【《基于行人特征规律的城轨交通应急疏散方案设计》15000字（论文）】

基于行人特征规律的城轨交通应急疏散方案设计摘要近年来，随着城市化进程逐渐加快，城市轨道交通成为市民出行的首选，庞大的客流量和交错的地下空间线路存在很大的安全隐患。如何合理利用站内设备和行人特征来制订疏散方案，这对乘客的生命财产安全具有重大意义。根据国内外城市轨道交通运营多年的经验，发生突发事件时，合理安全的疏散能减少乘客的恐慌，避免造成二次伤害；能够缩短疏散时间，减少乘客生命财产损失。本文根据收集的行人运动数据资料作为基础，运用相关软件搭建了该车站的建筑模型，基于收集的资料研究行人在紧急情况下的行为特征。首先，叙述了城轨交通应急疏散的定义，介绍了其应用场合，体现了应急疏散方案的必要和紧迫性；并根据国内国外疏散标准的差异进行了总结。其次，将处于紧急疏散情境下的行人作为研究目标，概括他们的运动规律和行为特征，采用仿真软件进行验证。最后，对仿真结果进行分析总结。关键词：城市轨道交通，应急疏散，仿真，行人特征，行人心理，火灾目录第一章绪论 11.1研究背景与意义 11.1.1研究背景 11.1.2研究意义 31.2国内外外研究现状 31.2.1国外应急疏散研究现状 31.2.2国内急疏散研究现状 41.3国内外研究现状评述 41.4研究内容及技术路线 51.4.1研究内容 51.4.2技术路线 5第二章城市轨道交通应急疏散概述 72.1事故类型及特点 72.2建筑设备及结构对疏散的影响 72.3城轨交通对疏散的标准要求 82.4车站站台形式 102.5站内设施划分 102.6本章小结 11第三章行人特性及规律分析 133.1行人在正常和紧急下的行为特性 133.1.1行人在正常情况下的特性 133.1.2行人在紧急情况下的特性 143.2环境和心理因素对行为的影响 143.2.1环境因素的影响 153.2.2心理因素的影响 153.2.3社会心理原因 163.3本章小结 17第四章行人运动规律 194.1行人速度特性 194.2人群密度 204.3情绪的影响 214.4本章小结 22第五章运动模型 235.1行人运动模型 235.1.1磁力模型 235.1.2排队论模型 235.1.3元胞自动机模型 245.1.4社会力模型 245.1.5系统动力学模型 255.1.6本章小结 25第六章软件仿真 276.1仿真软件简介 276.2仿真参数取值 316.3仿真指令模块 326.3车站疏散仿真 326.4仿真结果分析 346.5本章小结 35第七章实例 367.1案例概况 367.2事故分析 367.3事故启示 367.4本章小结 37第八章总结与展望 388.1总结 388.1不足 38参考文献 40

第一章绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景地铁是城市交通运输系统的重要组成部分，我国地铁正处于大量建设，快速发展的阶段，城市的地铁系统已经完全进入网络化时代。城市轨道交通是解决城市交通拥挤最为有效的方法，它不像其它仅限制车号的方法，它能一劳永逸的缓解交通压力，而且还提供了一定的就业岗位，对城市的协调发展起到了重要。随着我国经济的快速发展，人们富裕起来的同时也开始重视起出行的方便性和舒适性，所以私家车的数量越来越多，交通的拥堵压力越来越大，最后拥堵再也不可避免。城市人流、物流的疏散，都通过道路来解决，这不符合人流优先要求。当今时代，人的流动要求高效率，轨道交通恰好在这方面效果显著，同时，发展城市轨道交通也是城市均衡、可持续发展的要求。轨道交通有较大的运输能力，单向高峰、小时高峰，轻轨每小时1万～3万人次，地铁每小时3～8万人次，市郊铁路每小时6万～8万人次；有较高的准时性、安全性、舒适性、速达性；能有效节省土地、保护环境；具有较低的社会成本；符合可持续发展战略的要求。由于城市地铁速度快，密度高，设备量大，一旦发生突发事件，会因地铁环境封闭，人员密度高，给疏散造成很大困难。由于国外恐怖势力的影响，恐怖事件爆发地点均选择人流密度大的地区，所以城市轨道交通车站也成为了安全工作的重中之重的地区。随着城市化进程逐渐加快，城市轨道交通成为市民出行的首选，庞大的客流量和交错的地下空间线路存在很大的安全隐患。根据车站的设备情况和行人的运动规律制订合理的疏散方案。根据国内外城市轨道交通运营多年的经验，发生突发事件时，合理安全的疏散方案能减少乘客的恐慌，避免造成二次伤害；能够缩短疏散时间，减少乘客生命财产损失。当紧急事件发生时，将乘客安全迅速的疏散至安全区域，这是运营工作中最重要的事情。表1-1最近20年国内外地铁突发事件Tab.1-1Metroemergenciesathomeandabroadinrecent20years在突发事件下，影响因素众多，不确定性强，使得站内情况复杂，乘客情绪及行为难以预测，乘客出现恐慌后，可能不会听从车站疏散人员引导，发生过激行为，影响疏散工作的进行。基于以上情况，不但要建立安全的疏散方案和疏散路径，还要考虑站内设备的能力和行人的运动特征，最后再进行安全、快速、高效的疏散。1.1.2研究意义根据车站的设备情况和建筑结构，通过数据的分析，对照实际的行人特征规律，采取合理逃生方法，据此提出可行的疏散线路，建立疏散方案，具有以下几个重要意义：=1\*GB2⑴对车站应急方案的完善提供理论支持和参考。=2\*GB2⑵当车站改造时，重点关注改造疏散点，增强其效果作用。=3\*GB2⑶为车站应急工作做执导，提供快速有效的疏散线路，提高疏散效率。1.2国内外外研究现状1.2.1国外应急疏散研究现状国内外对城市轨道交通车站应急疏散行人行为研究大致分为两类。一是通过计算机仿真分析发生突发事件时乘客行为心理的疏散过程；二是根据数学模型直观地对疏散人员行为与分布情况进行动态的观察，对车站的应急疏散能力进行分析。行为分析在发生紧急事件时，行人的行为对疏散起到很大的作用，一定程度上影响着后续疏散的流程和疏散效率。一般行人在接受信息后并作出反应，通常是经过一定的逻辑利害分析及对周围产生影响的综合结果。但在紧急情况下人们会惊慌失措，对事物环境的判断会有一定的误判，会下意识的跟随群体移动，这种行为有利有弊。好的方面会引导更多的乘客逃生，降低伤亡率；弊端也很明显，容易引起踩踏事故，造成二次伤害。仿真模型1、模型把车流及行人流看成一个整体，仅从宏观层面对处于疏散境况中的交通系统进行考量。特点是计算迅速，由于无法描述整个疏散过程中的细节，所以计算结果有偏差。2、微观模型中参数的输入及校正都较困难且计算量大，仍有待完善。典型的有NETVACI。3、中观模型减少微观模型计算量又不减少相关细节。由一个追踪一组车辆行车轨迹的离散方程组成。典型的有DYNEV、I-DYNEV等。4、基于智能技术的模型。随着计算机的发展，采用计算机完成庞大复杂的数据计算成为了新的发展方向，其中大大促进了智能技术的发展。代表有“行人流疏散系统”。1.2.2国内急疏散研究现状虽然国内在疏散方面的基础薄弱，研究比较晚，但还是有不少成果。如罗凌燕.的城市运营地铁站紧急疏散行为特征研究[1]，分析影响行人特征的因素，收集数据，应用相关软件进行统计，得出行人在紧急情况下的行为特征。司雪丽的城市轨道交通换乘站行人流特性与人流量预测研究[2]，运用录像收集了换乘站的人流数据，分析数据后，得出一般情况下的运动规律，预测行人流量，对发生应急情况下车站的疏散提出了策略。何理,钟茂华,史聪灵,等的地铁突发情况下，乘客的行为对疏散过程的影响的调查研究[3]中，应用问卷和统计分析的方法对乘客的行为特征进行了调查分析。1.3国内外研究现状评述从上世纪50年代到现在，国内和国外相关的研究人员，从行人的心理方面、运动特征、大型建筑物的疏散研究、利用计算机编程的仿真，涉及多个学科领域，研究内容越来越靠近现实，理论模型越来越贴近现实。但是，现在的微观研究多采用计算机软件研究，仿真环境、参数、设施等太过单一，无法体现模型应用后车站的实际情况，而宏观研究又体现不出细节问题。现有的最优办法就是把行人运动规律与仿真结合，只有这样才能表现出应急疏散中出现的一些特殊情况。不仅能根据这些数据调整或优化应急疏散方案，还能全面检查，考验车站的应急疏散性能。1.4研究内容及技术路线1.4.1研究内容第一章：绪论。介绍了研究背景和研究意义，总结国内外的研究现状。第二章：研究的基础理论。叙述应急疏散概念，简单介绍了车站站台的一般布置形式及其特点，并且将国内和国外的疏散标准以及相关计算进行了简单的介绍。第三章：概括紧急情况下行人的心理及外在表现特征。对比常用行人微观模型，总结非常情况时乘客的常见反应；第四章：研究行人的宏观规律，总结应急情况下常见的群体的反应；第五章：选取城市轨道交通车站应急疏散模型。第六章：仿真结果及对比；第七章：总结与展1.4.2技术路线图1-1技术路线Figure1-1technicalroute

第二章城市轨道交通应急疏散概述城市轨道车站急疏散是车站内发生突发事件影响车站正常运营，对车站内的乘客生命财产安全有威胁时，站内工作人员组织的客流工作。2.1事故类型及特点=1\*GB3①自然灾害：对城轨车站影响较大，主要有暴雨、地震等。=2\*GB3②事故灾害：主要指设备故障，包括车辆故障、通信设备故障、供电设备故障、信号设备故障等。=3\*GB3③公共卫生事件：例如毒气等事件，没有相关的防化措施，会给乘客造成重大的生命财产安全。=4\*GB3④社会安全事件：恐怖袭击、挟持人质等事件。2.2建筑设备及结构对疏散的影响地铁站大多处于地下空间，发生应急事件时，由于疏散路径比较长，人员密集，进出口较少；如果疏散不及时，疏散效率低，会造成严重后果。根据国内外相关文献，对车站客流时间特征进行分析，由国外突发事件，得出疏散时间是一个很重要的因素，而疏散时间又与站内设施设备和车站结构有关。孔维伟[4]等研究表明：建筑物内部结构和人员行为还有地铁出入口是影响疏散的重要因素。在建筑的结构方面，并结合行人的运动规律，利用该模型详细模拟了在不同出口和内部条件下的疏散过程，获得了不同时刻人员分布状态，找到了不利于人员疏散的位置，分析了这些位置对疏散的影响，这些结果可指导建筑物的疏散设计和突发事件下人员的安全疏散。罗凌燕对车站广播系统对人员疏散影响进行了研究，表明车站广播系统告知紧急情况信息的途径可信度最高。广播系统的的正常运行能辅助乘客做出正确的判断，采取正确的行动，能明显的减少疏散时间。孙亚杰研究地铁站厅闸机设置方式对人员疏散的影响。运用pathfinder疏散软件建立建筑结构仿真模型，对不同的闸机疏散模型进行疏散模拟。结果表明闸机设置方式二疏散效率最高，疏散到安全区域的时间最少，验证了闸机设置方式的合理性。陈子健[5]对侧式站台为研究对象，利用pyrosim软件对地铁火灾进行数值模拟，研究了屏蔽门的开闭模式和机械排烟情况下人员疏散的情况。姚斌[6]等对自动扶梯运行方式对地铁站台人员安全疏散的影响进行了研究，表明扶梯运行方式（上行，下行，停运，反转）对地铁车站内人员疏散由较大影响。利用模拟软件evacnet4对站台向展厅疏散人员进行模拟，并与在不同条件下扶梯输送人流量能力大小进行对比。为站台人员疏散设计和应急预案提供依据。2.3城轨交通对疏散的标准要求1、美国规范疏散时间计算方法[7]美国规范《NFPAI30》[8]中5.5.6.1条规定行人的疏散时间要小于等于四分钟，这是最佳的疏散时间。在该公式应用的环境条件下忽略自动扶梯运行的情况，自动扶梯按普通楼梯计算疏散时间。该规范中也给出了站台层疏散时间计算公式，具体公式如下:Fp=LpC式中:FpLpCpe2、日本规范疏散时间计算方法[9]。日本地铁防火规范9中关于疏散时间的计算，给出了疏散时间的定义，所有的疏散人员从事故区域撤离到安全场所，疏散结束为止所消耗的时间。疏散时间的计算参数主要有两个:步行时间:t=lv滞留时间：T=QN×B（2-3）式中:Q——疏散人数(人);N——流出系数(人/m/s);B——楼梯等的有效宽度(m);NxB——出口处的流出速度(人/s)。3、国内客流疏散时间计算方法。我国《地铁设计规》[10]范第28.2.11条规定:“车站站台公共区的楼梯、自动扶梯、出入口通道，应符合当发生紧急事件时在六分钟内将列车和站台上的乘客安全撤离的安全区域”。按我国规范第28.2.12条规定算,站台层的散时间计算公式为:T=1+Q1+Q式中:“1"——反应时间（min）；Q1Q2AN——扶梯数量(台);AB——人行楼梯宽度(m);N-1——1台损坏不能运行;0.9——折减系数。2.4车站站台形式站台形式不仅影响着站内设施设备的布置位置，而且还影响着疏散路线的选择情况。按站台的布置形式，其中最具有代表性的有岛式站台和侧式站台两种。=1\*GB3①岛式站台，站台位于上下行线路之间。岛式站台是常用的一种站台形式，特点是空间面积利用率高、容易分配上下行客流、方便乘客的换乘、站台空间宽阔等优点。=2\*GB3②侧式站台，站台仅单侧有轨道线路。优点乘客目标性单一，不会错搭乘列车，面积不受轨道限制，可改扩建；但乘客如果想搭乘反方向列车，就必须利用上下楼梯才可以达到目的。2.5站内设施划分车站的设施设备由于功能不同，对乘客运动的影响也不同。根据应急情况下行人疏散行为特征特点[11]，把车站的空间划分为走行设施、乘客集散设施和设施设备连接点。=1\*GB3①走行设施乘客走行通过的设施称为走行设施，包括通道、楼梯、自动扶梯、闸机。它的主要作用是引导乘客出站。乘客在走行设施中目标单一，运动规律较统一。单向通道、楼梯、自动扶梯、闸机都有其规定的方向，双向通道一般会有护栏隔开来，防止人流量过大时交错造成拥堵[12]。=2\*GB3②集散设施站台是供乘客换乘、候车的区域，人流聚散快。一般站台上有引导标识，可引导乘客到安全出口或附近可供换乘的车站街道等；车站地图，提供乘客查询本条线路各站点及换乘站信息。所以，乘客在此停留时间较短，得到信息后就会离开。在紧急情况下，站台是疏散环节的重中之重，客流密度大，必须重点关注。站厅是客流交汇的场所，乘客进出站都在这个区域；客流量大、客流复杂、密度大、流动性强，但由于乘客明确的目标性，前进线路还是有有一定规律的。站厅内设置的各种引导标牌会使人流行成一定规律的客流流线。=3\*GB3③设施连接点设施连接点分为两类，一类是走行设施与走行设施之间的接点，如自动扶梯与闸机之间的连接；另一类是走行设施与集散区域的接点，如自动扶梯与站厅。前一种只是乘客运动的分界点，后一类则是集散区域与多种设施相连接，所以后者在紧急疏散中对客流的分配至关重要。2.6本章小结本章介绍了城轨车站疏散的概念，概括介绍了车站内设施设备的用途及特点。总结了站内突发事件的类型及前人对城轨车站建筑结构及设施设备对应急疏散的影响的研究；对国内外疏散标准进行了对比对后面的模型选择奠定了基础。第三章行人特性及规律分析3.1行人在正常和紧急下的行为特性=1\*GB3①自发的。人的行为是自发的。外界因素影响人的行为，只是人在惊慌，恐惧时的情况下，这种影响更加明显，会做出平时难以理解的行为。=2\*GB3②有原因的。任何一种行为的产生都是有一定原因的。在发生危及自身安全的事件情况下，一般会向周围寻求救援，这是人的自然生存本能所致。=3\*GB3③有目标的。人的行为不是盲目的肯定有理由支持。对自身无用的东西或许对别人有用，反之亦然。=4\*GB3④持久性的。在目的没有达成前是不会停止的，或许减慢速度，或许换种方式，总之目标达成前会一直前进。=5\*GB3⑤可改变的。为了达到目标，行为方式会发生改变。这是因为人的行为具有动机性。3.1.1行人在正常情况下的特性（1）自身体力为动力，一般近距离和低速行走；（2）所占空间很少，通达性很高；（3）受个人支配，不受他人影响，自由选择步行路径和步行位置；（4）速度差值少；（5）追求快捷、希望舒适、保持私密；（6）行人有躲避他人的行为，当有可能与他人撞上时，会自动避免碰撞行为；（7）如果没有熟人，静止的行人会在空间里均匀分布，在有吸引行人的地方，密度会增加；（8）当行人密度增加时，行走速度和步幅会明显减少；（9）一般行人会与障碍物保持一定距离，这种状态与物体的物理特性和行人运动状态有关。例如脏乱的物体行人不由自主的就会远离，行人越匆忙距离越近，行人密度越大，距离越小。（10）即使行人运动方向有些拥挤，行人也不愿意绕道或以低于自身所期望的速度前进，比如在平直道上行走时，没有障碍物，行人运动轨迹接近直线。许多实例表明行人更喜欢最快到达目的地的线路，而不是最短路线。而且行人绕路也考虑到舒适性，所以会以最小的努力达成目标。3.1.2行人在紧急情况下的特性紧急情况一般研究惊恐状态下的行人特性。在惊恐状态下，很容易发生践踏事件，会造成行人死亡或伤亡[13]。紧急情况下行人的特性：行人运动速度会比正常快。会变得很拥挤。倒下受伤的人会成为“障碍物”，导致运动速度进一步降低。行人会有典型的从众行为。紧急逃生出口往往被忽视会利用率低。在进出口会形成堵塞，影响疏散效率。除了平时常用的出入口外，其余安全出口通常得不到充分利用。经常互相推挤，不忌讳相互间的身体接触。3.2环境和心理因素对行为的影响人的行为是复杂多变的，没有任何固定的方式预测当下及未来的情况，而且还具有多样性、目的性、计划性，还受个人心理健康的影响；在此基础上，由于每个人从小所受道德观、世界观、人生观不同程度的影响；个人对外界环境的认知也会不尽相同，因而人的行为表现出差异性。3.2.1环境因素的影响人的行为不仅受内因的作用和影响，还受外因的影响。环境对人也有很大影响。环境变化会影响人的心理，进而影响人的情绪。再者设备在发生故障时，会引起人的心理变化，紧张、慌乱，会使人的操作发生混乱、错误，打乱正常的行为。在轨道交通环境中，行人行为所受客观环境因素主要是各种设备设施，有站台、通道、楼梯、扶梯、闸机、斜坡等。由于人受到地球引力的影响，行人在不同坡度设施上，同一设施不同位置受到的力是不一样的，所以其产生的结果也是不同的。一般情况下行人走平直通道的速度适中，下台阶由于重力影响速度较快，上台阶受重力影响速度较慢。站台：按功能可以分为安全区、候车区、走行区，根据行人在不同区域的的步行速度排列大小，走行区大于安全区和候车区。通道：是行人进出站或换乘的走行径路，在通道中的行走速度一般比较快。楼梯：行人在楼梯上的速度主要受楼梯倾斜角度和台阶的高度这两个因素影响。扶梯：行人在扶梯上大多数都是静止，不会在扶梯上进行移动。闸机：行人受到检票的影响，速度都会变得缓慢。斜坡：行人在坡道上的移动速度与坡度直接相关。总之不同环境中行人的运动速度是会发生变化的，应用模型时要充分考虑模拟的环境。3.2.2心理因素的影响影响人行为的社会心理因素[14]社会知觉对人的影响。一般是指对外部他人的表现行为所做出的认知，通过这些外在的表现得知他人的心理、情感等；还有人际关系，这里很明显有个人的感情参与其中；最后是自我知觉，这过于主观，有些时候客观事实可能会与实际不符，造成错误的观点。=2\*GB2⑵价值观对人的行为的影响价值观是一个人很重要的心理基础，它影响着一个人对外界环境事物的看法和行为表现。=3\*GB2⑶个性心理因素对行为的影响情绪对行为的影响。情绪是每个人都有的，是受客观事物影响的一种外在表现。从安全行为的角度：情绪处于兴奋状态时，人的思维较迅速；处于抑制状态时，思维显得迟缓；当负面情绪出现时，可能会出现过激的危险行为。从众心理，一般说法为“随大流”。就是没有自己的主观想法，跟随一个更多人支持的意见或主意，使自己的行为言论与大部分人保持一致的现象。这种现象一般是被迫的。不这么做的话由于自己与大多数人的意见不一致，感到压力，可能会引起群体人员的嘲笑。3.2.3社会心理原因在应急疏散情况下行人行为特征受到的影响有很多，但大多数取决于心理原因。不同心理因素的影响会使人产生不同的表现。从社会心理原因[15]分析，有以下几点：(1)情况不明。在突发事件中，情况紧急，人们没办法清楚了解事情的源头,所以会有些犹豫，又害怕自己做出什么别人不理解的行为导致受到他人嘲笑。(2)期待暗示，相互误解。在紧急情况下，人们都希望能从其他人哪里得到暗示，提供帮助，大部分人都这么想，这就导致大家都不敢轻举妄动。(3)屈从压力、盲目从众。当发生紧急情况时，没人会轻举妄动，压力倍增，生怕自己的行为引起更为糟糕的后果，所以从众就成了这个时候大部分人逃避的心理现象。(4)责任分担，相互推诿。灾难发生时，周围人都素不相识，在心理上把责任分担给其他人也不会觉得良心难安。(5)怕惹麻烦、危及自身。在紧急事件中，虽然会有帮助他人的心理，但事实上很少会有人把自己的人身安全置之度外，涉及到自身的利益时人们大多会选择旁观，主要还是怕吃力不讨好，怕麻烦。3.3本章小结通过对环境和心理因素的分析，得出行人会做出哪些行为方式。这为研究行人运动规律提供了研究基础，也为后续仿真软件的选择提供了部分依据。

第四章行人运动规律4.1行人速度特性行人速度受性别、年龄、天气、出行目的等的影响[16]。步行速度范围为0.4～1.4m/s；成人一般集中在1.0～1.2m/s；水平路段步行速度一般在0.4～1.4m/s。=1\*GB3①在年龄和性别上，青年由于身体健壮活泼，所以行走的步速比中老年的步速要大大，男性通常都比女性快；=2\*GB3②在出行目的上，换乘行人的步速大于商业区的行人步速大于体闲文娱为目的行人速度；=3\*GB3③心理因素分析，行人出行时，由于人与人，人与周围环境相互交叉，人的注意力提高，引起人的精神紧张，也会引起速度的变化。=4\*GB3④路面状况和周围其他环境下，上坡速度较慢，下坡较快，路面不平整时则会相对较慢。由于行人自身条件及习惯等差异，不同国家行人之间的速度存在一定差异，如表4-1所示。表4-1各国的行人速度调查数据Tab.4-1pedestrianspeedsurveydataofdifferentcountries来源国家/地区平均速度（m/s）标准差（m/s）Fruit(1971)美国1.350.15Hole(1968)美国1.460.20Tregenza(1976)英国1.310.30Older(1968)英国1.300.30Henderson(1971)澳大利亚1.440.23Tanaboon(1986)新加坡1.23-续表4-1Tanarboon(1986)泰国1.22-Lam(1995)香港1.190.26陈然（2005）上海1.24-一般来说，人群密度越大，移动速度越慢。每个人的体型和心理状态都不一样，个体会根据自己所处环境，选择自己认为的最优路线。因为每个人存在速度差，速度差会影响行人在周围环境下的舒适度，随着舒适度的变化，会出现拥挤等现象。由于速度具有方向性，个体的行为也会引起群体的变化。前进方向不同的人可能会发生拥挤，在群体中这很容易造成踩踏事故。4.2人群密度人群密度是人群密集程度的定量表示，单位为人/㎡。国际上常采用的步行人流服务水平标准是Fruin人员密度服务水平评价指标[17]。如下表。表4-2Fruin关于人员行动能力和空间几何尺寸的数据材料Tab.4-2datamaterialsonhumanactionabilityandspacegeometryoffruin人均占据空间面积（㎡/人）行人密度（人/㎡）行人间距（m）行动能力小于0.20.831.2无影响1.21.121.1稍有影响0.91.440.9有较大影响0.73.340.7影响非常严重0.35.00.6停止运动群体的移动速度取决于人群密度，密度越大，速度越慢。当密度到达一定程度后就会变得非常拥挤，导致不能移动。二者的经验关系如下图所示。图4-1人群密度与行走速度的经验关系Figure4-1empiricalrelationshipbetweenpopulationdensityandwalkingspeed由图4-1可以很明显的看出：随着人群密度的增加，行人行走速度成下降趋势。不同学者在低密度时数据的差异较大，但总体来看，他们大体的分析结果一致。由于实验场景等其他因素不同，所以二者关系的曲线也不同，但总体趋势时相同的。4.3情绪的影响人群的情绪及心理状态也会影响到运动速度[18]。同样情况下，情绪不一样，速度表现也不同其速度也表现不一样，Kholshecnikov对情绪与自由速度之间的关系做了系列研究，不同情绪下人群的速度如下表4-3。表4-3不同情绪下的人群自由速度Tab.4-3crowdfreespeedunderdifferentemotions活动分类情绪水平自由速度（m/s）水平通道，门下楼梯上楼梯舒适0.00小于0.85小于0.45安静0.461.110.63比较活跃0.691.510.92很活跃0.712.011.25由表4-3可以看到随着情绪水平的提高，人群速度逐渐增大。4.4本章小结本章总结介绍了国内外学者对人群运动规律的研究，人在不同环境下运动特性不同，速度受其影响；而人群速度与又与疏散时间紧密联系，所以人群运动的速度规律对应急疏散至关重要，这也为之后的仿真提供了参考。第五章运动模型5.1行人运动模型查阅网上的资料可知，虽然可用的运动模型有不少，但都是从以下几个模型进行扩展得到的，其中最代表性和常用的几种模型有磁力模型、气体格子模型、排队论模型、元胞自动机模型和社会力模型等。5.1.1磁力模型在该模型中，行人相当于磁场中的磁体，行人与障碍物相当于磁体的正极，出口或者目的地是磁体的负极，由于磁体存在同斥异吸的自然规律，因此行人受到吸引力会走向出口或目的地。在行人运动的过程中，人与人之间、人与物之间因为是同一磁极，所以它们会相互排斥。磁力模型曾被应用于火灾疏散演练、地铁站候车大厅等行人多且运动复杂的场景中。在火灾疏散模拟中，该模型可以计算逃出建筑物的时间[19]。其缺点也很明显，由于参数都是由实验数据分析得出，没有理论上的统一公式，在现实中的数据验证也比较困难。5.1.2排队论模型排队理论[20]是指研究服务系统在随机需求和随机服务过程中排队现象的一种数学理论。1905年丹麦欧兰(Erkng)最早应用于电话自动交换机设计，主要内容之一是研究等待服务的时间、排队长度和服务时间等变量的概率分布。排队规则分损失制、等待制和混合制。在排队论模型中，行人的运动是基于概率函数，行人按一定的概率到达服务点，获取服务和离开队列。在此模型基础上开发的仿真软件有EVACSIM，主要用于建筑物的疏散仿真。可以模拟排队系统中的瓶颈效应。而且可以计算评估疏散时间。缺点：行人的行为在模型中体现的不太明显，在拥挤环境下不太真实。5.1.3元胞自动机模型元胞自动机是由大量简单一致的个体通过局部联系组成的离散、分散及空间可扩展系统。最早由是由计算机之父冯·诺依曼为了模拟生命系统所具有的自复制功能而提出来的。因为这种简单的模型可以模拟出观察困难的复杂规律和动态变化过程中的复杂现象，这种模型想已经应用到建筑物人员疏散和交通流分析建模上。元胞自动机[21]采用离散的空间布局和离散的时间间隔，将元胞分成有限种状态，元胞个体状态的演变仅与其当前状态以及其某个局部邻域的状态有关。元胞自动机以计算机建模和仿真的方法，研究生物细胞所组成的复杂系统的规律。L-系统、有限凝聚扩散、格子气自动机、格子Boltzmann方法、交通流模型等都是元胞自动机的具体化，它们都有着重要的理论意义和实际应用价值。元胞自动机方法是研究复杂系统的有力工具，是新方法、新学科的重要生长点[22]。在应用中，针对有实际意义的模型进行了增添和删减，加入一些对模拟有用的参数，删除不需要的部分，这种修改使得模型更佳的符合实际情况。在模拟大人群疏散下的情况时，可以添加一些除环境以外的影响因素，这样会更接近真实的疏散情况。5.1.4社会力模型Anders和Helbing等人提出了社会力模型概念[23]，该模型以牛顿力学为基础，假设存在一种“社会力”，由牛顿第一定律可知，行人在这种“力”的作用下产生运动。在模型中，通过行人运动的受力分析，社会力可分解为三种力，即驱动力、行人之间的排斥力和人与围栏、柱子、墙等之间的作用力，它们的合力产生一个加速度，使得行人运动。其中驱动力是自身行为所产生的影响，这种行为影响放大了行人的运动欲望，这说明了人们都想以自己认为的最快方式前往目标点。每个人相互之间所产生的力是人为了保持自身所处环境的舒适度产生的。障碍物产生的排斥力对人也有影响，比如护栏等。社会力模型和数学的结合，使得用数学数据分析的方法更直观的体现了在复杂情况下的疏散情况，它所拥有的连续特征能精准的描述许多层次下的力，所以结果更真实，接近现实数据。因为社会力模型描述的数据情况接近现实，所以它是所有模型里最符合行人疏散时的运动情况。因为它考虑的参数因素过多，所以它的缺点在于计算量太大。5.1.5系统动力学模型系统动力学模型[24](系统动态)是研究现实众多重要科研等方面的工具，对比其他模型，它的优点也逐渐显现出来。自从问世以来，应用不仅仅局限在于某个或某几个单一范围内。系统动力学对问题的解析是其自身行为与其所拥有的机制，进行一系列的数学数据计算得出的结果，因果关系引起事物变化的这一过程在系统动力学中规定为结构。系统动力学中有五种基本的方程式，分别有（R、N、S、C、N）方程式。但其优缺点也很明显：公式建模非常复杂。优点：但模拟精确，能较真实的反应实际情况。5.1.6本章小结本章对应急疏散常用行人运动模型及国内外常用算法进行简介，比较其优缺点，通过第三章的的行人运动规律，选取了合适的仿真软件；为下章行人运动规律的仿真提供了依据。

第六章软件仿真6.1仿真软件简介随着计算机技术的发展，出现了不同的仿真软件，目前比较常用的软件有Legion,STEPS,SimWalk以及AnyLogic，不同的软件其应用的行人流微观模型有所不同，见表6-1。表6-1仿真软件对比表Tab.6-1comparisontableofsimulationsoftware软件名称建模方法出品公司国家Legion元胞自动机模型CrowdDynaicsLimited英国STEPS元胞自动机模型SimWalk基于社会力模型的势场模型SavannahSimulationsAG瑞士AnyLogic社会力模型XJTechnologiesCompanyLtd俄罗斯AnyLogic，是一款应用广泛的仿真的工具[25]。它的应用领域范围巨大，涉及实际生活中的各个领域，只要涉及人员和物体的疏散和运送路径，它都可以模拟；例如火灾模拟，建筑物疏散路线的规划都有涉及。在这款软件中，可以加入GIS地图，使得坐标与经纬度有了联系，使得数据更加的真实，对仿真结果的参考价值大大增强。除了地图元素外，还支持CAD绘图导入功能，这大大简化了模型的建立难度，用户可以加入一些任何形状的矢量图，选择可见层比例，还可以在运行过程中控制这些属性。Anylogic中还包含有八个实验框架：仿真实验、优化实验、参数变动实验、比较运行实验、蒙特卡罗实验、敏感度分析实验、校准实验、自定义实验，每个实验框架各具特点，用户可以任意选择自身需要的来建立模型。在Anylogic平台的基础上，主要有以下三种常规建模方法：=1\*GB3①离散建模在AnyLogic中，我们观察的大部分过程都是连续变化的，但是当我们需要分析某个事件的过程时，只想对其某一瞬间发生的事进行研究。用这些一个个瞬间发生的事件来接近现实世界的建模方式为离散建模。=2\*GB3②连续建模在AnyLogic中，离散逻辑关系可以用其他许多模块描述。这些模块所组成的变量可以与外面其他对象模块连接。=3\*GB3③混合建模AnyLogic混合建模的特点体现在混合状态图上。在混合状态图中，用户可以将不同模块与图中的状态图模块结合起来分析，其实就是多个小模型组合在一起，形成功能更为齐全的大模型。为了方便研究行人行为特征，利用社会力模型对行人运动进行描述，本文选取AnyLogic软件进行应急情况下行人疏散仿真。AnyLogic是唯一将系统动力学模型组件与基于智能体和离散事件开发的模型组件相结合的工具。行人仿真主要依靠行人库实现。行人库中的对象分为全局参数设置对象、环境对象、行人对象和人群对象。在进行行人对象设置时，主要利用的微观模型是社会力模型。AnyLogic中的行人仿真建模包括环境建立、创建行为流程图、运行仿真和结果分析。环境对象是指车站的仿真模拟的环境，有障碍物，车站设备，不同的运营区域等。流程图用于定义行人的行为，主要包括行人的生成和运动线路，流程图建立方法是双击任意一个应用的模块，然后用鼠标将其拖到工作界面之中，之后再点击选择的模块，对该模块进行所需数据的设定，最后将多个模块连接起来，形成一个流程。利用AnyLogic仿真的工作界面如图6-1所示。图6-1AnyLogic工作界面Figure6-1anylogicworkinterface它的优点主要体现在以下几个方面=1\*GB3①真实。AnyLogic模型中的行人按照仿真的物理规则移动，它会与周围的墙壁、自动扶梯等物体或者障碍物相互作用。用户可以提前设定模型中行人的参数。=2\*GB3②AnyLogic中的行人按照社会力模型移动。他们会选择最短路线前进，还会避开障碍物，但行人之间的碰撞还是正式存在的。=3\*GB3③数据实时显示，方便。在行人疏散的模拟中，可以添加一个行人密度图，设定其最高密度的数据，开始模拟后，会在图上显示颜色深度，颜色的深度代表不同的行人密度，这能更为直观的观察模拟行人的疏散情况。6.2仿真参数取值=1\*GB3①行人参数根据国内外学者的研究，以圆形代表行人个体，粒子的直径采用0.4～0.5m，行人质量选取50～70kg，运动的初始速度取0.6～0.7m，期望速度通道内取1.25～1.45m/s[26]。=2\*GB3②车站环境用不同模块创建行人的运动空间区域，不同区域的数值设定根据资料设定，各个出入口的闸机组闭合情况，在应急疏散疏散时全部为开放状态，用围墙和矩形阴影部分来划分行人的不能到达地区，在出口处用目标线绘制终点。绘制后的车站结构如图6-2所示图6-2车站结构搭建Figure6-2constructionofstationstructure=3\*GB3③疏散人员构成地铁4号线列车整列车额定载员1468人，最大载员为1880人，坐席240人。地铁5号线整列车额定载员1460人，最大载员为2062人。忽略通道内及购票和安检乘客，据此模拟车站需疏散的行人数量。6.3仿真指令模块首先建立模型，选择存储位置，模型建立完成后点击面板，点击行人库，鼠标拖动行人生成模块，设置行人模块的详细参数，如行人类型、初始速度（m/s）、舒适速度(m/s)、行人直径等(m)；行人生成模块后连接等待模块，设置行人需要等待的区域，等待的时间等；再连接去向模块，指定行人索取的地方；最后连接消失模块，让行人再指定区域位置消失。如有多个行人生成区域，可以使用集合，设置集合类、元素类，这样简洁起到节约模块，高效率作用。6.3车站疏散仿真下面进行仿真建模，客流源点包括4号线站台、5号线站台。流程如图6-3所示.图6-3流程图Figure6-3flowchart图6-4客流疏散流程Figure6-4passengerevacuationprocess点击按钮进行仿真，如图6-5所示，疏散前期4、5号线站台上的乘客能够顺利到达出口。随着时间的变化，如图6-6行人密度图所示。图6-5车站疏散仿真Figure6-5stationevacuationsimulation图6-6行人密度图Figure6-6pedestriandensitymap6.4仿真结果分析由仿真结果可以看出，在紧急情况下，拐角会变得很拥挤，这是因为每个人都会选择距离自身最近路径导致的；人群密度越大，移动速度越慢。由于每个人的身体和心理状态都是不同的，一般情况下每个人会根据自己所处环境，选择自己认为的最优路线。当行人之间的速度差异较大时容易引起碰撞和拥挤现象，而且在仿真过程中的行人都是以线性两三个走的，这是因为软件规则之中加入了社会力模型。在仿真模拟过程中，还发现存在个体经常互相推挤，不忌讳相互间的身体接触现象；还会在进出口会形成堵塞，影响疏散效率，这在闸机组处较为明显。拥挤主要是以下几个方面原因决定的：=1\*GB3①仿真考虑的是理想状态，认为所有乘客都按照规划的路径疏散，都选择距离自己最短的路径，但仍存在个别乘客会不按照最短路线前进的情况，这会影响到其他乘客的前进路径，产生碰撞，导致拥挤。=2\*GB3②仿真考虑的个体速度与实际存在差异。并不是每个人的初速度和前进速度都是一样的，有快的有慢的。=3\*GB3③因为搭建车站的物理环境，设施连接位置及角度与实际存在差异，因此出现了局部较为严重的拥挤现象。6.5本章小结本章选择某地铁车站，对车站不同设施处的行人运动特征进行了仿真验证，对行人的特征进行了分析，对特征所引起的行为进行了仿真，验证了结论。

第七章实例7.1案例概况2003年2月18日，韩国大阪市地铁中央路站发生火灾，造成198人死亡，146人受伤。当时列车车厢起火后，电力系统自动断电，没有了照明；而且因为断电车门也打不开。由于车内没有灭火器，导致大火迅速蔓延，并波及到了另一列刚进站的列车，最后两辆列车都被浓烟和大火包围。7.2事故分析=1\*GB3①安全设施不足尽管安装了喷淋装置和排烟装置，但在超出常态的大火情况下，这些装置的能力还是存在不足。切断电源后，应急照明灯也没有亮起。车内座位等都为易燃材料，而且燃烧时释放有毒气体，再加上通风装置的能力不足，最终大部分乘客都是窒息死亡。=2\*GB3②工作人员应对措施不当两名列车驾驶员没有及时采取灭火措施，也没有及时引导疏散。工作人员没有及时观察监控画面，没有及时下达停止指令，使得发生火灾的列车进站导致火势进一步蔓延。7.3事故启示当发生紧急情况时，不要慌张，要听从人员的指示和安排疏散。最为重要的是站内设备的能力要充足，要有能在特殊情况下还能保持大的工作能力；加强对站内工作人员的培训和安全演练。7.4本章小结举例了城轨交通发生火灾时，所造成的严重后果，以及工作人员所采取的措施，对预防事故的启示。第八章总结与展望8.1总结本文以城市轨道交通车站应急疏散行人下的行为特征为研究内容，分析了城市轨道交通车站应急疏散活动的影响因素，建立了车站的应急疏散模型及疏散路径。具体包括以下内容：=1\*GB3①对车站的应急疏散问题进行了描述，叙述了应急疏散的定义，对国内国外应急疏散标准的差异进行对比和总结。=2\*GB3②对应急疏散状态下车站内行人行为及运动规律进行了仿真模拟。分析了行人行为的影响因素，对乘客行为进行分析，从环境和心理两个方面对行人运动规律进行了研究，总结了在一般应急疏散情况下乘客和群体的反应。=3\*GB3③建立了车站应急疏散模型。当发生突发事件时，处于不同位置的乘客选择不同的疏散路径，怎样快速安全的疏散到安全区域。分析了影响疏散的主要关键点。8.1不足由于查询资料范围和个人知识储备，本文还存在以下问题：=1\*GB3①本文总结的行人心理活动所产生的行为只是一部分，人的心理活动是复杂多变的。本文只是固定假设了每个人当前只