鐵路客運站疏散仿真研究

導語：鐵路客運站疏散仿真研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1應急條件下站內人員分析

現代鐵路客運站體現以人為本的設計思想，包含多種功能區，如售票、候車區域，商務功能區(餐飲店、零售店等)，行李交付、傳運區域，以及與運營相關的設備用房區域。除此之外，也有一些車站的結構功能更加復雜，如北京南站，地鐵站出入口也在車站涵蓋范圍內。因此，目前鐵路客運站內的人員構成主要包含3種：旅客、工作服務人員及其他人員(商店工作人員等)。為保證鐵路客運站的正常運營，需要有一定的站內工作人員及商店服務人員，這部分人員基本上都接受過必要的業務技能訓練，能夠及時合理地應對站內突發事件；而旅客由于流動性大，人員構成復雜，大部分對車站內部環境不熟悉，因而在應急條件下容易造成恐慌，發生二次事故。基于站內人員數量大、臨時性及偶然性的特點，可以將鐵路車站內的疏散人員看作一個群集[1]，當在有威脅生命安全的事件發生需要進行疏散時，組成群集的人員個體間相互影響，并且由個體行為影響擴大化產生倍增效應，使人員很難進行理性的思考和決策。在這種情況下，疏散人員的行為特征可以概括為[2-4]：①每個人都希望以自己最快的速度選擇最短的路徑逃生，而且人越了解環境，越清楚最短路徑的位置；②個人的行為特征如方向、速度可能因周圍其他乘客的行為發生突變或波動，產生的現象主要表現為從眾行為，即人群往往集中在一個出口處，而忽略其他的出口，使出口處變得擁擠，出現拱形，出口處的人流速度變慢，造成“欲速則不達”的現象。此外，旅客主要分為長途旅客和短途旅客，一般情況下，長途旅客會攜帶數量較多的行李，在發生突發事件時，行李會大大阻礙人員的疏散效率。通過研究資料[5-6]得出：當人群密度為1人/m2左右時，人流遷移流動呈自由流動狀態，遷移流動的水平速度為V=1.3m/s；當人群密度為2人/m2左右時，人流遷移流動開始呈現滯留流動狀態，遷移流動的水平速度為V=0.7m/s；當人群密度為5.38人/m2左右時，人流遷移流動完全處于停滯狀態，遷移流動的水平速度為V=0.0m/s。

2站內旅客應急疏散建模

選取大連站為研究對象，由于大連站候車室內設施復雜、布局緊湊，旅客疏散時可利用空間少，人群群聚效應明顯，個體比較難以獨立采取行動，因而可以忽略個體心理反應等次要因素。此時疏散個人的速度將受限于疏散人群的整體移動速度。在這樣的情況下，假設疏散人員的特征相同，疏散人員的步行可以作為“集體步行”對待。同一類空間內步行速度一定，但候車室、走廊等水平通道及樓梯等通道的疏散速度不同，應分別對待。

2.1大連站候車室人員應急疏散概念模型

大連站候車室人員應急疏散概念模型如圖1所示。（1）人員生成。一次生成一定量的人員實體，依據相關的原則合理地將實體分配到大連站的7個候車區和其他位置。（2）疏散路徑。疏散開始后人員經反應判斷后選擇疏散的路徑。疏散路徑形式：初始位置→候車室南入口；初始位置→候車室北入口；初始位置→候車區檢票口。（3）到達安全區域。經候車室南北出入口疏散的人流以離開候車室為安全，經候車區檢票口疏散的人流以到達站臺為安全。

2.2應急疏散速度模型

（1）水平通道上的疏散速度。一般情況下，為了應對可能發生的重大事故或災害，車站都會預先制訂應急疏散方案。應急方案是指為保證迅速、有序、有效地開展應急與救援行動，降低事故損失而制訂的有關計劃或方案[7]。在應急條件下，影響站內人員疏散效率的因素有很多，如人員、設施設備、管理等。結合大連站的實際，疏散個人的速度受限于疏散人群的整體移動速度。為了便于仿真參數的設定，選用木村幸一和Togawa[8]等人提出的疏散速度函數作為水平通道上的疏散速度模型，即V=V0ρ-m⑴式中：ρ是人群密度，V=人數/面積，人/m2；V0是常量，m/s；m是人群密度指數，參考木村幸一的速度模型和Togawa的速度模型，V0=1.1m/s、m=0.7954，V0=1.34m/s、m=0.8000。（2）對于人員在樓梯及自動扶梯上的疏散速度，根據相關規范中規定的通行能力經換算后得出相應的服務時間值。

2.3應急疏散仿真模型參數設定

（1）仿真人數。車站最高聚集人數是指車站全年上車旅客最多月份中一晝夜在候車室內瞬時(8～l0min)出現的最大候車(含送客)人數的平均值。將最高聚集人數的概念引入候車室大客流疏散情況分析，根據大連站調研數據可知：候車室旅客最高聚集人數為4790人(不含大連站工作人員及閑散人員)，在此次仿真模型中取整數5000人。由《大連站行車工作細則》可以查得候車室最多容納6593人，仿真中仿真人數最大值為6500人。（2）人群密度參數。各候車區人群密度參數取值如下：一候車區ρ=0.05×N/330，二候車區ρ=0.15×N/330，三候車區ρ=0.15×N/418，四候車區ρ=0.15×N/286，五候車區ρ=0.15×N/220，六候車區ρ=0.15×N/330，八候車區ρ=0.15×N/528，其他區域ρ=0.05×N/132；其中N為人群數量。（3）各服務設施服務時間參數。各服務設施的服務時間參數如表1所示。（4）人員疏散路徑選擇權重參數。依據有關研究結果[9]及大連站調研統計數據，得到各候車區人員疏散時的疏散路徑選擇比例，如表2所示。（5）其他參數。疏散仿真中人員疏散采取規定的疏散路徑；候車室所有出入口人員只出不進；所有自動扶梯均設置為下行方向；各候車區人員疏散時只開放3個人工檢票口；對于殘疾人假設在相關人員協助下能夠從專用通道疏散，仿真模型中不計其疏散時間；兒童的疏散速度假設在家長的協助下等同于其家長的速度。

3仿真實驗

根據大連站的實際情況，分別設計了4個實驗，并且每個實驗包含有4個方案。其中：實驗1考慮仿真人數N對疏散結果的影響；實驗2考慮仿真人數N對疏散結果的影響，但在實驗一的基礎上改變了人群密度指數m和自然速度常量V0的大小；實驗3考慮自然速度常量V0對疏散結果的影響；實驗4考慮人群密度指數m對疏散結果的影響。各實驗方案如表3所示。

3.1實驗1仿真結果

實驗1疏散人數與時間的關系如圖2所示。從圖2可以看出，當疏散總人數達到4500人左右時，疏散人數與疏散時間幾乎完全呈現為線性關系，而且其線性指數較高。隨著疏散人數進一步的增加，疏散人數與疏散時間之間的線性關系逐步減弱，漸漸表現為非線性關系。當疏散時間為5min左右時，疏散總人數已經達到了5000人。對實驗1仿真結果采用線性差值方法計算，得到大連站6min內可以安全疏散5263人，因而可以得出符合大連站5000人的應急疏散要求。

3.2實驗2仿真結果

實驗2疏散人數與時間的關系如圖3所示。從圖3可以看出，當大連站疏散人數達到4000人左右時，疏散人數與疏散時間之間也呈現出較為明顯的線性關系。隨著疏散時間的增加，疏散人數與疏散時間之間開始呈現為非線性關系。當疏散總人數達到5000人時，所用的疏散時間在5min左右，即實驗2也滿足5000人應急疏散要求。

3.3實驗3仿真結果

實驗3仿真結果如圖4所示。從運行結果可以看出：速度常量與疏散時間之間總體上呈現出一定的線性關系，速度常量越小，疏散時間用的越長。由于實驗3僅有4個方案，兩相鄰點之間呈現出3種變化，表現為“慢-快-慢”。即V0從1.34m/s變化到1.24m/s時，疏散時間增加了1.32%，變化率為0.7621min/(m/s)；V0從1.24m/s變化到1.14m/s時，疏散時間增加2.32%，疏散時間變化率為1.3596min/(m/s)；V0從1.14m/s變化到1.04m/s時，疏散時間增加了1.73%，疏散時間變化率為1.0367min/(m/s)。

3.4實驗4仿真結果

實驗4仿真結果如圖5所示。從圖5可以看出當疏散人數相同時，人群密度指數與疏散時間之間表現為較強線性關系，而且線性指數幾乎為0，即選用不同人群密度指數得出的總疏散時間在圖中幾乎呈現在一條直線上，因而可以得出：當m值在0.7954～0.8000間變化時，人群密度指數m對疏散時間的影響很小。3.5結果分析（1）實驗1和實驗2可以看作是1組對比試驗，基于其仿真結果可以看出：自然疏散速度常量在1.1～1.34m/s取值時，大連站可以滿足5000人安全疏散的要求，但實驗1可以在更短的時間內完成疏散4500人的任務，如果發生的突發事件危險性比較大，宜采用實驗1方案；當客流數超過這一數值且小于5500人時，若不采取其他措施，則有可能造成旅客的傷亡；當客流在5500～6500人時，所設計的大連站疏散方案不能滿足安全疏散的要求。（2）實驗3的運行結果表明，客流群聚效應下的人群自然疏散速度常量與疏散時間之間呈現出負線性關系，而且人群自然速度常量的取值對安全疏散的總時間影響大，但是僅能證明在一定范圍內存在這種現象。（3）實驗4的結果可以看出：當人群密度指數m在0.7954～0.8000范圍內取值時，對站內人數疏散時間的影響很小，因而在仿真實驗中可以選取0.8000作為參數。

4結束語

基于應急條件下站內人員疏散的重要性，分析了疏散時站內人員的行為特征。以大連站為例，結合疏散速度模型，分別設計了實驗，利用SIMIO軟件進行了模擬仿真，分析得出當站內人數不超過5000人時，大連站可以滿足疏散要求。同時，還得出人群自然速度常量的取值對疏散時間的影響較大，以及人群密度指數對疏散時間的影響較小。

作者：李海鵬牟瑞芳單位：西南交通大學交通運輸與物流學院