丁陽(yáng)陽(yáng) 楊大志 田雨晗 于曉樺

摘要：為提高地鐵車站應(yīng)急疏散效率，提出以動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)為手段的控制變量分析方法，研究疏散時(shí)間與疏散速度、疏散時(shí)間與閘機(jī)組閘機(jī)數(shù)之間的關(guān)系。Anylogic仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：最優(yōu)疏散速度為1.7m/s，疏散時(shí)間為315.54s，比1.4m/s的疏散時(shí)間少10s；不同測(cè)試速度下，6個(gè)閘機(jī)的疏散時(shí)間最短。因此，動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)能夠有效提高疏散效率、減少瓶頸點(diǎn)擁堵、保障疏散安全。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)；應(yīng)急疏散；控制變量法；Anylogic仿真

中圖分類號(hào)：D631.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2024）03-0006-03

地鐵作為新興的城市交通工具，不僅有效解決城市居民的出行需求，還可以緩解城市交通的壓力。然而在突發(fā)情況下，隨著地鐵站內(nèi)部客流急劇增加，車站設(shè)施服務(wù)能力穩(wěn)定性下降，極易引發(fā)客流事故，甚至存在危害乘客生命的安全隱患。因此，需要研究動(dòng)態(tài)標(biāo)志引導(dǎo)下疏散速度對(duì)疏散時(shí)間的影響，以及閘機(jī)數(shù)對(duì)疏散時(shí)間的影響。

通過(guò)仿真軟件模擬地鐵應(yīng)急疏散，能夠?qū)土魇枭⒀芯科鸬椒e極作用。劉鑫[1]分析地鐵站火災(zāi)情況下，人員疏散的影響因素；陳衛(wèi)平等[2]研究樓梯寬度對(duì)站臺(tái)層人員疏散時(shí)間的影響；林靜等[3]采用Anylogic仿真驗(yàn)證行人密度是影響地鐵站疏散能力的關(guān)鍵因素；杜鵬飛等[4]在元胞自動(dòng)機(jī)模型基礎(chǔ)上引入人員對(duì)疏散行為動(dòng)態(tài)選擇的過(guò)程，通過(guò)相關(guān)應(yīng)急設(shè)施來(lái)確保疏散安全與疏散效率；周百靈等[5]從站臺(tái)層疏散口優(yōu)化、站廳層出入口優(yōu)化、管理措施優(yōu)化三方面提出地鐵站疏散優(yōu)化建議。隨著現(xiàn)有的標(biāo)識(shí)標(biāo)牌無(wú)法滿足地鐵快速高效安全疏散的目的，有學(xué)者針對(duì)此問(wèn)題提出將動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)應(yīng)用于地鐵。趙佳璐[6]基于標(biāo)識(shí)動(dòng)態(tài)化，提出現(xiàn)今北京地鐵導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)化與再設(shè)計(jì)；石靈燦[7]則是在相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的原則下進(jìn)行地鐵站點(diǎn)的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為以后的運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)提供極大便利，有效降低人工巡查和維護(hù)難度。

現(xiàn)有文獻(xiàn)雖然對(duì)于如何提高疏散效率、疏散的影響因素以及疏散標(biāo)識(shí)標(biāo)牌系統(tǒng)做出許多研究，但是對(duì)于一些影響因素的研究比較片面，對(duì)于在動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)引導(dǎo)下各影響因素與疏散效率之間的關(guān)系研究不足。因此，本文利用Anylogic仿真軟件，研究在動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)牌的引導(dǎo)下，大客流整體疏散速度與疏散時(shí)間的關(guān)系，以及不同疏散速度下改變閘機(jī)數(shù)對(duì)疏散時(shí)間的影響，從而得出中間站最優(yōu)大客流疏散速度和最優(yōu)閘機(jī)數(shù)設(shè)置，為客流疏散提供參考。

1 動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)引導(dǎo)方法

地鐵站不但有進(jìn)站引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，還有應(yīng)急情況下的疏散標(biāo)識(shí)。目前地鐵站的疏散引導(dǎo)標(biāo)識(shí)在緊急疏散時(shí)仍存在明顯不足，需要大量人工引導(dǎo)。為解決這一問(wèn)題，可增設(shè)更加全面的疏散標(biāo)識(shí)或設(shè)計(jì)新型動(dòng)態(tài)疏散標(biāo)識(shí)，并將其設(shè)置在疏散瓶頸點(diǎn)處，有針對(duì)性地引導(dǎo)疏散。動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)是一種標(biāo)識(shí)中的全部或部分信息根據(jù)不同的情況發(fā)生改變的標(biāo)識(shí)。將動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)應(yīng)用于疏散，利用大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)時(shí)反映疏散情況，能夠提供疏散必要信息，為應(yīng)急疏散提供更多保障。

控制單一變量法是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只改變一個(gè)變量，而其他變量保持不變，以便能夠準(zhǔn)確地確定變量之間的因果關(guān)系。由于單一控制變量法能夠提高實(shí)驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性，本文將基于控制單一變量法，在瓶頸點(diǎn)處設(shè)置動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)的前提下，研究疏散速度與疏散時(shí)間的關(guān)系、閘機(jī)組閘機(jī)數(shù)與疏散時(shí)間的關(guān)系。

2 模型構(gòu)建

2.1? 仿真模型

濟(jì)南地鐵3號(hào)線的奧體中心站的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)為：站臺(tái)長(zhǎng)度為120m，寬度為14m，高度為3.2m；車站總體長(zhǎng)度354.6m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬度22.9m。列車乘客和站臺(tái)層疏散人數(shù)取800人；站廳層付費(fèi)區(qū)候車人數(shù)300人，非付費(fèi)區(qū)滯留人數(shù)70人。國(guó)內(nèi)外對(duì)乘客在地鐵內(nèi)通道的步行速度做了大量研究，該實(shí)驗(yàn)中速度取1.4m/s；乘客通過(guò)步梯的速度則取0.7m/s?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]中指出：車站站臺(tái)公共區(qū)域的樓梯、自動(dòng)扶梯、出入口通道，應(yīng)滿足當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)在6 min內(nèi)將遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)，一列進(jìn)站列車所載的乘客及站臺(tái)上的候車人員全部撤離站臺(tái)到達(dá)安全區(qū)的要求。

根據(jù)奧體中心站的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，在Anylogic中按照規(guī)定比例進(jìn)行仿真建模。疏散路線只考慮兩個(gè)出站閘機(jī)和全部步梯，即所有方向自動(dòng)扶梯與電梯、進(jìn)站閘機(jī)全部停用、禁止通行。疏散流程如圖1所示。

2.2? 方案設(shè)計(jì)

在有動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)提示情況下，對(duì)客流整體疏散速度與疏散時(shí)間的關(guān)系、閘機(jī)數(shù)與疏散時(shí)間的關(guān)系兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，其中動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)的具體位置設(shè)置在步梯上方的玻璃上以及出站閘機(jī)上方。三種動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)如圖2所示，其中左圖為暢通狀態(tài)，綠色顯示；中間為擁堵?tīng)顟B(tài)，橙色顯示；右側(cè)為禁止通行狀態(tài)，引導(dǎo)其他路徑疏散，紅色顯示。具體方案設(shè)計(jì)如下：

可變速度實(shí)驗(yàn)：研究固定動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)位置條件下客流整體疏散速度與疏散時(shí)間的關(guān)系時(shí)，將閘機(jī)組的閘機(jī)數(shù)量設(shè)置為固定值，即現(xiàn)有情況為每組6個(gè)閘機(jī)，按照相應(yīng)的邏輯順序進(jìn)行疏散。變量為不同的疏散速度：速度取值范圍為1.4～2.0m/s。每種疏散速度均進(jìn)行50次實(shí)驗(yàn)，取其平均值作為相應(yīng)疏散速度下的疏散時(shí)間。最后對(duì)疏散速度與對(duì)應(yīng)的疏散時(shí)間方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到最優(yōu)的疏散速度。

可變閘機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)：該實(shí)驗(yàn)選取的疏散速度為正常速度與最優(yōu)速度兩種情況。研究固定動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)位置條件下閘機(jī)組的閘機(jī)數(shù)量與疏散時(shí)間的關(guān)系時(shí)，將疏散速度設(shè)置為固定值，即正常速度或者最優(yōu)疏散速度。變量為不同的閘機(jī)數(shù)：閘機(jī)組的閘機(jī)數(shù)量取值范圍為6～8個(gè)。每種閘機(jī)數(shù)量均進(jìn)行50次實(shí)驗(yàn)，取其平均值作為相應(yīng)閘機(jī)數(shù)量下的疏散時(shí)間。最后對(duì)閘機(jī)組的閘機(jī)數(shù)量與對(duì)應(yīng)的疏散時(shí)間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到最優(yōu)閘機(jī)數(shù)。

2.3? 仿真實(shí)驗(yàn)

可變速度實(shí)驗(yàn)如圖3所示；可變閘機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)如圖4所示。

3 仿真結(jié)果分析

3.1? 可變速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

可變速度實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，所有速度的疏散時(shí)間分布在240s～360s區(qū)間內(nèi)，所有結(jié)果均滿足疏散要求。

為比較不同速度下的疏散時(shí)間，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果取算數(shù)平均值得到表1。在有動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)引導(dǎo)的條件下，以正常1.4m/s速度疏散時(shí)，疏散時(shí)間為325.14s；而最優(yōu)疏散時(shí)間是在疏散速度為1.7m/s時(shí)發(fā)生的，最優(yōu)疏散時(shí)間為315.54s。其中最優(yōu)疏散時(shí)間較現(xiàn)狀疏散時(shí)間少10s左右。隨著動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)引導(dǎo)速度的增加，疏散時(shí)間會(huì)減少，到達(dá)一個(gè)最低值后，疏散時(shí)間增加最后趨于一個(gè)穩(wěn)定值?？勺兯俣葘?shí)驗(yàn)的瓶頸點(diǎn)在步梯入口和出站閘機(jī)處，瓶頸點(diǎn)的擁堵程度對(duì)疏散時(shí)間影響很大。隨著速度的增加，短時(shí)間內(nèi)到達(dá)出站閘機(jī)瓶頸點(diǎn)的人數(shù)會(huì)增加，密度增大，乘客疏散速度滿足與閘機(jī)組服務(wù)達(dá)到飽和；隨后疏散速度對(duì)疏散時(shí)間的影響可以忽略。

3.2? 可變閘機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比兩組可變閘機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)疏散時(shí)間的平均值，如圖6所示。當(dāng)閘機(jī)數(shù)為6個(gè)時(shí)，不論速度為多少，其相應(yīng)的疏散速度明顯低于其他閘機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)的疏散速度。由此，在設(shè)置閘機(jī)時(shí)優(yōu)先選擇6個(gè)閘機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

為盡可能縮短客流應(yīng)急疏散時(shí)間并研究其影響因素，利用Anylogic進(jìn)行地鐵站疏散仿真。通過(guò)兩個(gè)控制單一變量的實(shí)驗(yàn)，可以得到疏散時(shí)間和疏散速度、閘機(jī)數(shù)這兩個(gè)因素之間的關(guān)系。并不是疏散速度越快疏散時(shí)間越短，并不是閘機(jī)數(shù)越多疏散時(shí)間越少，他們之間的關(guān)系是非線性的。雖然在大客流疏散時(shí)無(wú)法讓乘客以最佳步速疏散，但可以利用動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)誘導(dǎo)乘客加快步伐，讓客流整體速度接近最佳速度。而對(duì)于閘機(jī)組閘機(jī)數(shù)的研究結(jié)果表明現(xiàn)有6個(gè)閘機(jī)數(shù)不但能滿足疏散要求，而且有利于疏散。因此建議地鐵站點(diǎn)在利用現(xiàn)有資源疏散的前提下，設(shè)置動(dòng)態(tài)引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，提高疏散效率。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鑫.地鐵車站火災(zāi)和人員疏散仿真模擬技術(shù)發(fā)展分析[J].今日消防，2020，5（4）：6-7.

[2]陳衛(wèi)平，胡煜文，駱立剛，等.樓扶梯寬度對(duì)地鐵站臺(tái)人員疏散時(shí)間的影響研究[J].今日消防，2022，7（8）：12-14.

[3]林靜，魏振宇，胡盛斌，等.基于改進(jìn)社會(huì)力模型的地鐵大客流疏散能力研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2022，18（7）：207-212.

[4]杜鵬飛，劉曉斐，劉貞堂，等.基于元胞自動(dòng)機(jī)的極端降雨下地鐵疏散模擬[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2022，18（12）：5-11.

[5]周百靈，徐亮，毛前軍.突發(fā)性客流地鐵站點(diǎn)的疏散設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2022，18（10）：189-193.

[6]趙佳璐.動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)在地鐵導(dǎo)視系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2021.

[7]石靈燦.消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)在地鐵中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程，2023（9）：108-110.

[8]GB 50157—2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].