城市轨道交通突发事件应急疏散仿真方法

城市轨道交通突发事件应急疏散仿真方法
刘素平;袁佳宇
【摘要】地铁车站客流量较大,行人流线复杂,在运营过程中往往存在着一系列的突发事件.为此,文章从城市轨道交通客流需求与运输能力着手,结合车站设备、构造、旅客行为特征,提出了基于MassMot ion的城市轨道交通突发事件应急疏散仿真方法.通过确定仿真环境中所需要的基本参数,结合交通过程中行人行为特性,以三维模型空间为基础,对突发大客流进行仿真模拟研究,将车站的设施和行人抽象化.仿真结果显示,突发情况下车站内的所有人员能够在安全时间内迅速撤离到安全区,旅客的疏散速度、工作人员的疏散能力等行为特性对疏散效率有很大的影响.
【期刊名称】《西部交通科技》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】4页(P146-149)
【关键词】城市轨道交通;突发事件;客流疏散;MassMotion
【作者】刘素平;袁佳宇
【作者单位】兰州交通大学交通运输学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学交通运输学院,甘肃兰州730070
【正文语种】中文
【中图分类】U298.25
0 引言
城市轨道交通是一个大容量、辐射面广的快速运输系统，涉及到不同的运输方式和组织行为，其通过合理配置设备设施、有效疏导现场客流、科学分析车站空间完成客流输送。

城市轨道交通作为城市公共交通中的主干，为市民的工作、生活提供了一定的服务保障。

但是近年来也发生了因意外灾害和临时举行大型活动等突发事件致使的多起乘客伤亡事故，因此在充分利用车站通过能力和输送能力，满足客流需求，实现高效运营的同时也要制定相应的突发事件应急疏散方案。

本文通过分析客流集散特点、车站客流的预测、旅客的行为特征、重点突发事件的类型等内容，设计了基于MassMotion的城市轨道交通突发事件应急疏散的仿真方法。

1 MassMotion及其仿真方法
MassMotion最初是由Arup开发研究出来的一种软件，主要由Project、Scene、Activities、Simulation & Analysis等组成。

MassMotion可以为设计师、运营
人员和企业提供更加清晰的信息，其中包括：建筑对象内出现的人员拥挤现象、各种人员通行设备使用的模式和行人空间安全等。

MassMotion有着广泛的应用范围，如规划、建筑学和工程等方面，并且还可以应用于人与人之间的交流。

MassMotion在计算上以三维模型空间为基础，该模型空间是连续性的，在BIM
中聚集而成。

该软件在运行时更加倾向于理想化，尤其是在人群数量和执行速度方面。

个体在经过繁琐的环境时，可以自由选择适合自己的路线，也可以生成一系列的图片和视频。

MassMotion有如下几方面的应用：
(1)数量庞大的高密度人群和基于时刻表的行为活动，模拟包括交叉路口在内的人
群分流。

(2)验证在不同类型、多层的建筑物中，发生火灾等突发事件时的疏散方案。

其强
大的测量功能可以对较大的车站区域进行完整仿真。

(3)对服务、检票、排队等的运营分析。

(4)仿真完成后，可以分析出旅客完成疏散所花费的时间，分析站台、出入口、电
梯等旅客的流动速率。

(5)MassMotion可以输出不同格式的报表以及视觉图形、表格和以数据为主的其
他仿真信息。

1.1 MassMotion建模流程
MassMotion在创建模型方面，既可以在软件中直接创建模型也可以通过导入CAD在CAD上创建模型：
(1)创建3D几何图形；(2)设置场景(几何图形分析代理事件)；(3)验证及仿真(计算包含仿真结果的日志)；(4)输出结果并进行分析(三维可视化校对、统计数据、生成报表)。

1.2 基本参数的设置(见表1)
表1 MassMotion建模基本参数设置表基础设施模块设施备注售票大厅ServerPhone或Identity站外检票口ServerTicket1/2/3/4安检口ServerTicket1/2/3/4候车厅Barrier与PortalTicket1/2/3/4商业辅助设施ServerBeen
2 突发情况下车站应急疏散仿真
据不完全统计，国外发达城市轨道交通的安全信赖度很高，事故发生率相对比较低，但仍然存在引起群死群伤、重大财产损失以及形成较大社会影响的安全事故，大部分表现在自然灾害、火灾、恐怖袭击、客伤、列车相撞或脱轨以及大面积失电等。

而北京、上海、广州、深圳、南京等国内主要城市轨道交通在近些年陆续发生了一系列社会影响较大的运营事件。

其中，设备事故发生频率较高，客伤、火灾、自然灾害次之，其他运营事故相对较低。

2.1 突发事件下行人行为的影响特征
大型的城市轨道交通车站每天输送着形形色色的人群，当发生任何突发事件时，人们首先会获取相应的信息，然后经过大脑对这些信息进行加工、整理、判断，最后
做出相应的决策等，完成一系列的处理过程。

需要疏散的人群所表现出的应急反应会有很大的不同，而影响人们自身做出应急疏散行为反应的因素有很多，比如人们的心理承受能力、对车站环境的熟悉程度以及自身的身体素质等，当然正是由于这些行为反应的不同，必然会给人们尽快疏散到安全场所带来一定的影响。

日常生活中，发生火灾的概率相对较高一些，因乘客乱扔烟蒂或者在公共区域吸烟、线路设备老化、短路等都很有可能导致火灾事件，人们在火灾中的行为反应对人们平安撤离到安全区域场所极为关键。

因此人们应该在这一方面加强重视，平时多锻炼自身的心理素质，学习一些在遇到紧急情况时逃生的经验和技巧，以防产生一些特殊的心理行为而严重影响自身的安全。

2.2 车站三维仿真模型示意图
通过对城市轨道交通车站结构与功能的研究，结合旅客行为特征，利用MassMotion软件设计出某一车站的模型，如图1所示。

图1 车站模型示意图
2.3 正常情况下车站乘客路线布置
利用MassMotion设置了正常情况下的旅客出口。

要求一个服务器的服务能力是一次只能服务一个人，实行排队制，每个人接触的时间分布是：最短20 s，最长60 s，一般情况下在30 s内就可以办理完毕。

服务器完成服务后，乘客会进行其他的活动或自动寻找出口。

正常情况下，旅客在车站内的活动及选择的路线如图2所示。

图2 乘客分布及活动示意图
2.4 突发事件下疏散人数及时间的布置
当发生突发事件时，车站工作人员为了尽快将大量乘客疏散到安全场所，必然会采取一定的措施，比如增加出口通道。

在此设计的仿真模型中，与正常情况下疏散客流所需的时间作了对比之后，在该仿真模型中增加了两个应急出口以便大客流及时
疏散，并把所有进站口改为出站口，减少一定的损失。

(1)紧急疏散情况下，旅客的设置(人数、年龄段、运行速度等)、分布及选择路线。

把旅客的运行速度分成1 m/s、1.5 m/s、2 m/s三个区间；把旅客的疏散时间分
成50 s、1 min 40 s、2 min 30 s三个区间。

(2)设置三个正常情况下的旅客出口和两个紧急出口，如图3所示。

(3)仿真车站人口分布；①车站乘客总量分布；②车站旅客密度分布；③车站旅客
行走速度分布；④车站旅客疏散时间的分布。

图3 疏散出口旅客仿真示意图
2.5 仿真结果分析
通过对某一地铁站发生突发事件时客流疏散进行了仿真研究分析，利用MassMotion软件进行仿真模拟。

首先对MassMotion软件的特点进行解析，然后确定仿真环境中需要设置的参数并设计仿真环境。

其次通过对正常情况下的乘客的分布与紧急情况下乘客的分布进行比较分析，得出当发生突发事件时，大部分乘客具有从众心理，会首先选择距离自己较近的出口，并且多个疏散出口比单个疏散出口的疏散效率较高。

其中在疏散速度1～1.5 m/s这个区间范围内旅客人数最多；在疏散时间50 s～1 min 40 s这个区间范围内旅客人数在紧急出口1处汇集最多。

在地铁设计规范中有明确规定：当发生火灾等紧急事件时，车站站台公共区域的楼梯、自动扶梯、出入口通道，应满足在6 min内将远期或控制期内超高峰小时进
站列车所运载的旅客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区域的要求。

在本文的仿真结果中疏散人数设定600人，疏散时间为2 min 40 s，明显<6 min。

3 结语
基于MassMotion的城市轨道交通突发事件应急疏散的仿真方法，为突发情况下
地铁车站旅客的应急疏散提供了数据支持，为车站工作人员有效、安全地组织旅客疏散提供了保障。

在地铁车站发生突发事件时，客流潜意识地会选择距离自身较近
的出口撤离车站，大部分乘客都能够冷静应对，但也仍有部分乘客会产生不安全心理，他们往往会选择报警。

通过仿真模拟结果分析，乘客疏散时的从众心理较为明显，而且在疏散出口较小时客流量较大，会产生瓶颈现象。

在整个疏散过程中，我们可以看到疏散人员的年龄、身体素质、性别、结伴情况等对疏散效率都有很大的影响。

然而在研究的过程中仍有一些不足：
(1)设置的仿真环境较为简单，设置的障碍物及设施较少，考虑的因素不完全，在日后的研究工作中应进一步完善。

(2)实验条件受到一定的限制，无法完全模拟地铁车站发生突发事件时乘客疏散的真实情况，因此仿真结果存在一些误差有待完善。

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