基于AnyLogic的地鐵應急客流疏散方案的設計

周偉 陳禮美 黃葉清 張丹童

摘 要：當前城市地鐵已成為行人的重要出行方式，論文以某個地鐵站為研究對象，通過基于社會力模型的AnyLogic軟件對其進行仿真建模，針對地鐵高峰期的應急狀況，對現有疏散路線進行優化，設計更加高效的方案，仿真結果表明：優化后的方案節省了乘客疏散時間，提高了客流疏散的效率，為地鐵應急客流疏散方案提供了合理的改進方向和措施。

關鍵詞：地鐵疏散;AnyLogic仿真;社會力模型;優化

1 緒論

隨著時代的發展，地鐵作為一種大容量的公共交通工具，在緩解城市交通擁堵問題和可持續發展等方面發揮了重要的作用。地鐵屬于客流高度密集的場所，空間較為狹小且相對封閉，隨著地鐵線路的增多，軌道交通網絡趨于復雜，地鐵站內的突發事故時有發生。本文將以西安地鐵行政中心站為例探討緊急狀況下的客流疏散方案的優化。

2 研究對象

2.1 地理位置

地鐵行政中心站位于西安市未央區，具有換乘功能。該站位于張家堡廣場中央，西鄰市政府，東鄰市委會，周邊是熙地港和大融城購物中心、王府井購物中心和城市運動公園，交通便利，人員活動密集。

2.2 內部空間結構

由地下一層的站廳層、地下二層和三層的站臺層構成，地下二層為2號線出行的站臺層，類型為三跨島式車站;地下三層為4號線出行的站臺層，類型為側式車站，車站頂部采用了類似玻璃穹頂的結構。

3 仿真分析

3.1 采集數據

3.1.1 行人平均速度

通過前期調研，繪制了如下不同年齡階段行人速度的分布列表：

將行人的初始速度設定為1.00—1.36m/s。

3.1.2 站廳和車廂人數采樣

經過五次采樣，統計站臺人數在350—420人之間，列車人數在1400—1600人之間，我們決定以1900人作為仿真模型的疏散總人數。

3.1.3 樓梯及扶梯參數

3.2 搭建仿真模型

3.2.1 社會力模型

AnyLogic是一款以社會力模型為基礎的軟件。1995年，Helbing提出了社會力模型，具體公式：

3.2.2 模型環境

模型按AnyLogic軟件中1米=5像素的比例尺建立模型，設置站臺層和站廳層，相應的設施按照比例尺等比例放置在地鐵站相同的位置，通過行人庫建立邏輯關系，即走動、等待、買票、安檢等;之后編寫代碼指令使行人在開始疏散時尋找最近的出口逃生，并統計疏散所用時間、總人數和總時間;添加3D動畫和時間—人數動態折線圖以觀察模型整體運行情況。搭建的模型如下：

3.2.3 疏散方案的優化

在發生緊急情況如火災或恐怖襲擊時，行人往往會產生群聚行為，表現出高度的恐慌感，朝同一個方向甚至是同一個路徑進行移動，則導致某些通道的客流產生聚集現象，堵塞了逃生通道或者出入口[3]，現有的應急疏散方案，尤其是在扶梯、樓梯等地方，容易使人群高度聚集，導致整體疏散效率的降低。

所以本文設計了新的優化方案，有以下兩點：

在站臺層兩端設置緊急逃生樓梯。因為行政中心站的扶梯在站臺層中央，正常情況下所有的乘客須來到中心處才能夠到達站廳層從而出站，而緊急狀況下由于行人易表現出高度緊張的心理狀態，扶梯處會出現明顯的擁擠，且扶梯的位置不利于列車兩端離扶梯較遠處的行人疏散，所以優化方案采用在站臺層兩端設置緊急逃生樓梯，此樓梯直接通向站臺層的出口附近，行人可直接從出口迅速離開地鐵站。平時將緊急逃生樓梯關閉，防止乘客逃票等行為。

增加扶梯的數量。因為在緊急疏散時人群由于產生恐慌的心理導致秩序混亂，造成扶梯入口處擁擠，根據站臺和站廳內的行人密度和行人平均行走速度，預計增加2臺扶梯能夠緩解疏散時的擁擠情況，提高通行效率。

4 仿真模型驗證

4.1 計算理論時間

《地鐵設計規范GB50157-2013》乘客疏散時間計算公式：

4.1.1 計算扶梯的通過能力

根據地鐵設計規范中的標準，自動扶梯的最大通過能力為6720人次/h，李勝利等通過社會力模型對人員出現恐慌行為時的疏散行為進行分析，得出若自動扶梯口人員表現出恐慌行為，其疏散效率為有序疏散的70%[4]。所以將本次計算中扶梯的通過能力A1取78人/min·m。

4.1.2 疏散樓梯的通過能力

樓梯通行能力的計算公式：

根據《地鐵設計規范》中的計算公式得出平均疏散時間為4.07min。

仿真模型疏散時間：

十次模型運行得平均疏散時間為4.12min。

4.2 真實性

根據所掌握的相關參數使用乘客疏散時間計算公式計算得出的疏散時間與AnyLogic仿真模型疏散結果的誤差在4%以內，仿真模型較好地模擬了地鐵站的環境，具有較高的置信度。

4.3 驗證優化方案

通過十次仿真疏散得出的平均疏散時間為3.17min，較原疏散方案平均節省了約22%的時間，可見通過設置逃生樓梯及增加扶梯數量提高了應急狀況下行人疏散的效率，增加的出口使擁擠的情況得到改善，能夠更有效地避免發生踩踏等意外事故的發生。

5 結論

通過乘客疏散時間公式計算得出的結果與AnyLogic仿真模型的結果誤差較小，說明仿真模型及各項參數設置均較為合理，利用基于社會力模型AnyLogic的仿真疏散方案比原有方案能更加迅速地將乘客疏散至安全區域，并對地鐵站應急狀況下的大客流疏散方案提供了優化建議，對其他地鐵車站的疏散路線的規劃設計和運營也具有借鑒意義。

參考文獻：

[1]Helbing D，Molnár P.Social Force Model for Pedestrian Dynamics[J].Physical Review E（S1550-2376），1995，51（5）：42-82.

[2]地鐵設計規范：GB 50157-2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[3]李錚.地鐵車站緊急疏散客流行為的分析[J].中國新通信，2018，20（14）：157-158.

[4]江錦濤，高莉萍.軌道交通自動扶梯疏散能力及運行模式探討[J].都市快軌交通，2019，32（03）：152-156.

[5]黎永學.地鐵站通行設施整體通過能力分析研究[J].科技創新導報，2017，14（09）：43-44.

作者簡介：周偉，男，漢族，福建南平人，本科，研究方向：交通運輸規劃管理;陳禮美，男，苗族，貴州黔東南苗族侗族自治州人，本科，研究方向：汽車運用;黃葉清，女，漢族，湖北安陸人，本科，研究方向：物流工程;張丹童，女，漢族，山西運城人，本科，研究方向：交通運輸安全。