李海鵬，牟瑞芳

（西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031）

現(xiàn)代大型綜合交通客運(yùn)站不僅具有建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、客流量龐大、交通輻射面廣等特點，而且涉及多種交通方式、不同行為 ( 進(jìn)站、出站、換乘、購票、中轉(zhuǎn)及商務(wù)等 ) 客流的組織管理問題。而鐵路車站也從過去的僅滿足運(yùn)輸功能逐步向集運(yùn)輸、各種交通方式換乘和服務(wù)功能于一體的方向發(fā)展。目前，隨著我國鐵路旅客運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展和客運(yùn)專線的大規(guī)模建設(shè)，越來越多的大型鐵路客運(yùn)站相繼建成，由于其具有內(nèi)部設(shè)備眾多、布局緊湊、建筑材料不盡相同、人員高度密集、流動性大、人員行為多樣性的特點，站內(nèi)一旦發(fā)生突發(fā)事件，特別是在立體化布局設(shè)計、人員密度較高的建筑物內(nèi)，在疏散狀況不理想的情況下，人員容易產(chǎn)生恐懼和慌亂，使生命財產(chǎn)更容易受到威脅，帶來極大的負(fù)面影響。因此，在充分考慮車站客流集散特點、客流疏散行為影響因素的前提下，對車站的應(yīng)急疏散進(jìn)行分析評價，不僅對確保車站的正常運(yùn)營和提高安全應(yīng)急能力，而且對確保城市功能的正常運(yùn)行和廣大人民的生命安全具有重要意義。以大連站為例，利用仿真技術(shù)建立基于 SIMIO 仿真軟件的人員應(yīng)急疏散仿真模型，并對大連站的站內(nèi)人員應(yīng)急疏散進(jìn)行仿真分析評價。

1 應(yīng)急條件下站內(nèi)人員分析

現(xiàn)代鐵路客運(yùn)站體現(xiàn)以人為本的設(shè)計思想，包含多種功能區(qū)，如售票、候車區(qū)域，商務(wù)功能區(qū)( 餐飲店、零售店等 )，行李交付、傳運(yùn)區(qū)域，以及與運(yùn)營相關(guān)的設(shè)備用房區(qū)域。除此之外，也有一些車站的結(jié)構(gòu)功能更加復(fù)雜，如北京南站，地鐵站出入口也在車站涵蓋范圍內(nèi)。因此，目前鐵路客運(yùn)站內(nèi)的人員構(gòu)成主要包含 3 種：旅客、工作服務(wù)人員及其他人員 ( 商店工作人員等 )。為保證鐵路客運(yùn)站的正常運(yùn)營，需要有一定的站內(nèi)工作人員及商店服務(wù)人員，這部分人員基本上都接受過必要的業(yè)務(wù)技能訓(xùn)練，能夠及時合理地應(yīng)對站內(nèi)突發(fā)事件；而旅客由于流動性大，人員構(gòu)成復(fù)雜，大部分對車站內(nèi)部環(huán)境不熟悉，因而在應(yīng)急條件下容易造成恐慌，發(fā)生二次事故。

基于站內(nèi)人員數(shù)量大、臨時性及偶然性的特點，可以將鐵路車站內(nèi)的疏散人員看作一個群集[1]，當(dāng)在有威脅生命安全的事件發(fā)生需要進(jìn)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(kuò)大化產(chǎn)生倍增效應(yīng)，使人員很難進(jìn)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(huán)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(fā)生突變或波動，產(chǎn)生的現(xiàn)象主要表現(xiàn)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(xiàn)拱形，出口處的人流速度變慢，造成“欲速則不達(dá)”的現(xiàn)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(shù)量較多的行李，在發(fā)生突發(fā)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(dāng)人群密度為 1 人/m2左右時，人流遷移流動呈自由流動狀態(tài)，遷移流動的水平速度為V= 1.3 m/s；當(dāng)人群密度為 2 人/m2左右時，人流遷移流動開始呈現(xiàn)滯留流動狀態(tài)，遷移流動的水平速度為V= 0.7 m/s；當(dāng)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(tài)，遷移流動的水平速度為V= 0.0 m/s。

2 站內(nèi)旅客應(yīng)急疏散建模

選取大連站為研究對象，由于大連站候車室內(nèi)設(shè)施復(fù)雜、布局緊湊，旅客疏散時可利用空間少，人群群聚效應(yīng)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(yīng)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(shè)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(nèi)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(yīng)分別對待。

2.1 大連站候車室人員應(yīng)急疏散概念模型

大連站候車室人員應(yīng)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(jù)相關(guān)的原則合理地將實體分配到大連站的7 個候車區(qū)和其他位置。

（2）疏散路徑。疏散開始后人員經(jīng)反應(yīng)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(qū)檢票口。

（3）到達(dá)安全區(qū)域。經(jīng)候車室南北出入口疏散的人流以離開候車室為安全，經(jīng)候車區(qū)檢票口疏散的人流以到達(dá)站臺為安全。

2.2 應(yīng)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(yīng)對可能發(fā)生的重大事故或災(zāi)害，車站都會預(yù)先制訂應(yīng)急疏散方案。應(yīng)急方案是指為保證迅速、有序、有效地開展應(yīng)急與救援行動，降低事故損失而制訂的有關(guān)計劃或方案[7]。在應(yīng)急條件下，影響站內(nèi)人員疏散效率的因素有很多，如人員、設(shè)施設(shè)備、管理等。結(jié)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(shù)的設(shè)定，選用木村幸一和 Togawa[8]等人提出的疏散速度函數(shù)作為水平通道上的疏散速度模型，即

式中：ρ是人群密度，V= 人數(shù)/面積，人/m2；V0是常量，m/s；m是人群密度指數(shù)，參考木村幸一的速度模型和 Togawa 的速度模型，V0=1.1 m/s、m= 0.795 4，V0=1.34 m/s、m= 0.800 0。

（2）對于人員在樓梯及自動扶梯上的疏散速度，根據(jù)相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的通行能力經(jīng)換算后得出相應(yīng)的服務(wù)時間值。

2.3 應(yīng)急疏散仿真模型參數(shù)設(shè)定

（1）仿真人數(shù)。車站最高聚集人數(shù)是指車站全年上車旅客最多月份中一晝夜在候車室內(nèi)瞬時( 8～l0 min ) 出現(xiàn)的最大候車 ( 含送客 ) 人數(shù)的平均值。將最高聚集人數(shù)的概念引入候車室大客流疏散情況分析，根據(jù)大連站調(diào)研數(shù)據(jù)可知：候車室旅客最高聚集人數(shù)為 4 790 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(shù) 5 000 人。由《 大連站行車工作細(xì)則 》可以查得候車室最多容納 6 593 人，仿真中仿真人數(shù)最大值為 6 500 人。

（2）人群密度參數(shù)。各候車區(qū)人群密度參數(shù)取值如下：一候車區(qū)ρ= 0.05 ×N/330，二候車區(qū)ρ= 0.15 ×N/330，三候車區(qū)ρ= 0.15 ×N/418，四候車區(qū)ρ= 0.15 ×N/286，五候車區(qū)ρ= 0.15 ×N/220，六候車區(qū)ρ= 0.15 ×N/330，八候車區(qū)ρ= 0.15 ×N/528，其他區(qū)域ρ= 0.05 ×N/132；其中N為人群數(shù)量。

（3）各服務(wù)設(shè)施服務(wù)時間參數(shù)。各服務(wù)設(shè)施的服務(wù)時間參數(shù)如表 1 所示。

表1 各設(shè)施的服務(wù)時間參數(shù)

（4）人員疏散路徑選擇權(quán)重參數(shù)。依據(jù)有關(guān)研究結(jié)果[9]及大連站調(diào)研統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到各候車區(qū)人員疏散時的疏散路徑選擇比例，如表 2 所示。

（5）其他參數(shù)。疏散仿真中人員疏散采取規(guī)定的疏散路徑；候車室所有出入口人員只出不進(jìn)；所有自動扶梯均設(shè)置為下行方向；各候車區(qū)人員疏散時只開放 3 個人工檢票口；對于殘疾人假設(shè)在相關(guān)人員協(xié)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(shè)在家長的協(xié)助下等同于其家長的速度。

表2 不同位置人員的疏散路徑選擇

3 仿真實驗

根據(jù)大連站的實際情況，分別設(shè)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(shù)N對疏散結(jié)果的影響；實驗 2 考慮仿真人數(shù)N對疏散結(jié)果的影響，但在實驗一的基礎(chǔ)上改變了人群密度指數(shù)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(jié)果的影響；實驗 4 考慮人群密度指數(shù)m對疏散結(jié)果的影響。各實驗方案如表 3 所示。

表3 疏散設(shè)計方案

3.1 實驗 1 仿真結(jié)果

實驗 1 疏散人數(shù)與時間的關(guān)系如圖 2 所示。從圖 2 可以看出，當(dāng)疏散總?cè)藬?shù)達(dá)到 4 500 人左右時，疏散人數(shù)與疏散時間幾乎完全呈現(xiàn)為線性關(guān)系，而且其線性指數(shù)較高。隨著疏散人數(shù)進(jìn)一步的增加，疏散人數(shù)與疏散時間之間的線性關(guān)系逐步減弱，漸漸表現(xiàn)為非線性關(guān)系。當(dāng)疏散時間為 5 min左右時，疏散總?cè)藬?shù)已經(jīng)達(dá)到了 5 000 人。對實驗1 仿真結(jié)果采用線性差值方法計算，得到大連站6 min內(nèi)可以安全疏散 5 263 人，因而可以得出符合大連站 5 000 人的應(yīng)急疏散要求。

圖2 實驗 1 仿真結(jié)果

3.2 實驗 2 仿真結(jié)果

實驗 2 疏散人數(shù)與時間的關(guān)系如圖 3 所示。從圖 3 可以看出，當(dāng)大連站疏散人數(shù)達(dá)到 4 000 人左右時，疏散人數(shù)與疏散時間之間也呈現(xiàn)出較為明顯的線性關(guān)系。隨著疏散時間的增加，疏散人數(shù)與疏散時間之間開始呈現(xiàn)為非線性關(guān)系。當(dāng)疏散總?cè)藬?shù)達(dá)到 5 000 人時，所用的疏散時間在 5 min 左右，即實驗 2 也滿足 5 000 人應(yīng)急疏散要求。

3.3 實驗 3 仿真結(jié)果

實驗 3 仿真結(jié)果如圖 4 所示。從運(yùn)行結(jié)果可以看出：速度常量與疏散時間之間總體上呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)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(xiàn)出 3 種變化，表現(xiàn)為“慢-快-慢”。即V0從 1.34 m/s變化到 1.24 m/s 時，疏散時間增加了 1.32%，變化率為 0.762 1 min/(m/s)；V0從 1.24 m/s 變化到 1.14 m/s時，疏散時間增加 2.32%，疏散時間變化率為1.359 6 min/(m/s)；V0從1.14 m/s 變化到 1.04 m/s時，疏散時間增加了1.73%，疏散時間變化率為 1.036 7 min/(m/s)。

3.4 實驗 4 仿真結(jié)果

實驗 4 仿真結(jié)果如圖 5 所示。從圖 5 可以看出當(dāng)疏散人數(shù)相同時，人群密度指數(shù)與疏散時間之間表現(xiàn)為較強(qiáng)線性關(guān)系，而且線性指數(shù)幾乎為 0，即選用不同人群密度指數(shù)得出的總疏散時間在圖中幾乎呈現(xiàn)在一條直線上，因而可以得出：當(dāng)m值在0.795 4～0.800 0 間變化時，人群密度指數(shù)m對疏散時間的影響很小。

圖3 實驗 2 仿真結(jié)果

圖4 實驗 3 仿真結(jié)果

圖5 實驗 4 仿真結(jié)果

3.5 結(jié)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(jié)果可以看出：自然疏散速度常量在 1.1～1.34 m/s 取值時，大連站可以滿足 5 000人安全疏散的要求，但實驗1可以在更短的時間內(nèi)完成疏散 4 500 人的任務(wù)，如果發(fā)生的突發(fā)事件危險性比較大，宜采用實驗 1 方案；當(dāng)客流數(shù)超過這一數(shù)值且小于 5 500 人時，若不采取其他措施，則有可能造成旅客的傷亡；當(dāng)客流在 5 500～6 500 人時，所設(shè)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(yùn)行結(jié)果表明，客流群聚效應(yīng)下的人群自然疏散速度常量與疏散時間之間呈現(xiàn)出負(fù)線性關(guān)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(nèi)存在這種現(xiàn)象。

（3）實驗 4 的結(jié)果可以看出：當(dāng)人群密度指數(shù)m在 0.795 4～0.800 0 范圍內(nèi)取值時，對站內(nèi)人數(shù)疏散時間的影響很小，因而在仿真實驗中可以選取0.800 0 作為參數(shù)。

4 結(jié)束語

基于應(yīng)急條件下站內(nèi)人員疏散的重要性，分析了疏散時站內(nèi)人員的行為特征。以大連站為例，結(jié)合疏散速度模型，分別設(shè)計了實驗，利用 SIMIO軟件進(jìn)行了模擬仿真，分析得出當(dāng)站內(nèi)人數(shù)不超過 5 000 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(shù)對疏散時間的影響較小。

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