基于VISSIM的城市軌道車站緊急疏散仿真

劉文婷，徐乃云

（CCDI悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，江蘇蘇州215125）

基于VISSIM的城市軌道車站緊急疏散仿真

劉文婷，徐乃云

（CCDI悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，江蘇蘇州215125）

城市軌道車站是一個相對密閉的空間，人流密度大，發生緊急事件時安全疏散難度大，在車站安全設計達標的前提下，還需配合完善的應急預案，合理的疏散組織與引導。目前城市軌道車站的安全設計以靜態計算的總的疏散時間作為評估標準，難以評估人流在車站空間中的分布及實際的疏散效果。介紹利用行人仿真工具評估車站的疏散設計，根據行人在車站空間分布提出行人設施及疏散組織的優化建議，并以蘇州軌道二號線徐圖港站為例對仿真方法進行說明。行人在車站空間中實際運行效果表明，相關優化方案和建議是可行的。

城市軌道交通車站；緊急疏散；行人仿真

0　引言

人員密集往往是突發事件發生的根源，當場所內人員密度達到一定的標準就容易產生安全隱患。城市軌道交通車站人流密度大、持續時間長，是一個安全事故易發的場所。我國現行地鐵設計規范在車站安全疏散設計中，要求“6 min內將列車乘客和站臺候車的乘客以及工作人員全部撤離站臺”，按照規范中給定的公式計算疏散時間，實際上只考慮了疏散樓梯及自動扶梯的通行能力對疏散時間的影響，沒有考慮行人疏散速度對疏散時間的影響，也沒考慮檢票口、出入口、疏散通道通行能力的影響及車站疏散線路長短的區別。這與實際情況存在差別，這種靜態的安全疏散設計標準難以衡量車站各空間的疏散結果。

行人仿真技術作為一種現代技術已越來越多地應用在交通規劃、交通設施設計等領域，如2008年北京奧運會國家體育館應用LIGION行人仿真軟件模擬緊急疏散的情況，為場館的安全設計提供改善建議；VISSIM行人仿真軟件已應用于大型商場、地鐵站的人員疏散模擬。地鐵站是一個相對密閉的空間，在設計階段利用仿真手段對車站緊急疏散時的行人運行軌跡進行模擬，以達到優化車站瓶頸，提高車站設施的疏散能力的目的。

1　城市軌道車站行人仿真的方法

1.1行人交通特性

行人的運動特征很復雜，既受車站平面布局、出入口、通道等外部環境的影響，也與個人的年齡、性別、身體狀況及心理狀況等多重因素有關。個人運動的自主性較高，通常朝著自認為的最短路徑行走，當車站客流量過大，達到需要啟動緊急疏散的級別時，行人的運動特征又受群體作用的影響，通常會朝著人流的運動方向移動。

大多數行人動力學研究表明，可以運用“流-密-速”理論來表征行人的運動特征，主要用速度與密度參數來對行人運動進行評價。

1.1.1行人速度

目前國內外對行人速度的研究以實地采集視頻和照片等數據后分析得到［2，3］。

根據上海市2003年所做的行人步行特征實測結果，不同年齡段的行人自由移動的速度是不同的，男女性別也是有差別的。通過大量實測數據分析，把乘客分為老年、中年、青年、兒童四類，各自在水平通道上的自由移動速度分別取為1.09 m/s、1.23 m/s、1.25 m/s、1.0 m/s。

根據Dongkon Lee的論文中所做的大量研究表明，行人流流量、移動速度與通道類型及人員密度有關，行人在水平通道中的運行速度大于樓梯中的行走速度，行人在下行樓梯的運動速度也大于上行樓梯中的行走速度。乘客上下樓梯的自由速度可取為上樓梯0.4 m/s，下樓梯為0.5 m/s。

1.1.2行人密度

行人密度是指單位空間上的行人數量，是衡量行人在空間中的服務水平的重要指標。Fruin認為，當人流密度在1.08人/m2以上時，行人服務水平為E、F級，屬于緊急疏散的范圍［6］；另外一些國內外學者們對于人群擁擠時的阻塞密度的研究結論表明，當密度低于0.5人/m2時，為不受阻礙的自由流，當密度在4.0～5.5人/m2時，為阻塞流［7-9］。

1.2VISSIM行人仿真軟件及參數標定

在VISSIM行人仿真中主要建立在社會力模型（Helbing和Molnar，1995）之上［4，5］。社會力模型（Social Force Model）是目前為止最被認可的行人動力學模型。社會力模型的核心思想認為，行人的運動受到來自環境及自身的目的性的影響，將這些影響用類似于力學的公式表達出來即形成社會力模型。社會力的概念并不是指物理上實際存在的力，而是以一種虛擬的方式代表行人的社會心理以及行人之間、行人和環境之間的相互作用。行人總是希望以一定的期望速度朝期望的方向運動，因此，行人在行走過程中都會期望能在較短的時間內調整他當前的實際速度到期望速度。行人與墻壁、其他行人的相互作用包括排斥和摩擦。距離越近，之間的相互作用力就越大。

ptv公司根據大量視頻行人軌跡跟蹤分析，來收集行人流在不同狀況下的速度、密度分布規律，從而校正參數。近年來在新加坡地鐵站采集了大量的行人流數據，用于標定地鐵站內行人運動特性的參數。

1.3行人仿真流程

利用仿真方法模擬行人在軌道車站內的運動軌跡，具體流程見圖1。 通過仿真模型分析，找出設施或交通組織方案中可能存在的問題，對服務水平和能力進行評價，并提出優化方案直至滿足安全疏散設計要求。

圖1　行人仿真輔助設計流程圖

2　案例分析

2.1仿真場景簡介

本次模擬的車站選為蘇州軌道交通2號線徐圖港站。徐圖港站的車站為兩層式高架車站，站廳層為地上二層，站臺層為地上三層，站臺為側式站臺。圖2、圖3分別為徐圖港站的站臺與站廳的設施布局情況。

圖2　徐圖港站站臺

圖3　徐圖港站站廳

由于站臺為側式站臺，一列列車的乘客疏散只能利用站臺一側的兩個樓梯。根據車站平面布局，乘客疏散走行距離最短為122 m，最長為223 m。從站臺疏散至站廳的最短的走行路徑長為17 m（不包含樓梯長度），最長的走行路徑為98 m。車站為高架站臺，一旦發生緊急事故，行人從站廳層疏散至地面僅有2座樓扶梯可以使用。

2.2假設條件、模型輸入及評價標準

2.2.1假設條件

（1）仿真分析最不利的情況，即列車滿載到站后需將列車內的乘客、站廳、站臺候車乘客及工作人員全部疏散到地面。

（2）假設行人對地鐵站環境較熟悉，通過自己的判斷采取最短路徑進行疏散，同時疏散時所有出口均為只出不進，電梯均當樓梯使用。

2.2.2模型輸入

（1）行人自由流速度參數：參數標定時定義行人速度值的范圍和不同速度組成的百分比，運用蘇州地鐵站通道內及上下樓梯的速度分布實測數據。

（2）地鐵站疏散人數：按目前該站地鐵列車5 節b型車編組，列車滿載時1 500人，加上站臺候車人員和工作人員，站廳、過道乘客和工作人員共248人，總疏散人數設置為1 748人。

（3）通過閘機的時間：根據實測，閘機的通過時間為2 s，緊急模式時通過時間為1.5 s。

2.2.3評價標準

（1）疏散時間標準：車站的總疏散時間應滿足“把乘客從站臺最遠處疏散至站廳的時間在4 min以內，疏散至車站外安全地點的時間在6 min以內”。

（2）疏散密度標準：總結國內外學者對各類設施人流運動規律的研究，同時結合我國人口眾多、對擁擠耐受力較高的現實考慮，提出行人疏散水平的分級密度指標［1］（見表1）。

表1　行人各級疏散水平下的密度范圍　　人/m2

2.3仿真分析

2.3.1疏散時間分析

采取上述設置時，徐圖港站所有人員疏散至地面的疏散時間為6分35秒，站臺上所有人員清空的時間為2分39秒。總的疏散時間不滿足“6 min內將站臺所有人員疏散至安全地帶”的要求。

2.3.2疏散瓶頸分析

站臺層乘客疏散的高密度區分布在辦公室處的通道以及樓梯口。辦公室處通道內密度高達3.59～5.23人/m2，樓梯口密度分布在5.53～6.41人/m2。圖4為站臺平均密度分布。

圖4　站臺平均密度分布

站廳層疏散的高密度區為出站閘機（驗票區），其人流密度在［6.31，7.15］區間，已經形成嚴重擁擠狀態，擁擠范圍較大，一直延伸到1號樓梯與柱子區域。同時由于疏散1、2號樓梯兩股疏散客流匯集于1號樓梯與柱子區域，此處發生嚴重擁擠，此處密度在5.73人/m2左右。圖5為站廳平均密度分布。

圖5　站廳平均密度分布

2.3.3改善措施分析

空間瓶頸的改善可采取疏散引導與控制的方法，在柱子及電梯井之間設置隔離欄，引導乘客使用路徑3進行疏散，同時將進站閘機全部調整為出站閘機，此時乘客的疏散模擬得到以下結果：

（1）總疏散時間為5分53秒，比未改善時的疏散時間少42秒。

（2）瓶頸的改善。改善前，閘機周圍的空間密度范圍為6.31～7.15人/m2，為高危區；改善后，空間密度范圍為3.78～5.43人/m2，擁擠狀況得到了明顯改善。

（3）經過疏散路徑引導之后，空間瓶頸區域的密度為4.11人/m2左右。

圖6為改善后站廳層密度分布。

圖6　改善后站廳層密度分布

（4）結論：緊急疏散時調整全部閘機為出站閘機同時引導人流疏散路徑能使車站的疏散能力大大提高。

3　結語

城市軌道車站人流密集，一旦發生緊急事件極易造成安全事故。利用行人仿真方法對車站空間布局進行評估，找出空間瓶頸，并對疏散組織提出合理化建議，可以有效地減少疏散時間，降低突發事故的風險。

［1］劉文婷.城市軌道交通車站乘客乘客緊急疏散能力研究［D］.上海：同濟大學，2008.

［2］陳然，董力耘.中國大都市行人交通特征的實測和初步分析［J］.上海大學學報:自然科學版，2005，11（1）:95-96.

［3］DongkonLee，HongtaeKim，Jin-HyoungParketal.TheCurrent Status and Future Issues in Human Evacuation formShips［J］. SaftyScience，2003，41（10）:861-876.

［4］Helbing.D.Simulating Dynamical Features of Escape Panic［J］. Nature，2000（407）:487-490.

［5］Helbing.D.A mathematical model for the behavior of individuals in a socialfield［J］.Journalof Mathematical Sociology，1994，19（3）: 189-219.

［6］Fruin，J.J.Designing for Pedestrians:A Level of Service Concept［J］. HighwayresearchRecord，1971（355）:1-15.

［7］WinnieDaamen.Modelling Passenger Flows in Public Transport Facilities［D］.The Netherlands:DelftUniversity of Technology，2004.

［8］Pauls，J.Calculatinge vacuation times for tall buildings［J］.Fire Safety Journal，1987（112）:213-236.

［9］AIGadhi，S.A.H.，H.S.Mahmassani&Herman，A speed-concentration relation for bi-directional crowd movements［A］，Inc:M.Schreckenberg&S. Sharma，（eds.），PedestrianandEvacuationDynamics［M］.Berlin: Springer，2001，3-20.

［10］GB50157-2003，地鐵設計規范［S］.

U23

B

1009-7716（2016）07-0342-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.101

2016-03-16

劉文婷（1983-），女，湖北浠水人，碩士，工程師，從事交通規劃、道路設計工作。