刘文婷，徐乃云

（CCDI悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏苏州215125）

基于VISSIM的城市轨道车站紧急疏散仿真

刘文婷，徐乃云

（CCDI悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏苏州215125）

城市轨道车站是一个相对密闭的空间，人流密度大，发生紧急事件时安全疏散难度大，在车站安全设计达标的前提下，还需配合完善的应急预案，合理的疏散组织与引导。目前城市轨道车站的安全设计以静态计算的总的疏散时间作为评估标准，难以评估人流在车站空间中的分布及实际的疏散效果。介绍利用行人仿真工具评估车站的疏散设计，根据行人在车站空间分布提出行人设施及疏散组织的优化建议，并以苏州轨道二号线徐图港站为例对仿真方法进行说明。行人在车站空间中实际运行效果表明，相关优化方案和建议是可行的。

城市轨道交通车站；紧急疏散；行人仿真

0　引言

人员密集往往是突发事件发生的根源，当场所内人员密度达到一定的标准就容易产生安全隐患。城市轨道交通车站人流密度大、持续时间长，是一个安全事故易发的场所。我国现行地铁设计规范在车站安全疏散设计中，要求“6 min内将列车乘客和站台候车的乘客以及工作人员全部撤离站台”，按照规范中给定的公式计算疏散时间，实际上只考虑了疏散楼梯及自动扶梯的通行能力对疏散时间的影响，没有考虑行人疏散速度对疏散时间的影响，也没考虑检票口、出入口、疏散通道通行能力的影响及车站疏散线路长短的区别。这与实际情况存在差别，这种静态的安全疏散设计标准难以衡量车站各空间的疏散结果。

行人仿真技术作为一种现代技术已越来越多地应用在交通规划、交通设施设计等领域，如2008年北京奥运会国家体育馆应用LIGION行人仿真软件模拟紧急疏散的情况，为场馆的安全设计提供改善建议；VISSIM行人仿真软件已应用于大型商场、地铁站的人员疏散模拟。地铁站是一个相对密闭的空间，在设计阶段利用仿真手段对车站紧急疏散时的行人运行轨迹进行模拟，以达到优化车站瓶颈，提高车站设施的疏散能力的目的。

1　城市轨道车站行人仿真的方法

1.1行人交通特性

行人的运动特征很复杂，既受车站平面布局、出入口、通道等外部环境的影响，也与个人的年龄、性别、身体状况及心理状况等多重因素有关。个人运动的自主性较高，通常朝着自认为的最短路径行走，当车站客流量过大，达到需要启动紧急疏散的级别时，行人的运动特征又受群体作用的影响，通常会朝着人流的运动方向移动。

大多数行人动力学研究表明，可以运用“流-密-速”理论来表征行人的运动特征，主要用速度与密度参数来对行人运动进行评价。

1.1.1行人速度

目前国内外对行人速度的研究以实地采集视频和照片等数据后分析得到［2，3］。

根据上海市2003年所做的行人步行特征实测结果，不同年龄段的行人自由移动的速度是不同的，男女性别也是有差别的。通过大量实测数据分析，把乘客分为老年、中年、青年、儿童四类，各自在水平通道上的自由移动速度分别取为1.09 m/s、1.23 m/s、1.25 m/s、1.0 m/s。

根据Dongkon Lee的论文中所做的大量研究表明，行人流流量、移动速度与通道类型及人员密度有关，行人在水平通道中的运行速度大于楼梯中的行走速度，行人在下行楼梯的运动速度也大于上行楼梯中的行走速度。乘客上下楼梯的自由速度可取为上楼梯0.4 m/s，下楼梯为0.5 m/s。

1.1.2行人密度

行人密度是指单位空间上的行人数量，是衡量行人在空间中的服务水平的重要指标。Fruin认为，当人流密度在1.08人/m2以上时，行人服务水平为E、F级，属于紧急疏散的范围［6］；另外一些国内外学者们对于人群拥挤时的阻塞密度的研究结论表明，当密度低于0.5人/m2时，为不受阻碍的自由流，当密度在4.0～5.5人/m2时，为阻塞流［7-9］。

1.2VISSIM行人仿真软件及参数标定

在VISSIM行人仿真中主要建立在社会力模型（Helbing和Molnar，1995）之上［4，5］。社会力模型（Social Force Model）是目前为止最被认可的行人动力学模型。社会力模型的核心思想认为，行人的运动受到来自环境及自身的目的性的影响，将这些影响用类似于力学的公式表达出来即形成社会力模型。社会力的概念并不是指物理上实际存在的力，而是以一种虚拟的方式代表行人的社会心理以及行人之间、行人和环境之间的相互作用。行人总是希望以一定的期望速度朝期望的方向运动，因此，行人在行走过程中都会期望能在较短的时间内调整他当前的实际速度到期望速度。行人与墙壁、其他行人的相互作用包括排斥和摩擦。距离越近，之间的相互作用力就越大。

ptv公司根据大量视频行人轨迹跟踪分析，来收集行人流在不同状况下的速度、密度分布规律，从而校正参数。近年来在新加坡地铁站采集了大量的行人流数据，用于标定地铁站内行人运动特性的参数。

1.3行人仿真流程

利用仿真方法模拟行人在轨道车站内的运动轨迹，具体流程见图1。 通过仿真模型分析，找出设施或交通组织方案中可能存在的问题，对服务水平和能力进行评价，并提出优化方案直至满足安全疏散设计要求。

图1　行人仿真辅助设计流程图

2　案例分析

2.1仿真场景简介

本次模拟的车站选为苏州轨道交通2号线徐图港站。徐图港站的车站为两层式高架车站，站厅层为地上二层，站台层为地上三层，站台为侧式站台。图2、图3分别为徐图港站的站台与站厅的设施布局情况。

图2　徐图港站站台

图3　徐图港站站厅

由于站台为侧式站台，一列列车的乘客疏散只能利用站台一侧的两个楼梯。根据车站平面布局，乘客疏散走行距离最短为122 m，最长为223 m。从站台疏散至站厅的最短的走行路径长为17 m（不包含楼梯长度），最长的走行路径为98 m。车站为高架站台，一旦发生紧急事故，行人从站厅层疏散至地面仅有2座楼扶梯可以使用。

2.2假设条件、模型输入及评价标准

2.2.1假设条件

（1）仿真分析最不利的情况，即列车满载到站后需将列车内的乘客、站厅、站台候车乘客及工作人员全部疏散到地面。

（2）假设行人对地铁站环境较熟悉，通过自己的判断采取最短路径进行疏散，同时疏散时所有出口均为只出不进，电梯均当楼梯使用。

2.2.2模型输入

（1）行人自由流速度参数：参数标定时定义行人速度值的范围和不同速度组成的百分比，运用苏州地铁站通道内及上下楼梯的速度分布实测数据。

（2）地铁站疏散人数：按目前该站地铁列车5 节b型车编组，列车满载时1 500人，加上站台候车人员和工作人员，站厅、过道乘客和工作人员共248人，总疏散人数设置为1 748人。

（3）通过闸机的时间：根据实测，闸机的通过时间为2 s，紧急模式时通过时间为1.5 s。

2.2.3评价标准

（1）疏散时间标准：车站的总疏散时间应满足“把乘客从站台最远处疏散至站厅的时间在4 min以内，疏散至车站外安全地点的时间在6 min以内”。

（2）疏散密度标准：总结国内外学者对各类设施人流运动规律的研究，同时结合我国人口众多、对拥挤耐受力较高的现实考虑，提出行人疏散水平的分级密度指标［1］（见表1）。

表1　行人各级疏散水平下的密度范围　　人/m2

2.3仿真分析

2.3.1疏散时间分析

采取上述设置时，徐图港站所有人员疏散至地面的疏散时间为6分35秒，站台上所有人员清空的时间为2分39秒。总的疏散时间不满足“6 min内将站台所有人员疏散至安全地带”的要求。

2.3.2疏散瓶颈分析

站台层乘客疏散的高密度区分布在办公室处的通道以及楼梯口。办公室处通道内密度高达3.59～5.23人/m2，楼梯口密度分布在5.53～6.41人/m2。图4为站台平均密度分布。

图4　站台平均密度分布

站厅层疏散的高密度区为出站闸机（验票区），其人流密度在［6.31，7.15］区间，已经形成严重拥挤状态，拥挤范围较大，一直延伸到1号楼梯与柱子区域。同时由于疏散1、2号楼梯两股疏散客流汇集于1号楼梯与柱子区域，此处发生严重拥挤，此处密度在5.73人/m2左右。图5为站厅平均密度分布。

图5　站厅平均密度分布

2.3.3改善措施分析

空间瓶颈的改善可采取疏散引导与控制的方法，在柱子及电梯井之间设置隔离栏，引导乘客使用路径3进行疏散，同时将进站闸机全部调整为出站闸机，此时乘客的疏散模拟得到以下结果：

（1）总疏散时间为5分53秒，比未改善时的疏散时间少42秒。

（2）瓶颈的改善。改善前，闸机周围的空间密度范围为6.31～7.15人/m2，为高危区；改善后，空间密度范围为3.78～5.43人/m2，拥挤状况得到了明显改善。

（3）经过疏散路径引导之后，空间瓶颈区域的密度为4.11人/m2左右。

图6为改善后站厅层密度分布。

图6　改善后站厅层密度分布

（4）结论：紧急疏散时调整全部闸机为出站闸机同时引导人流疏散路径能使车站的疏散能力大大提高。

3　结语

城市轨道车站人流密集，一旦发生紧急事件极易造成安全事故。利用行人仿真方法对车站空间布局进行评估，找出空间瓶颈，并对疏散组织提出合理化建议，可以有效地减少疏散时间，降低突发事故的风险。

［1］刘文婷.城市轨道交通车站乘客乘客紧急疏散能力研究［D］.上海：同济大学，2008.

［2］陈然，董力耘.中国大都市行人交通特征的实测和初步分析［J］.上海大学学报:自然科学版，2005，11（1）:95-96.

［3］DongkonLee，HongtaeKim，Jin-HyoungParketal.TheCurrent Status and Future Issues in Human Evacuation formShips［J］. SaftyScience，2003，41（10）:861-876.

［4］Helbing.D.Simulating Dynamical Features of Escape Panic［J］. Nature，2000（407）:487-490.

［5］Helbing.D.A mathematical model for the behavior of individuals in a socialfield［J］.Journalof Mathematical Sociology，1994，19（3）: 189-219.

［6］Fruin，J.J.Designing for Pedestrians:A Level of Service Concept［J］. HighwayresearchRecord，1971（355）:1-15.

［7］WinnieDaamen.Modelling Passenger Flows in Public Transport Facilities［D］.The Netherlands:DelftUniversity of Technology，2004.

［8］Pauls，J.Calculatinge vacuation times for tall buildings［J］.Fire Safety Journal，1987（112）:213-236.

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［10］GB50157-2003，地铁设计规范［S］.

U23

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1009-7716（2016）07-0342-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.101

2016-03-16

刘文婷（1983-），女，湖北浠水人，硕士，工程师，从事交通规划、道路设计工作。