摘 要

交通运输是国民经济以及社会发展的基础。随着人们生活质量和娱乐休闲水平的提高，人们的出行需求也相应的增加。由于国内的交通基础设施与运输网络并不齐全，交通拥堵问题非常严重。国家正在逐步推动综合交通运输体系的发展与完善，其中城市轨道交通在城市旅客运输中发挥着十分重要的作用。由于地铁具有运输能力大，速度较快的特点，且有利于缓解地面交通堵塞的问题，地铁正日益成为城市居民出行的首要选择。武汉作为连接各大城市的交汇中心，是铁路运输网络中的枢纽，是综合运输体系中的支撑点。武汉火车站地铁站作为武汉地铁线路中非常重要的一个车站，客流量大，环境封闭，一旦发生突发事件，如果不能妥善的处置与应对，所造成的损失是无法弥补的。鉴于传统的离散模型，没有考虑现实生活中人群的疏散行为，以及与周围环境的交互问题，本文通过建立武汉火车站地铁站模型，结合人群疏散的相关影响因素，考虑人群疏散的心理与行为因素，运用Anylogic软件来进行人群疏散仿真模拟，得到不同时段的人群疏散时间，并且通过分析仿真疏散过程的问题，结合实际情况，提出一些相关建议，以此来减少突发事件下人员伤亡与财产的损失，对武汉火车站地铁站的动线布置与应急措施，具有一定的借鉴意义。

关键词：武汉火车站地铁站；突发事件；人群疏散；Anylogic仿真

Abstract

Transportation is the foundation of national economy and social development. With the improvement of people's quality of life and level of entertainment and leisure, people's travel demand also increases correspondingly. Because of the incomplete transportation infrastructure and network in China, traffic congestion is very serious. The state is gradually promoting the development and improvement of comprehensive transportation system, in which urban rail transit plays a very important role in urban passenger transport. Metro is becoming the first choice for urban residents to travel because of its large transport capacity, fast speed, and conducive to alleviating the problem of traffic congestion on the ground. As an intersection center connecting major cities, Wuhan is the hub of railway transportation network and the support point of comprehensive transportation system. As a very important station in Wuhan Metro line, Wuhan Railway Station Metro Station has a large passenger flow and a closed environment. Once an emergency occurs, if it can not be properly handled and dealt with, the losses will be irreparable. In view of the traditional discrete model, people's evacuation behavior in real life and interaction with the surrounding environment are not considered. This paper establishes the subway station model of Wuhan Railway Station, combines the related factors of crowd evacuation, considers the psychological and behavioral factors of crowd evacuation, uses Anylogic software to simulate crowd evacuation, obtains crowd evacuation time in different periods, and through analyzing the problems of simulation evacuation process and combining with the actual situation, puts forward some relevant suggestions, so as to reduce the number of people evacuation. The casualties and property losses caused by unexpected incidents can be used for reference in the layout of moving lines and emergency measures of Wuhan Railway Station.

Keywords:Wuhan railway station and subway station；Emergency；Crowd evacuation；Anylogic simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.3研究内容及技术路线 4

第2章 地铁站安全疏散影响因素 6

2.1人群疏散的基本因素 6

2.1.1人群速度 6

2.1.2人群密度 6

2.1.3地铁站设施布置 6

2.2人群流动的心理因素 6

2.2.1聚集状态下人群的心理因素 7

2.2.2紧张恐慌下人群的心理因素 7

2.3人群流动的行为因素 7

2.3.1疏散过程中的相互作用 7

2.3.2从众行为 8

2.3.3疏散前的个体行为 8

2.3.4再返回行为 8

2.4地铁突发事件类型 8

2.4.1火灾事故 8

2.4.2地铁脱轨撞击事故 9

2.4.3地铁恐怖袭击事故 9

第3章 地铁站安全疏散仿真建模 10

3.1地铁站基本情况 10

3.2人群疏散建模方法简介 10

3.3 Anylogic软件简介 11

3.4环境与人物建模 11

3.5突发事件下参数的设定 13

第4章 仿真模型结果分析 14

4.1人群疏散仿真运行密度变化 14

4.2人群疏散仿真改进与分析 15

4.3仿真结果分析 17

4.4人群疏散建议 17

第5章 结论与展望 19

5.1结论 19

5.2展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1研究背景

交通运输在我国经济发展中具有支撑性、前沿性、战略性的作用。随着经济的发展，国家大力推动构建综合交通运输体系，火车站地铁站作为人员输送主要途径，承担着缓解交通压力，完成旅客运输的重要作用。随着沪汉蓉建立的快速运输通道和京广高铁的全线畅通，以武汉铁路为枢纽的运输网络逐渐形成。截止2019年4月，武汉地铁总里程达到318公里，拥有9条正在运营的线路。武汉轨道交通日均客运量超过300万乘次，同时最高日客运量达445.62万乘次，承载了全市40%的公共交通客运量。由于地铁站火车站环境相对封闭，空间狭小，人群密集。在紧急情况发生时，如果乘客不能第一时间疏散，会造成巨大的财产损失与人员伤亡，其后果是不堪想象的。国家《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》更是强调要加强安全应急保障体系建设，加强安全监管。近几十年来，火车站地铁站安全事故时有发生，不但造成经济损失，更会造成人员伤亡，在紧急情况下，人群的安全疏散有利于减少财产损失，提高人群逃生的概率。因此需要我们引起对于火车站地铁站突发事件下人群紧急疏散的重视。

根据交通运输部数据，截止2018年底，我国拥有轨道交通车站3412个，新增362个，营运车辆达到34012辆，同比增长18.5%。从2014年到2018年，轨道交通运输车辆由17300辆增长到34012，城市轨道交通蓬勃发展。其中地铁线路143条，4726.5公里，轨道交通承担城市客运量同比增长15.4%。地铁在解决城市交通问题方面有着非常重要的作用，能够避免城市地面拥挤，还可以充分利用空间，在环境保护方面可以减少噪音，节约资源，地铁运送旅客量大，运送速度快，在城市交通中占据着越来越重要的作用。

因为对于火车站地铁站的应急疏散模拟比较困难，难以组织起大量的人员实地进行疏散模拟，一方面难以到达突发事件下人群的真实反应情况，另一方面实地模拟不仅耗时耗力，而且费用很高。所以现在对于应急疏散大多都是通过电脑仿真模拟，通过不同的软件，将人的心理行为因素以及周围环境设置成各种参数来达到对于火车站地铁站紧急情况下人群疏散的分析研究。目前，针对人群紧急疏散仿真模拟的方法，主要有元胞自动机、社会力模型、格子气模型和流体动力学模型。本文通过武汉火车站地铁站具体情况及应急疏散流程，结合相关设施设备、人员心理因素等多方面，利用Anylogic模拟武汉火车站地铁站人群应急疏散过程，分析疏散过程中的问题，提出提高疏散效率的改进策略。对于应对突发事件，增加人员逃生机会，提高人群疏散效率具有一定的借鉴意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

国内的一些学者利用Anylogic软件来模拟仿真人群疏散，其中黄文成、帅斌^[1]等人实地采集车站设备，列车以及行人的信息，通过软件分析，得到车辆发车间隔，进出站客流信息等数据，通过Anylogic软件建模与仿真，得到楼梯宽度为2.8 m时对客流换乘疏散最有利。蔡湧和赵蕾^[2]运用Anylogic仿真软件，建立了人员疏散时间的模型，通过对不同的个体以及环境对于个体的影响因素，来指出地铁站的一些布局框架的不合理。

一些学者基于元胞自动机模型来模拟人群疏散，其中郭细伟^[3]在元胞自动机模型基础上进行改进,建立了基于动力学的人群疏散仿真模型。用相关因素来表达行人在疏散建筑的位置,将人群疏散的空间状态准确的表达出来。卢文龙^[4]结合相关车站，通过采集车站建筑结构等信息，将人群疏散的空间分隔开来，进而引入不同的空间状态来表达和模拟行人的行为，提出城市轨道人群疏散模型。

一些学者基于社会力模型或者基于Agent来模拟人群疏散，郭来军和王庆福^[5] 基于发生火灾时的特点，建立了一种火灾时人群应急疏散模型，更加真实的模拟疏散时人群的速度，行为等特征。徐华^[6]等人根据在应急疏散过程中不同地点的人员密度,计算Agent的疏散速度，构建三维巷道和人员模型仿真虚拟场景,进行应急疏散可视化模拟仿真,并对仿真结果进行评估分析。

另外还有一些学者研究人群疏散优化策略，例如：刘鹏、刘弘等人^[7] 针对疏散群体中个体集群的特点及现有研究方法中存在的代价很高、仿真程度不够、缺乏对疏散人群的行为研究的不足,提出了基于优化萤火虫算法的人群集聚选择出口路径的方法。陈一洲和尹浩东等人^[8]在寻求最短疏散时间的基础上，考虑到不同地点的受灾因素，运用C语言编译程序以及使用Visual studio 2013平台,建立优化模型。唐飞和何清^[9]等人根据地铁站内部环境，人群疏散特点，以及疏散通道的影响，运用人员疏散模拟软件Pathfinder进行仿真，优化人群的疏散路径，节省了时间。张茜^[10]通过对行人可视范围以及行人期望的因素影响，构建了多出口路径下人群疏散模型。

1.2.2国外研究现状

国外的一些学者基于社会力模型，进行人群疏散的研究。Jiahui Wan和Jie Sui^[11]等人利用社会力模型的基本理论，结合高斯烟团模型，提出了一种地铁车站环境中恐惧人群疏散模拟方法。建立了适合突发性有毒气体事件的综合社会力模型。该模型还可用于演示疏散过程中的一些个人行为，如竞争、分组和放牧。Xiaoxia Yang和Hairong Dong^[12]等人为了更好地反映紧急情况下行人的行为特征，提出了基于社会力模型的行人疏散改进方法。具体来说，该模型可用于地铁站、体育场等大型公共场所的人群疏散研究。通过将其密度-速度和密度-流量图与基础图进行明确比较，验证了该引导人群模型。在仿真过程中观察到了集中、平衡、拥挤等社会现象，进一步说明了该建模方法的有效性。Xiaoping Zheng和Wei Li^[13]等人提出了一个单元自动机模型来模拟疏散过程。该模型定义了一个楼层场，并考虑了出口的选择和社会力的影响。仿真结果表明，该模型对行人动力学的仿真是有效的。总疏散时间和某一区域内行人堵塞程度都是疏散进度和疏散效率的指标。针对这两个指标，对隔墙的疏散设计提出了一些看法：（1）改变隔墙的长度可以减少疏散时间，但也可能在一定的区域内造成严重的行人堵塞，造成潜在的伤害；（2）事先考虑疏散。离子时间、隔墙的长度应适量选择，以减少行人的拥挤。

一些学者通过疏散中人员的心理因素、行为因素来研究人群疏散。Ruggiero Lovreglio和Achille Fonzone^[14]等人认为良好的行为模式有助于提高交通系统和建筑在火灾或恐怖袭击等极端情况下的安全性。与其他决策者的互动会影响人类的行为，但疏散过程中社会影响的作用仍有待研究。通过分析出口选择中的羊群行为（HB）的发生，有助于填补这一空白。文中给出了HB的理论解释，并给出了HB相关领域的一些建模方法。然后进行了离散选择-陈述偏好实验，研究了HB在疏散过程中出口选择决策过程中的作用。提出了一个二元逻辑模型，表明受环境因素和个人因素的影响。特别是，该模型表明，个人对出口的倾向在选择退出中起着关键作用。F.Z. Huo和W.G. Song^[15]等人研究发现，在紧急情况下，地下建筑的行人疏散受建筑物结构、行人运动特征和紧急事件严重性的影响，因此进行疏散演练和问卷调查。讨论了人员疏散行为的特点，分析了每个疏散地点中的疏散时间和具体步骤。揭示了不平衡出口选择的现象。GE Xiao-xia和Dong Wei^[16]等人对地铁人群疏散的心理行为进行研究，通过地铁疏散仿真时乘客填写的调查问卷，然后，研究了疏散前和疏散阶段的心理反应、行为特征，并提出了影响疏散的关键因素。结果表明，轻微的紧张是主要心理状态的主要状态。羊群行为和熟悉度下降，年龄、性别和经验是影响疏散结果的关键因素。

一些国外学者通过运动特征与参数，如疏散时间、密度等因素来研究人群疏散。Zhi-Ming Fang和Wei-Guo Song^[17]等人在一栋八层高层建筑的楼梯间进行了疏散实验。通过摄像机记录了楼梯间的疏散过程。根据记录数据提取了一些典型的运动特征和参数。结果表明，下行速度由三个方面决定：楼梯入口缓冲区的合流行为、参与者的强度和楼梯间的可见度。Congling Shi和Maohua Zhong^[18]等人对地铁车站疏散安全策略进行了研究和建立，包括需要疏散的人员、疏散路线和安全区域。提出了地铁站人群疏散时间的计算方法。以实验数据为基础，采用基于个体的模型对不同火灾情况下的疏散过程进行了模拟，研究了人员疏散行为的特点、疏散时间、疏散路径的速度以及自动扶梯作为疏散路径的策略。Wenjun Lei和Angui Li^[19]等人对大型公交枢纽地铁站行人疏散过程进行了仿真研究。不同疏散情况下采取不同模型。详细研究了乘客密度、路径宽度和闸机检票口对疏散时间的影响。结果表明，随着人员密度的增加，疏散效率下降。人员密度与疏散时间呈线性关系。

1.3研究内容及技术路线

本文的技术路线图如图1.1所示：

结论与展望

武汉火车站地铁站疏散建议

建立人群疏散仿真模型

根据影响因素及实际情况设置模型参数

人群疏散行为因素

人群疏散基本因素

人群疏散心理因素

武汉火车站地铁站人群疏散影响因素

绪论

图1.1 技术路线图

本文运用Anylogic软件，结合影响人群疏散的相关因素，对于武汉火车站地铁站进行仿真模拟，通过分析软件运行结果，提出改进方案与疏散建议，对于武汉火车站地铁站应急疏散方案与动线布置具有一定的借鉴意义。内容具体分为五点：

（1）绪论：介绍了人群应急疏散的研究背景与意义，叙述本文的研究内容，对于国内外研究现状进行了阐述。

（2）地铁站安全疏散影响因素：分析了影响地铁安全疏散的相关因素，包括人群疏散的基本因素，行人的心理因素和行为状态，以及地铁事件类型。

（3）地铁站安全疏散仿真建模：介绍了地铁站的基本情况与相关建模方法。对一些参数进行设定，并且对于环境和人物进行仿真建模。

（4）仿真模型结果分析：对于模型运行结果进行分析，根据分析结论对于方案进行改进，提高人群疏散效率，提出人群疏散相关建议。

（5）结论与展望：对于地铁站应急疏散的结果进行阐述，提出一些人群疏散应急方案建议，对于武汉火车站地铁站的动线布置具有一定的借鉴意义。