基于AnyLogic的地铁应急客流疏散方案的设计

周伟 陈礼美 黄叶清 张丹童

摘 要：当前城市地铁已成为行人的重要出行方式，论文以某个地铁站为研究对象，通过基于社会力模型的AnyLogic软件对其进行仿真建模，针对地铁高峰期的应急状况，对现有疏散路线进行优化，设计更加高效的方案，仿真结果表明：优化后的方案节省了乘客疏散时间，提高了客流疏散的效率，为地铁应急客流疏散方案提供了合理的改进方向和措施。

关键词：地铁疏散;AnyLogic仿真;社会力模型;优化

1 绪论

随着时代的发展，地铁作为一种大容量的公共交通工具，在缓解城市交通拥堵问题和可持续发展等方面发挥了重要的作用。地铁属于客流高度密集的场所，空间较为狭小且相对封闭，随着地铁线路的增多，轨道交通网络趋于复杂，地铁站内的突发事故时有发生。本文将以西安地铁行政中心站为例探討紧急状况下的客流疏散方案的优化。

2 研究对象

2.1 地理位置

地铁行政中心站位于西安市未央区，具有换乘功能。该站位于张家堡广场中央，西邻市政府，东邻市委会，周边是熙地港和大融城购物中心、王府井购物中心和城市运动公园，交通便利，人员活动密集。

2.2 内部空间结构

由地下一层的站厅层、地下二层和三层的站台层构成，地下二层为2号线出行的站台层，类型为三跨岛式车站;地下三层为4号线出行的站台层，类型为侧式车站，车站顶部采用了类似玻璃穹顶的结构。

3 仿真分析

3.1 采集数据

3.1.1 行人平均速度

通过前期调研，绘制了如下不同年龄阶段行人速度的分布列表：

将行人的初始速度设定为1.00—1.36m/s。

3.1.2 站厅和车厢人数采样

经过五次采样，统计站台人数在350—420人之间，列车人数在1400—1600人之间，我们决定以1900人作为仿真模型的疏散总人数。

3.1.3 楼梯及扶梯参数

3.2 搭建仿真模型

3.2.1 社会力模型

AnyLogic是一款以社会力模型为基础的软件。1995年，Helbing提出了社会力模型，具体公式：

3.2.2 模型环境

模型按AnyLogic软件中1米=5像素的比例尺建立模型，设置站台层和站厅层，相应的设施按照比例尺等比例放置在地铁站相同的位置，通过行人库建立逻辑关系，即走动、等待、买票、安检等;之后编写代码指令使行人在开始疏散时寻找最近的出口逃生，并统计疏散所用时间、总人数和总时间;添加3D动画和时间—人数动态折线图以观察模型整体运行情况。搭建的模型如下：

3.2.3 疏散方案的优化

在发生紧急情况如火灾或恐怖袭击时，行人往往会产生群聚行为，表现出高度的恐慌感，朝同一个方向甚至是同一个路径进行移动，则导致某些通道的客流产生聚集现象，堵塞了逃生通道或者出入口[3]，现有的应急疏散方案，尤其是在扶梯、楼梯等地方，容易使人群高度聚集，导致整体疏散效率的降低。

所以本文设计了新的优化方案，有以下两点：

在站台层两端设置紧急逃生楼梯。因为行政中心站的扶梯在站台层中央，正常情况下所有的乘客须来到中心处才能够到达站厅层从而出站，而紧急状况下由于行人易表现出高度紧张的心理状态，扶梯处会出现明显的拥挤，且扶梯的位置不利于列车两端离扶梯较远处的行人疏散，所以优化方案采用在站台层两端设置紧急逃生楼梯，此楼梯直接通向站台层的出口附近，行人可直接从出口迅速离开地铁站。平时将紧急逃生楼梯关闭，防止乘客逃票等行为。

增加扶梯的数量。因为在紧急疏散时人群由于产生恐慌的心理导致秩序混乱，造成扶梯入口处拥挤，根据站台和站厅内的行人密度和行人平均行走速度，预计增加2台扶梯能够缓解疏散时的拥挤情况，提高通行效率。

4 仿真模型验证

4.1 计算理论时间

《地铁设计规范GB50157-2013》乘客疏散时间计算公式：

4.1.1 计算扶梯的通过能力

根据地铁设计规范中的标准，自动扶梯的最大通过能力为6720人次/h，李胜利等通过社会力模型对人员出现恐慌行为时的疏散行为进行分析，得出若自动扶梯口人员表现出恐慌行为，其疏散效率为有序疏散的70%[4]。所以将本次计算中扶梯的通过能力A1取78人/min·m。

4.1.2 疏散楼梯的通过能力

楼梯通行能力的计算公式：

根据《地铁设计规范》中的计算公式得出平均疏散时间为4.07min。

仿真模型疏散时间：

十次模型运行得平均疏散时间为4.12min。

4.2 真实性

根据所掌握的相关参数使用乘客疏散时间计算公式计算得出的疏散时间与AnyLogic仿真模型疏散结果的误差在4%以内，仿真模型较好地模拟了地铁站的环境，具有较高的置信度。

4.3 验证优化方案

通过十次仿真疏散得出的平均疏散时间为3.17min，较原疏散方案平均节省了约22%的时间，可见通过设置逃生楼梯及增加扶梯数量提高了应急状况下行人疏散的效率，增加的出口使拥挤的情况得到改善，能够更有效地避免发生踩踏等意外事故的发生。

5 结论

通过乘客疏散时间公式计算得出的结果与AnyLogic仿真模型的结果误差较小，说明仿真模型及各项参数设置均较为合理，利用基于社会力模型AnyLogic的仿真疏散方案比原有方案能更加迅速地将乘客疏散至安全区域，并对地铁站应急状况下的大客流疏散方案提供了优化建议，对其他地铁车站的疏散路线的规划设计和运营也具有借鉴意义。

参考文献：

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

[2]地铁设计规范：GB 50157-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3]李铮.地铁车站紧急疏散客流行为的分析[J].中国新通信，2018，20（14）：157-158.

[4]江锦涛，高莉萍.轨道交通自动扶梯疏散能力及运行模式探讨[J].都市快轨交通，2019，32（03）：152-156.

[5]黎永学.地铁站通行设施整体通过能力分析研究[J].科技创新导报，2017，14（09）：43-44.

作者简介：周伟，男，汉族，福建南平人，本科，研究方向：交通运输规划管理;陈礼美，男，苗族，贵州黔东南苗族侗族自治州人，本科，研究方向：汽车运用;黄叶清，女，汉族，湖北安陆人，本科，研究方向：物流工程;张丹童，女，汉族，山西运城人，本科，研究方向：交通运输安全。