基于社會(huì)力模型的大型機(jī)場(chǎng)航站樓應(yīng)急疏散仿真及優(yōu)化研究

崔慶敏 劉偉波 朱新銘

摘? ?要：近年來，機(jī)場(chǎng)航站樓突發(fā)事件頻繁發(fā)生，很多事件由于疏散不當(dāng)導(dǎo)致滯留人員因恐慌出現(xiàn)混亂，造成踩踏等危險(xiǎn)，增加了突發(fā)事件的傷亡率。針對(duì)這一現(xiàn)象，以濟(jì)南遙墻國際機(jī)場(chǎng)航站樓為例，使用基于社會(huì)力模型的AnyLogic仿真軟件進(jìn)行應(yīng)急疏散模擬仿真，從而呈現(xiàn)旅客在應(yīng)急狀態(tài)下真實(shí)的行為特性。根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)應(yīng)急疏散方案進(jìn)一步優(yōu)化，提出人工疏導(dǎo)應(yīng)急疏散的優(yōu)化方案并與優(yōu)化前仿真方案進(jìn)行對(duì)比，得出該方案能使應(yīng)急疏散時(shí)間縮短的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：航站樓? 社會(huì)力模型? 應(yīng)急疏散? 仿真

中圖分類號(hào)：V354? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（a）-0167-02

1? 引言

近年來，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，民航運(yùn)輸量大大增加，國內(nèi)外大型機(jī)場(chǎng)，特別是大量人流聚集的航站樓，發(fā)生突發(fā)性事件的可能性急劇上升。究其原因，主要還是源于民航客流量的激增，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)突發(fā)事件（如火災(zāi)、爆炸等）的增加。加之機(jī)場(chǎng)航站樓向“綜合服務(wù)型”發(fā)展的趨勢(shì)，造成航站樓內(nèi)人員（如餐飲、購物人員）大大增加，從而容易造成出口擁堵，發(fā)生人員踩踏、傷亡等事故。

國內(nèi)外學(xué)者通常采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、人群疏散演練等方法來研究行人應(yīng)急疏散過程，這些傳統(tǒng)方法存在成本高且操作性低[1]等不足。而仿真能較好地避免上述問題，較為準(zhǔn)確地預(yù)知航站樓旅客進(jìn)出港流程系統(tǒng)未來發(fā)生的情況，可以減少給旅客帶來的不便和不必要的資源浪費(fèi)。因此，本文結(jié)合航站樓人員密集的特性，在對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓規(guī)劃設(shè)計(jì)和旅客進(jìn)出港流程特性分析的基礎(chǔ)上，利用AnyLogic軟件建立航站樓出發(fā)廳突發(fā)事件的旅客應(yīng)急疏散仿真模型并進(jìn)行模擬，以得到應(yīng)急狀態(tài)下旅客行為特性的真實(shí)場(chǎng)景。

2? 國內(nèi)外研究綜述

國際上對(duì)大型公共場(chǎng)所（地鐵站、體育場(chǎng)等）人群疏散建模仿真的研究經(jīng)歷了從實(shí)測(cè)觀察、統(tǒng)計(jì)分析到數(shù)學(xué)建模、宏觀仿真、微觀仿真的歷程。人群微觀建模仿真[2]始于1985年，其主要研究成果包括：社會(huì)力模型、恐慌模型，NOMAD模型，基于元胞自動(dòng)機(jī)的模型，勢(shì)能場(chǎng)模型和磁場(chǎng)力模型等[3]。模型揭示了目標(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這些相互作用力會(huì)作用在行人身上，從而產(chǎn)生加速度[4]。

作為一種較為復(fù)雜的社會(huì)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，人群疏散問題是由人群之間、人群與周圍設(shè)施之間復(fù)雜相互作用共同決定了的人群運(yùn)動(dòng)的集體行為，它存在成拱形、阻塞、“快即是慢”[5]等現(xiàn)象。在正常的人群疏散過程中，行人之間沒有多余的互相擁擠、推搡，當(dāng)他們和障礙物將要發(fā)生碰撞時(shí)就會(huì)停止前進(jìn)。而當(dāng)情況危急，人群又非常密集時(shí)，行人可能相互推擠并且會(huì)與他人發(fā)生碰撞。

3? 濟(jì)南機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳應(yīng)急疏散仿真

3.1 濟(jì)南機(jī)場(chǎng)現(xiàn)狀分析

濟(jì)南遙墻國際機(jī)場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱濟(jì)南機(jī)場(chǎng)）占地7200畝，擁有總面積約11.4萬m2的航站樓，旅客吞吐量約1200萬人次，機(jī)場(chǎng)執(zhí)行航線140余條，平均每周進(jìn)出港航班1800余架次。到2030年，旅客吞吐量預(yù)計(jì)將達(dá)到5000萬人次，這一數(shù)字已經(jīng)超出設(shè)計(jì)容量，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，旅客的應(yīng)急疏散會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，因此，對(duì)濟(jì)南機(jī)場(chǎng)當(dāng)前客流量高峰時(shí)期旅客應(yīng)急疏散的狀況進(jìn)行模擬仿真以提高應(yīng)急狀態(tài)下疏散效率很有必要。

3.2 實(shí)際高峰小時(shí)旅客離港人數(shù)的確定

為了預(yù)測(cè)高峰小時(shí)的旅客量，美國聯(lián)邦航空局曾經(jīng)利用典型高峰小時(shí)旅客流量的方法[6]。鑒于國內(nèi)外預(yù)測(cè)方法可能會(huì)有所不同，結(jié)合濟(jì)南機(jī)場(chǎng)實(shí)際，本文通過小時(shí)離港航班總座位數(shù)的最大值與國內(nèi)航班平均客座率的乘積進(jìn)行估算。根據(jù)濟(jì)南機(jī)場(chǎng)時(shí)刻表（夏秋航季2018年3月28日—2018年10月27日）來統(tǒng)計(jì)機(jī)場(chǎng)每天每小時(shí)離港航班總座位數(shù)。由于波音738、空客320是濟(jì)南機(jī)場(chǎng)最常見的兩種機(jī)型，簡(jiǎn)便起見，我們都以兩艙布局進(jìn)行計(jì)算，其座位數(shù)分別是波音738為162個(gè)、空客320為150個(gè)，得到濟(jì)南機(jī)場(chǎng)離港航班機(jī)型小時(shí)總座位數(shù)最大為1248個(gè)。根據(jù)國內(nèi)正班航班的平均客座率水平約為80%，計(jì)算得到航站樓出發(fā)層內(nèi)實(shí)際高峰小時(shí)旅客離港的客流量為998人。為了分析的方便，設(shè)定濟(jì)南機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳內(nèi)實(shí)際高峰小時(shí)流量是航站樓出發(fā)層的1/2，即500人。

3.3 應(yīng)急疏散仿真模型運(yùn)行

根據(jù)上述設(shè)置的實(shí)際高峰小時(shí)旅客離港人數(shù)，運(yùn)行應(yīng)急疏散仿真模型一段時(shí)間后，根據(jù)仿真狀態(tài)圖得出當(dāng)出發(fā)廳內(nèi)有100人，應(yīng)急疏散時(shí)間2min時(shí)的情形，發(fā)現(xiàn)在應(yīng)急疏散過程中旅客會(huì)繞過發(fā)生突發(fā)事件的值機(jī)區(qū)域逃生。當(dāng)模型運(yùn)行到航站樓出發(fā)廳旅客人數(shù)為0時(shí)，預(yù)示應(yīng)急疏散過程已完結(jié)。

4? 應(yīng)急疏散仿真結(jié)果與分析

表1給出了應(yīng)急疏散過程不同時(shí)間的總疏散人數(shù)和單位時(shí)間疏散人數(shù)。結(jié)果表明，疏散人數(shù)為500人時(shí)，所需要的疏散時(shí)間約為5.5min。

結(jié)合表1，圖1給出了從整體疏散情況來分析旅客應(yīng)急疏散的結(jié)果。在突發(fā)事件剛發(fā)生時(shí)，旅客不會(huì)第一時(shí)間逃生，而是要一段時(shí)間的反應(yīng)，然后才會(huì)尋找安全出口撤離;一段時(shí)間后，單位時(shí)間內(nèi)疏散的總?cè)藬?shù)才會(huì)慢慢增加，直到達(dá)到最大值;當(dāng)疏散繼續(xù)進(jìn)行，大多數(shù)旅客已經(jīng)撤離，單位時(shí)間內(nèi)的疏散人數(shù)逐漸變少，從而導(dǎo)致疏散效率降低;當(dāng)疏散持續(xù)到最后，所剩的旅客已經(jīng)寥寥無幾。分析圖2可知，濟(jì)南機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳旅客應(yīng)急疏散效率較高的時(shí)間為從第1min到第3min，疏散的人數(shù)也最多。

5? 結(jié)語

本文采用社會(huì)力模型模擬了濟(jì)南機(jī)場(chǎng)航站樓出發(fā)廳旅客應(yīng)急疏散過程，分析了應(yīng)急疏散過程狀態(tài)圖。結(jié)果表明，在旅客應(yīng)急疏散過程中，開始之后第1～3min是疏散效率最高的時(shí)間段。同時(shí)，人群密度會(huì)較為明顯的影響應(yīng)急疏散的效率。因此，機(jī)場(chǎng)相關(guān)管理部門可充分利用該時(shí)間段，通過人員疏導(dǎo)、設(shè)置備用出口、優(yōu)化應(yīng)急疏散通道、提高安防人員的專業(yè)能力等方式來縮短應(yīng)急疏散所需時(shí)間，以提高旅客應(yīng)急疏散效率，保障旅客人身和財(cái)產(chǎn)安全，促使民航業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[5] 鄧宇菁，陳鶴天.基于改進(jìn)社會(huì)力模型對(duì)人群疏散過程的模擬[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2019（27）：27-31.

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