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）

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。

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。

图2 11 号线站台、站厅层平面布置和客流流线图

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。

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

1.2.2 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

1.3 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0.80~1.2 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0.35~0.5 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》（GB50157—2013）、北京市《城市工程设计规范》（DB11/995—2013）、《地铁设计防火标准》（GB51298—2018）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

2.2 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20~50 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 号线金安桥站站台乘客疏散时间为220 s。

图3 楼扶梯口行人排队曲线

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4~5 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4 站台层不同时刻客流密度云图

图5 站厅层不同时刻客流密度云图

由图4~5 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2~3 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。