大型客运枢纽站安全应急疏散计算机仿真分析

牛天河，张 喜

（北京交通大学 交通运输学院， 北京 100044 ）

大型客运枢纽站安全应急疏散计算机仿真分析

牛天河，张 喜

（北京交通大学 交通运输学院， 北京 100044 ）

大型客运枢纽站是重要的旅客换乘集散场所，由于其内部功能区位布局和客流分布比较复杂，因此当发生突发事件时，如何有效地预防和减小事故伤亡率，防止事故发生后产生群死群伤的现象，成为研究重点。本文以北京南站为例，利用Anylogic仿真软件，设计北京南站地下一层的旅客疏散流线，并对其进行评价。

大型客运枢纽站；突发事件；客流疏散；Anylogic仿真

北京南站作为京津城际轨道交通的起点站，东端衔接京津城际轨道交通和北京站，西端衔接京沪高速铁路、北京动车段永丰铁路，成为集普通铁路、高速铁路、市郊铁路、城市轨道交通与公交、出租等市政交通设施于一体的大型综合交通枢纽站。考虑到其站内结构复杂，客服设备众多、客流集散量大等特点，一旦发生突发事件，就可能会造成重大人身伤亡和财产损失。因此，制定科学的突发事件下客流疏散应急预案，在事故未对人员生命安全造成危险的时间内，将旅客疏散到安全地点显得尤为重要。本文针对北京南站客流疏散过程中流线的复杂性，通过分析其站内服务设施的区位布局及客流流线位置，利用Anylogic微观动态仿真软件，对其突发事件下客流疏散流线进行设计评价分析，为北京南站的突发事件安全应急决策提供参考依据。

1 北京南站地下一层应急疏散环境分析

1.1 基本站设计及客服环境

北京南站地下一层为主要的换乘大厅和商业服务区域，其站厅结构也相对比较复杂，是社会车辆停车的场所，是提供乘客换乘公交、私家车和出租车的系统，也是乘客进行短暂商业活动的平台。站内有7个进站大厅，包括3个高速进站厅，2个普速进站厅和2个城际进站厅。出站厅有8个，包括4个高速出站厅，2个普速出站厅和2个城际出站厅。地下一层还设有不同类型的售票大厅，包括分布在南北电梯两侧的4个高铁，普速和城际售票窗口。在大厅的中央位置是地铁的换乘区域，也是主要的旅客集散地，在区域南北两侧各有一个出站口，在东西两侧各设有一个地铁售票窗口和进站口。

1.2 应急疏散仿真环境

为了能够较真实的反映事故突发过程中的疏散效果，对地下一层的候车区域根据不同的服务类型和旅客主要集散地进行相应的分区，然后根据具体的分区位置设计了事故发生时的旅客逃生路线。

地下一层候车区域内有许多错综复杂的商业服务区域和地铁服务区域，根据不同的服务类型将地下一层划分为商业一区、地铁换乘区和商业二区，如图1所示。对周围的进出站口、换乘通道和紧急出口设定相应的疏散通道，根据设定的疏散口和旅客分区设计相应的旅客疏散流线如表1所示。

图1 疏散通道

表1 地下一层疏散流线

2 北京南站地下一层应急疏散仿真模型设计

2.1 基于Anylogic软件的客流疏散仿真系统模型架构

北京南站客运枢纽站的客流疏散仿真主要采用了计算机和数学模型来反映仿真突发事件下枢纽站客流疏散的仿真分析技术和方法。采用AnyLogic的行人库和社会力模型算法建立客流应急疏散模型，对北京南站在突发事件时客流的疏散进行仿真建模过程如图2。

图2 仿真过程建模

2.2 客流疏散仿真的社会力模型

社会力模型是连续型微观仿真模型，可以相对真实的体现行人的踪迹。社会力模型以牛顿动力学为基础，由各个力的表达式来体现行人不同的动机和影响。Helbing于2000年对社会力模型进行了归纳和实现，即个体的实际行为受个体的主观意识、个体与个体以及个体与障碍物这3个方面因素的影响，等效为力在个体上的作用， 即驱动力、人与人之间的作用力和人与障碍物之间的作用力，这些力的合力作用于行人，用社会力的概念来描述。

（1）驱动力：主观意识对个体行为的影响可化为个体所受自己施加的“社会力”，体现了行人以渴望的速度移动到目的地的动机。运动学方程如下：

（2）人与人之间的作用力：指试图与其它行为保持一定距离所施加的“力”。行人加减速和方向变化方程如下：

（3）人与墙之间的作用力：墙对人的影响类似于人与人之间的作用。社会力方程如下：

3 北京南站地下一层应急疏散仿真分析

3.1 实例仿真模型参数与指标选择

社会力模型原理表明，在正常的情况下，如果人均面积在0.28 m2以下时，就有可能造成危险，如果人均占有面积减少到0.25 m2时，会造成人群的相互接触，这时如发生突发事件则会导致严重的挤压、踩踏等事故，因此人均占有空间为0.28 m2是对疏散人群进行控制的最短人员密度界限,通过查阅统计资料，在人均占有面积0.28 m2情况下，男人的平均速度为1.5 m/s，女人的平均速度为1.1 m/s，老人及儿童的平均速度为0.8 m/s。根据模型算法、查阅文献和现场调研，设定现实情况下地下一层人员设备仿真参数如图3所示。

图3 仿真参数设计

3.2 实例仿真模型设计

3.2.1 仿真动画设计

在Anylogic仿真软件中加入仿真底图，绘制仿真模型动画如图4所示，设置模型动画中的线条的属性。

3.2.2 仿真流程图设计

根据地下一层的主要疏散流线，在Anylogic仿真软件里用各个模块的关系图表示出来，建立地下一层的仿真流程图，并设置每个模块的属性，如图5所示。

3.2.3 仿真运行过程控制

在正常的仿真流线过程中，点击疏散按钮，停止原来候车、购票和正常的流线行为转为立即寻找出口进行疏散的行为。以下为疏散执行语句：

图4 模型动画

图5 设备模块和逻辑流程

oval.setVisible(true);

speedupArea.speedIsMultiplied = true;

arrive1PedSource.rate=0;

arrive3PedSource.rate=0;

arrive5PedSource.rate=0;

arrive7PedSource.rate=0;

arrive2PedSource.rate=0;

arrive4PedSource.rate=0;

arrive6PedSource.rate=0;

arrive8PedSource.rate=0;

northSubwayExitPedSource.rate=0;

southSubwayExitPedSource.rate=0;

pedArea1.setOpen(false);

speedupArea.setOpen(false);

eastChannel1PedGoTo.cancelAll();

eastSubwayEntryPedGoTo.cancelAll();

eastSubwayWindowsService.cancelAll();

eastChannel2PedGoTo.cancelAll();

northBusPedGoTo.cancelAll();

southBusEntryPedGoTo.cancelAll();

westChannel1PedGoTo.cancelAll();

westSubwayEntryPedGoTo.cancelAll();

westSubwayWindowsService.cancelAll();

westChannel2PedGoTo.cancelAll();

northWestWindowsService.cancelAll();

southWestWindowsService.cancelAll();

northStairsEntryPedGoTo.cancelAll();

ordinarySpeedGatesService.cancelAll();

rapidGatesService.cancelAll();

intercityGatesService.cancelAll();

southStairsEntryPedGoTo.cancelAll();

3.3 实例仿真评价分析

根据仿真设计参数和选择指标，通过对北京南站地下一层设计不同的突发事故点和两组疏散人群数量进行6组对比，疏散成功率仿真结果如表2所示。

表2 各疏散方案仿真结果

由表2可以直观的看出，在既定的参数条件下，通过仿真实验，在不同的事故突发点，假定候车区域人数为2 000人和3 000人时，在制定的疏散流线下，疏散时间差别相对较大。特别是突发点在地铁入口处，当疏散人数达到3 000人时，疏散平均花费的时间为5.4 min。因此，作为乘客主要的换乘平台，应该合理安排地下一层的客服设备，避免影响疏散流线，一旦发生突发事件，疏散人数较多时，根据仿真结果可知，其疏散完成时间也较长。

（1）应急疏散过程中的服务水平评价

仿真过程中采集到的不同方案人群疏散时的整体密度，经过计算，得出各个方案的最小的人均空间为1.253 m2/人～2.614 m2/人。通过查阅相关数据可以得出，当北京南站地下一层换乘区域有突发事件发生时，客流应急疏散的服务水平在E级到B级之间。即客流能够较好的通过自组织的行为疏散，这说明预先设计的疏散流线是可行的且有利于车站客流的安全疏散，为北京南站地下一层流线的实际设计提供依据。

（2）应急疏散过程中存在的主要问题

通过仿真过程可以看出，地铁口附近的人流处于基本饱和状态，这样导致的结果是当高峰期或者是节假日客流量较大时，一旦发生突发事件，地铁口附近的疏散能力将会处于瘫痪。旅客在疏散过程中有可能完全依赖就近原则，导致有突发情况时，旅客一般会选择从较近的闸机口疏散，这样就可能会出拥挤排队现象，而离事故突发点较远的出口则无排队现象。因此，平常南站可以多做一些疏散演习和培养一些有经验的疏散工作人员做引导，防止在突发情况下由于旅客的恐慌而产生的从众行为，导致疏散开始就产生拥堵。

通过应急疏散仿真预案进行仿真模拟可以看出，就目前的北京南站地下一层高峰时候的客流量，一旦在地下一层有火灾等突发事件发生时，可以首先按照预先设计的这52条疏散流线进行疏散，在这种方式下，地下一层的应急疏散效率和疏散的成功率是可以保证乘客安全疏散的，如果是实际情况，可以让工作人员协助引导疏散，提高疏散的效率，防止现场混乱。

4 结束语

本文对北京南站地下一层的可用应急疏散流线做了设计分析，利用Anylogic仿真软件对北京南站的地下一层候车区域既有的疏散流线进行应急疏散仿真分析。通过实例仿真模拟，得出了在不同人数条件和事故突发点的客流疏散所需的时间，以及疏散过程中产生的拥堵人群位置，从而找到突发事故发生时的瓶颈，为北京南站地下一层的实际应急疏散组织工作提供参考。

[1]刘民伟．铁路大型客运枢纽站突发事件应急能力评价模型与方法的研究[D]．北京：北京交通大学，2008.

[2]郑 亮．浅谈高层建筑安全疏散的影响因素及逃生方法[J].安防科技，2010（3）：59-60.

[3]李 强，崔喜红，陈 晋，等.大型公共场所人员疏散策略模拟与应用[M].北京：气象出版社，2011.

[4]张 锦．地铁车站应急疏散仿真[D].成都：西南交通大学，2011.

[5]张艳芬.大型客运站突发事件客流疏散仿真方法的研究[D].北京：北京交通大学，2013.

[6]杜海晖.大型客运站客流组织动态仿真系统实现方法的研究[D].北京：北京交通大学，2011，6.

责任编辑 陈 蓉

Computer simulation of safety emergency evacuation for large passenger hub station

NIU Tianhe, ZHANG Xi
( School of Traff i c and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China )

Large passenger hub station was a passenger transfer important distribution area. Its area layout of internal function and traff i c distribution were complicated, if a sudden accident happened, how to prevent and reduce the accident casualty rate, to prevent accidents caused casualties phenomenon, became the focus of research at home and abroad. This paper taken the Beijing South Railway Station as an example, used simulation software Anylogic to design the (passenger evacuation route) of Beijing South Railway Station underground layer and evaluate this design.

large passenger hub station; emergency event; passenger evacuation; Anylogic simulation

U291.7∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0016-05

2014-04-28

牛天河，在读硕士研究生；张 喜，教授 。