘機(jī)位置，會(huì)受到其他設(shè)備的影響。

3.2 車站疏散指標(biāo)分析

通過仿真軟件對疏散過程中的參數(shù)表現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算疏散評價(jià)指標(biāo)體系。

試驗(yàn)組疏散指標(biāo)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)組疏散指標(biāo)結(jié)果

分析表3結(jié)果可知，D組新型閘機(jī)類設(shè)備對于疏散能力的提升，可以直接提升整個(gè)閘機(jī)位置各指標(biāo)。D組試驗(yàn)中的設(shè)備不均衡度較高，主要是因?yàn)樵谑枭⑦^程中設(shè)備不均衡性受到行人的選擇影響。

在D組相對排隊(duì)較短的情境下，乘客更傾向于選擇走行距離更短的疏散路線，致使設(shè)備的不均衡程度更高，側(cè)面反映行人對高效疏散設(shè)備的使用率更高。除了設(shè)備使用不均衡性外，平均排隊(duì)長、最大行人密度、疏散時(shí)間等指標(biāo)均與閘機(jī)在疏散時(shí)通過速率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，閘機(jī)設(shè)施疏散通過速率在減少行人排隊(duì)時(shí)間、降低疏散風(fēng)險(xiǎn)方面均有顯著的作用。

4 結(jié)語

（1）閘機(jī)設(shè)備的通過能力對車站的疏散過程具有重要影響，在疏散過程中，閘機(jī)設(shè)備的疏散通過能力越低，閘機(jī)位置的擁堵情況越嚴(yán)重，高密度區(qū)域越大。擁堵情況的加重會(huì)沿乘客流線向上游位置延伸，影響其他設(shè)備服務(wù)。

（2）隨自動(dòng)檢票閘機(jī)疏散通過能力的增加，疏散時(shí)間減少明顯，相較于三輥式閘機(jī)，門扉式閘機(jī)與新型無票箱閘機(jī)疏散時(shí)間減少3.4%～9.1%，但閘機(jī)通過能力對疏散時(shí)間的貢獻(xiàn)有限，閘機(jī)類設(shè)備疏散能力突破瓶頸后，疏散能力會(huì)受限于其他設(shè)備影響。

（3）新型閘機(jī)和門扉式閘機(jī)等通過能力較大的閘機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)站型的疏散能力指標(biāo)較好。在試驗(yàn)測試早高峰時(shí)段，最大行人密度相較于三輥式閘機(jī)降低6%～19%，對疏散風(fēng)險(xiǎn)降低作用明顯。排隊(duì)長度相較于三輥式閘機(jī)減少23%～37%，顯著增加乘客疏散時(shí)舒適度，降低疏散心理壓力。

（4）限于研究時(shí)間與研究條件，針對閘機(jī)設(shè)備通過能力對疏散過程影響的研究還有待進(jìn)一步深入和完善，包括其他車站疏散過程對車站結(jié)構(gòu)類型的影響、閘機(jī)設(shè)備與其他設(shè)備能力的匹配性對疏散過程的影響等。