地鐵車門控制策略對站臺緊急疏散效率的影響

于海寧，汪釔鑫，朱紅崗，馬云，黃瑜，牛驍

（1.昆明鐵道職業技術學院 機車車輛學院，云南 昆明 650500；2.昆明軌道交通五號線投資管理有限公司，云南 昆明 650500）

0 引言

軌道交通作為城市多元化交通網絡中的骨干線，在城市居民出行方面起到了重要作用。隨著城市人口的不斷增長、城市生活節奏的不斷加快，采用地鐵出行的城市人口占比亦逐步提高，而高密度的客流在帶來巨大經濟效益的同時也對地鐵的客運組織能力提出了更高的要求，尤其是對于緊急工況下的人流疏散組織更是如此[1]。

本文根據行人構建改進的社會力學模型對行人出行行為進行受力描述，并以單元Agent代替行人個體進行自主編程搭建仿真平臺[2]，對地鐵車站場景進行簡化建模，摘取地鐵車輛客室側門為起始點（O點），以地鐵站臺步梯口/扶梯口作為目標中位點（D點），設置一定數量的行人仿真體投入場景并進行模擬仿真，將地鐵客室車門在緊急疏散工況下的開啟策略作為變量輸入，通過最終所有人群疏散脫離站臺的時間、平均速度、平均流量作為參照依據，對緊急疏散工況下車門的不同開啟策略對疏散效率的影響進行研究。

1 基本社會力學模型

Helbing等最初提出的社會力模型[3-4]包括三個受力：自驅動力、行人間的作用力及行人與墻壁的作用力，而且包含行人間、行人與墻壁間的接觸力作用。本文以前述研究成果的基礎社會力模型為基礎[5-6]，綜合基礎社會力學模型及同伴群模型，完整的運動方程描述如下：

（1）期望力作用，反映行人i希望以速度向特定位置運動的動機。作為社會力學策略加速項，在此加入行人行走的避讓策略(前向觀察力)和靠側行走心理傾向策略（靠側行走作用力）。

2 仿真實驗

2.1 模型參數及場景設計

根據上述行人模型，根據昆明地鐵6號線車輛參數及大板橋車站實地估算測量數據模擬搭建了簡化的地鐵站臺行人疏散仿真場景，因受限于軟件算法及平臺機能，為降低仿真壓力僅模擬一個獨立地鐵動力單元（6輛編組）中三節車體（TC車、M1車及M2車），并假設每輛車僅設一扇客室塞拉門供乘客上下車的出發點（O點），以平行區域的扶梯入口遠點作為目標中位點（D點），其中行人模型及場景參數及設置如表1。

表1 場景參數及行人屬性參數

2.2 試驗數據分析

在仿真試驗過程中，發現通過對車門的兩種不同控制方式的變量輸入，會使得整體人群疏散效率結果產生顯著差異：在一次性開啟列車一側全部客室車門時其疏散效率反而會大幅低于順次延遲開啟三扇客室車門的情況。為方便分析結論，本文在下面的分析中將車門瞬時同步打開定為工況Ⅰ，將車門以此間隔10秒順序打開定為工況Ⅱ。

圖1 簡化仿真場景試驗

從行人流整體疏散用時（s）、平均疏散速度（m/s）、扶梯出口斷面流量（p/m.s）及最大局部密度（p/m2）四個指標來看：在緊急疏散事件發生的約前100秒時間范圍內，工況Ⅰ流量、平均速度指標均高于工況Ⅱ、短時內成功疏散到站臺區域外的人數更多；同時在最大局部密度指標上工況Ⅱ由于初期另外兩扇車門并未同步打開，因此人群局部密度指標要明顯成倍數高于工況Ⅰ，因此在疏散事件發生前期工況Ⅰ的疏散效果要好于工況Ⅱ；在第100秒至最終的行人流整體疏散用時為止情況發生了反轉，工況Ⅱ的行人流平均速度、斷面流量均有穩步的顯著提升，同時由于車門的逐步開放，人群密度指標也得到緩解。

反觀工況Ⅰ卻因為此時大部分行人均已到達扶梯入口區域，此時人流密集進入到扶梯入口區域導致了二次擁堵，而且相較于車門處的擁堵短暫疏散，扶梯入口處的人群密度幾乎達到了之前局部平均密度的3~4倍，最終整體疏散耗時工況Ⅰ耗時313秒，工況Ⅱ耗時224秒。

圖2 平均疏散速度對比

3 結語

圖3 扶梯出口斷面流量對比

圖4 最大局部密度對比

本文通過對兩種不同的開門控制邏輯進行比對仿真試驗總結得出以下觀點：①緊急疏散工況下地鐵站臺的有效疏散空間(通道)屬于時空間資源，對其制定合理的分配規則、行成排隊秩序行為會有效降低整體疏散時間，提高疏散效率，達到“慢即是快”的目的；②由于人群的自然社會屬性，當緊急疏散情況發生時，對于車門沒有同時開啟，沒有提供和他人一致的逃生條件時必然會引起后出發人群的強烈不滿，從前期實驗中也可以看到工況Ⅱ前期的局部密度也要大于工況Ⅰ，因此在實際應用中需考慮群眾的心理安撫與宣傳引導。

本文研究結論對于地鐵站臺緊急疏散工況下的疏散效率提升具有一定意義，但由于軟件算法及平臺機能限制，本文僅對簡化后的地鐵車站環境特征點(OD點)進行了仿真模擬實驗，結果與實際場景的契合度還需要進一步完善，對于細節的參數閾值還需要進一步論證。