基于動態標識引導的地鐵車站客流應急疏散仿真研究

丁陽陽 楊大志 田雨晗 于曉樺

摘要：為提高地鐵車站應急疏散效率，提出以動態標識為手段的控制變量分析方法，研究疏散時間與疏散速度、疏散時間與閘機組閘機數之間的關系。Anylogic仿真實驗結果表明：最優疏散速度為1.7m/s，疏散時間為315.54s，比1.4m/s的疏散時間少10s；不同測試速度下，6個閘機的疏散時間最短。因此，動態標識能夠有效提高疏散效率、減少瓶頸點擁堵、保障疏散安全。

關鍵詞：動態標識；應急疏散；控制變量法；Anylogic仿真

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）03-0006-03

地鐵作為新興的城市交通工具，不僅有效解決城市居民的出行需求，還可以緩解城市交通的壓力。然而在突發情況下，隨著地鐵站內部客流急劇增加，車站設施服務能力穩定性下降，極易引發客流事故，甚至存在危害乘客生命的安全隱患。因此，需要研究動態標志引導下疏散速度對疏散時間的影響，以及閘機數對疏散時間的影響。

通過仿真軟件模擬地鐵應急疏散，能夠對客流疏散研究起到積極作用。劉鑫[1]分析地鐵站火災情況下，人員疏散的影響因素；陳衛平等[2]研究樓梯寬度對站臺層人員疏散時間的影響；林靜等[3]采用Anylogic仿真驗證行人密度是影響地鐵站疏散能力的關鍵因素；杜鵬飛等[4]在元胞自動機模型基礎上引入人員對疏散行為動態選擇的過程，通過相關應急設施來確保疏散安全與疏散效率；周百靈等[5]從站臺層疏散口優化、站廳層出入口優化、管理措施優化三方面提出地鐵站疏散優化建議。隨著現有的標識標牌無法滿足地鐵快速高效安全疏散的目的，有學者針對此問題提出將動態標識應用于地鐵。趙佳璐[6]基于標識動態化，提出現今北京地鐵導航系統的優化與再設計；石靈燦[7]則是在相關國家標準的原則下進行地鐵站點的消防應急照明和疏散指示系統設計，為以后的運營管理和維護提供極大便利，有效降低人工巡查和維護難度。

現有文獻雖然對于如何提高疏散效率、疏散的影響因素以及疏散標識標牌系統做出許多研究，但是對于一些影響因素的研究比較片面，對于在動態標識引導下各影響因素與疏散效率之間的關系研究不足。因此，本文利用Anylogic仿真軟件，研究在動態標識牌的引導下，大客流整體疏散速度與疏散時間的關系，以及不同疏散速度下改變閘機數對疏散時間的影響，從而得出中間站最優大客流疏散速度和最優閘機數設置，為客流疏散提供參考。

1 動態標識引導方法

地鐵站不但有進站引導標識，還有應急情況下的疏散標識。目前地鐵站的疏散引導標識在緊急疏散時仍存在明顯不足，需要大量人工引導。為解決這一問題，可增設更加全面的疏散標識或設計新型動態疏散標識，并將其設置在疏散瓶頸點處，有針對性地引導疏散。動態標識是一種標識中的全部或部分信息根據不同的情況發生改變的標識。將動態標識應用于疏散，利用大數據互聯網等技術實時反映疏散情況，能夠提供疏散必要信息，為應急疏散提供更多保障。

控制單一變量法是在實驗過程中只改變一個變量，而其他變量保持不變，以便能夠準確地確定變量之間的因果關系。由于單一控制變量法能夠提高實驗的可靠性和準確性，本文將基于控制單一變量法，在瓶頸點處設置動態標識的前提下，研究疏散速度與疏散時間的關系、閘機組閘機數與疏散時間的關系。

2 模型構建

2.1? 仿真模型

濟南地鐵3號線的奧體中心站的基礎設施設計參數為：站臺長度為120m，寬度為14m，高度為3.2m；車站總體長度354.6m，標準段總寬度22.9m。列車乘客和站臺層疏散人數取800人；站廳層付費區候車人數300人，非付費區滯留人數70人。國內外對乘客在地鐵內通道的步行速度做了大量研究，該實驗中速度取1.4m/s；乘客通過步梯的速度則取0.7m/s?！兜罔F設計規范》[8]中指出：車站站臺公共區域的樓梯、自動扶梯、出入口通道，應滿足當發生火災時在6 min內將遠期或客流控制期超高峰小時，一列進站列車所載的乘客及站臺上的候車人員全部撤離站臺到達安全區的要求。

根據奧體中心站的相關設計參數，在Anylogic中按照規定比例進行仿真建模。疏散路線只考慮兩個出站閘機和全部步梯，即所有方向自動扶梯與電梯、進站閘機全部停用、禁止通行。疏散流程如圖1所示。

2.2? 方案設計

在有動態標識提示情況下，對客流整體疏散速度與疏散時間的關系、閘機數與疏散時間的關系兩個實驗進行方案設計，其中動態標識的具體位置設置在步梯上方的玻璃上以及出站閘機上方。三種動態標識如圖2所示，其中左圖為暢通狀態，綠色顯示；中間為擁堵狀態，橙色顯示；右側為禁止通行狀態，引導其他路徑疏散，紅色顯示。具體方案設計如下：

可變速度實驗：研究固定動態標識位置條件下客流整體疏散速度與疏散時間的關系時，將閘機組的閘機數量設置為固定值，即現有情況為每組6個閘機，按照相應的邏輯順序進行疏散。變量為不同的疏散速度：速度取值范圍為1.4～2.0m/s。每種疏散速度均進行50次實驗，取其平均值作為相應疏散速度下的疏散時間。最后對疏散速度與對應的疏散時間方案的實驗結果進行分析，得到最優的疏散速度。

可變閘機數實驗：該實驗選取的疏散速度為正常速度與最優速度兩種情況。研究固定動態標識位置條件下閘機組的閘機數量與疏散時間的關系時，將疏散速度設置為固定值，即正常速度或者最優疏散速度。變量為不同的閘機數：閘機組的閘機數量取值范圍為6～8個。每種閘機數量均進行50次實驗，取其平均值作為相應閘機數量下的疏散時間。最后對閘機組的閘機數量與對應的疏散時間的實驗結果進行分析，得到最優閘機數。

2.3? 仿真實驗

可變速度實驗如圖3所示；可變閘機數實驗如圖4所示。

3 仿真結果分析

3.1? 可變速度實驗結果

可變速度實驗的實驗結果如圖5所示，所有速度的疏散時間分布在240s～360s區間內，所有結果均滿足疏散要求。

為比較不同速度下的疏散時間，對所有實驗結果取算數平均值得到表1。在有動態標識引導的條件下，以正常1.4m/s速度疏散時，疏散時間為325.14s；而最優疏散時間是在疏散速度為1.7m/s時發生的，最優疏散時間為315.54s。其中最優疏散時間較現狀疏散時間少10s左右。隨著動態標識引導速度的增加，疏散時間會減少，到達一個最低值后，疏散時間增加最后趨于一個穩定值?？勺兯俣葘嶒灥钠款i點在步梯入口和出站閘機處，瓶頸點的擁堵程度對疏散時間影響很大。隨著速度的增加，短時間內到達出站閘機瓶頸點的人數會增加，密度增大，乘客疏散速度滿足與閘機組服務達到飽和；隨后疏散速度對疏散時間的影響可以忽略。

3.2? 可變閘機數實驗結果

對比兩組可變閘機數實驗疏散時間的平均值，如圖6所示。當閘機數為6個時，不論速度為多少，其相應的疏散速度明顯低于其他閘機數實驗的疏散速度。由此，在設置閘機時優先選擇6個閘機。

4 結束語

為盡可能縮短客流應急疏散時間并研究其影響因素，利用Anylogic進行地鐵站疏散仿真。通過兩個控制單一變量的實驗，可以得到疏散時間和疏散速度、閘機數這兩個因素之間的關系。并不是疏散速度越快疏散時間越短，并不是閘機數越多疏散時間越少，他們之間的關系是非線性的。雖然在大客流疏散時無法讓乘客以最佳步速疏散，但可以利用動態標識誘導乘客加快步伐，讓客流整體速度接近最佳速度。而對于閘機組閘機數的研究結果表明現有6個閘機數不但能滿足疏散要求，而且有利于疏散。因此建議地鐵站點在利用現有資源疏散的前提下，設置動態引導標識，提高疏散效率。

參考文獻

[1]劉鑫.地鐵車站火災和人員疏散仿真模擬技術發展分析[J].今日消防，2020，5（4）：6-7.

[2]陳衛平，胡煜文，駱立剛，等.樓扶梯寬度對地鐵站臺人員疏散時間的影響研究[J].今日消防，2022，7（8）：12-14.

[3]林靜，魏振宇，胡盛斌，等.基于改進社會力模型的地鐵大客流疏散能力研究[J].中國安全生產科學技術，2022，18（7）：207-212.

[4]杜鵬飛，劉曉斐，劉貞堂，等.基于元胞自動機的極端降雨下地鐵疏散模擬[J].中國安全生產科學技術，2022，18（12）：5-11.

[5]周百靈，徐亮，毛前軍.突發性客流地鐵站點的疏散設計優化研究[J].中國安全生產科學技術，2022，18（10）：189-193.

[6]趙佳璐.動態標識在地鐵導視系統中的應用研究[D].北京：北京交通大學，2021.

[7]石靈燦.消防應急照明和疏散指示系統在地鐵中的設計應用[J].中國設備工程，2023（9）：108-110.

[8]GB 50157—2013 地鐵設計規范[S].