基于AnyLogic的地铁应急疏散仿真研究.pdf

16交通科技与管理智慧交通与应用技术0引言随着城市轨道交通网络化形成，乘客出行需求日益增大，地铁凭借其便捷、快速、高运量和环保等优点，已经成为大城市人们日常生活出行的主要交通工具之一。在城市轨道的地铁网络中，地铁站作为客流集散关键节点，在早晚高峰时间段站内会聚集大量的客流，尤其是换乘车站，例如北京地铁部分大客流车站在高峰小时内的进出站及换乘客流量可达数万人，一旦发生火灾或恐怖袭击等突发事件，若在短时间内不能将客流及时疏散，将会造成严重的人身伤亡。相较于耗费大量人力、财力和物力且危险性较高的现场实验和演习，通过计算机仿真再现行人疏散过程成为一种经济、高效的手段。研究人员基于各种仿真平台，分析不同心理类别人群在疏散时的偏好差异1，研究心理偏好2及设施布局3对地铁疏散效率的影响，研究恐怖袭击情况下的地铁车站疏散效率及主要影响因素4，分析改进社会力模型下大客流多出口应急疏散效率5。随着 VR 技术的发展，Unity 三维建模平台6、BIM 建筑信息模型7和 Pathfinder 人员疏散仿真工具8等，也在人员应急疏散仿真方面得到了很好应用。作为成熟的商业软件，Anylogic 在模拟行人疏散方面具有很强的适用性，因此该文采用 AnyLogic 构建地铁车站仿真模型，模拟评估紧急疏散情况下地铁车站疏散能力，为地铁运营管理部门优化其车站运营管理方案提供数据支撑。1地铁车站应急疏散能力建模分析1.1车站仿真建模该文采用 AnyLogic 搭建仿真模型，分析乘客疏散路径与站内设施的逻辑关系。乘客疏散路径选取按照就近原则，并可实时调整优化局部路径，使之更好地模拟实际疏散场景，提升了仿真模型的疏散效率，且仿真结果更贴合实际。基于 AnyLogic 仿真平台构建突发事件下地铁站应急疏散的模型流程见图 1。图 1车站仿真建模流程1.2车站基础资料1.2.1车站概况金安桥站为北京轨道交通 11 号线与既有 S1 线、M6线三线换乘站，站点周边规划以居住和旅游用地为主，为北京第五座三线换乘车站，预测客流量较大。11 号线金安桥站为地下三层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为设备层，地下三层为站台层，乘客通过换乘通道和换乘厅与其他两条线进行换乘。收稿日期：2023-08-25作者简介：陈艳红（1971）,女,本科,工程师,研究方向：运营管理。通信作者：芦毅（1981）,男,研究生,高级工程师,研究方向：运营管理。基于 AnyLogic 的地铁应急疏散仿真研究陈艳红,刘雯丽,陈向东,芦毅（北京地铁有限公司运营二分公司,北京 100043）摘要地铁站作为客流密度大和空间封闭的公共场所，遇上突发事件时如何将乘客在容许时间内疏散至安全区域，是保证运营安全的重要课题。使用仿真技术模拟应急疏散过程能真实再现站内客流流动规律，评估疏散能力及疏散效率。文章基于 AnyLogic 仿真平台，以北京金安桥站为例建立乘客疏散模型，对该站的应急疏散能力进行评估，为地铁运营管理部门提供参考。关键词地铁车站；应急疏散；仿真建模中图分类号U231.96文献标识码A文章编号2096-8949（2023）20-0016-042023 年第 4 卷第 20 期17交通科技与管理智慧交通与应用技术站厅和站台的平面布置与客流流线见图 2，与 11 号线站厅相连有三个出入口，由 20 m 宽的换乘通道衔接 6号线换乘厅。站厅与站台层通过三组楼扶梯相连，两侧为两部方向相反的扶梯+中间楼梯组合，站台中间为两部扶梯以及一个无障碍电梯。11 号线采用 6A 编组，有效站台长度 140 m。在紧急疏散情形下，根据地铁设计规范中的最不利疏散情况，设定东西两部上行扶梯正常运行，下行扶梯及东侧一部上行扶梯停梯停运，楼梯可通行。（a）站台层（b）站厅层图 211 号线站台、站厅层平面布置和客流流线图各疏散设施位置及尺寸见表 1 所示。表 1金安桥站疏散楼扶梯尺寸线路楼扶梯位置设施名称有效宽度/m 提升高度/m 11 号线左侧楼扶梯北侧扶梯113.2南侧扶梯1楼梯2.1中部扶梯北侧扶梯114.4南侧扶梯1右侧楼扶梯楼梯2.1北侧扶梯114.4南侧扶梯11.2.2车站客流数据考虑车站在最不利情况下的疏散能力，按远期预测客流进行建模和能力检算。金安桥站远期 2038 年客流预测结果见表 2。列车采用 6A 编组，高峰小时列车开行 18 对。表 2金安桥站远期高峰小时断面客流量运行方向上车客流量/(人/h)下车客流量/(人/h)断面客流量/(人/h)上行（由北向南）6 0061 5602 336下行（由南向北）4346 9257 7481.3模型参数设定1.3.1楼扶梯选择概率正常运营情况下，楼扶梯客流选择概率与客流量、楼扶梯方向和提升高度等因素有关，一般提升高度越高，乘客选择扶梯的概率越大。金安桥站台与站厅间楼扶梯提升高度约为 12 m，乘客对楼扶梯选择较敏感，由于紧急疏散时乘客出站意愿强烈，因此在仿真过程中，乘客按就近原则根据楼扶梯输送能力选择楼扶梯。1.3.2行人走行参数影响乘客疏散效率的重要参数包括走行速度和行人尺寸。走行速度与个体的自身特性及走行环境密切相关，根据前人研究结论，期望速度范围取为 0.801.2 m/s，且服从正态分布；此外，行人个体尺寸对疏散结果，尤其在易产生拥堵的瓶颈处有较大影响，该文参考我国成年人尺寸统计数据将行人直径设置为 0.350.5 m。2疏散能力评估2.1评估指标选择2.1.1疏散时间疏散时间是检验地铁站疏散效率的另一个重要的指标，依据 地铁设计规范（GB501572013）、北京市 城市工程设计规范（DB11/9952013）、地铁设计防火标准（GB512982018）中相关安全疏散条款，轨道交通车站疏散应满足如下条件：远期或客流控制期中超高峰小时最大客流量时，一列进站列车所载乘客及站台上的候车乘客在 4 min 内全部撤离站台，并在 6 min 内疏散至站厅公共区或其他安全区域。2.1.2客流密度车站内客流密度反映了疏散过程中疏散设施的拥挤水平，该指标直观反映了疏散时客流的安全状态，该文采用 JJ.Fruin 服务水平分级标准（见表 3）。表 3密度与服务水平等级表服务等级密度阈值/(人/m2)颜色步道楼扶梯A 0.308 0.54B0.3080.4310.540.72C0.4310.7180.721.08D0.7181.0761.081.54E1.0762.1531.542.69F 2.153 2.692.2疏散时间根据模型输出结果，得出站台层各主要楼扶梯口排队人数随时间变化曲线，如图 3 所示，楼扶梯口的客流数在疏散开始后的 2050 s 持续处于峰值阶段，之后排队人数逐渐下降。在考虑极限客流的条件下，11 号线金安18交通科技与管理智慧交通与应用技术图 3楼扶梯口行人排队曲线图 4站台层不同时刻客流密度云图桥站站台乘客疏散时间为 220 s。站台乘客最长疏散时间为 219 s，满足在 4 min 内所有乘客撤离站台区域的疏散要求；乘客从站台撤离到站台安全区所需的最长时间为 324 s，也满足规范中不超过6 min 要求。2.3客流密度图 45 分别表示站台层和站厅层在紧急疏散开始后60 s、140 s 和 200 s 的行人密度云图。云图可以直观地反映行人的移动情况。图 5站厅层不同时刻客流密度云图由图 45 可知：（1）站台层楼扶梯口两侧行人密度最大，且拥堵持续时间长。这是由于疏散开始后，乘客从站台两侧向就近的楼扶梯口聚集，受楼扶梯通行能力限制，乘客无法快速疏散，在楼扶梯口短时间内形成乘客聚集而产生拥堵。站台边沿的受力柱对乘客疏散路径造成了较大干扰，形成了拥堵现象最严重的瓶颈处，影响了疏散效率。（2）站厅层疏散路径顺畅，加上乘客在从站台疏散至站厅过程中已经在楼扶梯处受到通过能力限制，因此拥堵现象不明显，能够保证站厅乘客快速疏散至安全区域。3结论该文基于 AnyLogic 平台模拟北京地铁金安桥站紧急（下转第 15 页）15交通科技与管理智慧交通与应用技术测试，该试验方法可行。表 3驾驶参与者敏感度计算参与者编号结果是否有效敏感度/%1是1002是100 3是100 4是100 5是100 6是100 7是100 8是100 9是010是100 11是100 所有参与者的平均敏感度 90.91 标准差（敏感度）28.75 敏感度结果 90%置信区间的下限 76.65 4结语该研究提出了基于主观评价的驾驶员疲劳状态监控系统测试方法，细化考虑个人特征的驾驶员选择方案，保证驾驶员样本具有多样性，充分测试了驾驶员监控系统面对不同驾驶员时的鲁棒性和稳定性。对驾驶员实施的 KSS 培训及测试可以充分训练驾驶员的主观疲劳评价能力，使其对自我疲劳程度有清晰的认知。实车试验在考虑安全备份的基础上获取更真实的疲劳驾驶数据，充分测试驾驶员监控系统的产品性能，有利于保障道路行车安全。参考文献1 胡耀聪.基于深度学习的驾驶员行为与疲劳识别方法研究 D.南京：东南大学,2021.2REN B,GUAN W,ZHOU Q,et al.EEG-Based Driver Fatigue Monitoring within a Human-Ship-Environment System:Implications for Ship Braking SafetyJ.Sensors,2023(23):4644.3 吴超仲,张晖,毛喆,等.基于驾驶操作行为的驾驶员疲劳状态识别模型研究 J.中国安全科学学报,2007(4):162-165+177.4 胡校飞.基于多源特征融合的疲劳驾驶检测方法研究D.杭州：杭州电子科技大学,2022.5 倪海艳,徐温温,赵掌柱,等.驾驶员疲劳检测系统功能开发与测试 J.汽车实用技术,2019(22):90-93.（上接第 18 页）疏散情景下的行人疏散过程，对车站疏散能力进行分析和评估，得出主要结果如下：（1）仿真结果显示乘客离开站台最长时间为 220 s，乘客撤离至站厅安全区域所需的最长时间为 324 s，满足规范允许的范围。考虑站台中部区域距离疏散楼扶梯口较远，且中部楼梯处行人折返较多等因素，实际疏散难以保证疏散楼扶梯在整个疏散过程中全部满载运行，因此实际疏散时间略大于计算值，但仍能满足远期超高峰小时客流量在紧急情况下 4 min 内将一列车满载乘客和站台上候车乘客（上车及换乘）撤离站台的相关要求。（2）在突发事件等需要紧急疏散乘客的情况下，站台楼扶梯口由于短时间内聚集大量乘客，是客流疏散的瓶颈处。两侧的受力柱靠近楼扶梯口，由于障碍效应会降低乘客行走速度，增加乘客反应时间，在柱子附近区域出现小范围拥堵现象，持续时间约 23 min，存在安全隐患，应作为开通后运营管理的重点监控风险点。参考文献 1 王立晓,于江波,孙小慧.考虑心理异质性的地铁应急疏散行为决策建模 J.中国安全科学学报,2021(10):119-126.2 兰臻,董绍棠,卡比力江 吾买尔,等.人员密集地下空间应急疏散仿真研究 J.消防科学与技术,2021(6):870-874.3 李丹辰,刘畅,周志杰,等.地铁四线换乘枢纽高峰客流火灾疏散模拟研究 J.中国安全生产科学技术,2019(9):12-19.4 姚远.地铁站恐怖袭击风险分析与人群疏散仿真研究D.北京：中国人民公安大学,2021.5 雷嘉烨.西安地铁换乘枢纽大客流应急疏散研究 D.西安：西安理工大学,2020.6 洪玲,高佳,邱树涵,等.基于改进势能场模型的地铁车站应急疏散动态仿真 J.同济大学学报(自然科学版)J.2020(3):398-406.7 尚文天,齐宏伟,张润畦,等.基于 BIM 模型和Pathfinder 的地铁站安全疏散模拟研究 J.华北科技学院学报,2019(6):87-93.8 张果霞.基于 Pyrosim+Pathfinder 的地铁火灾人员疏散研究 D.青岛：青岛理工大学,2019.