结合仿真的城市轨道交通换乘枢纽疏散方案设计方法及评价研究

1引言

1.1研究背景

随着我国经济的不断发展，城市人口密度的不断增大，地面交通运输压力与曰俱增，城市轨道交通由于其大运量、快捷、安全、舒适、准时的特性，正逐步成为各大城市缓解城市运输压力的重要手段之一。

我国自1969年10月1日在北京投入建成运营第一条地铁线路以来，各大城市均相继建设不同规模的轨道交通网络，北京、天津、上海、广州等余10个城市分别投入建设了各自的轨道交通线网，其中以北上广三地的轨道交通发展最为迅速，线网规模最为突出，平均以30m/年至40m/年建设速度在建设城市轨道线网。目前，北京已有18条运营线路，318座运营车站，47座换乘车站，527千米运营里程，日载客峰值1105.52万人次，预计在2021年北京地铁总里程将超1000公里。部分城市轨道交通建设情况如表1-1所示。

地铁车站内人群密度大，建筑结构复杂，空间封闭且与地面距离较远，因而一旦发生火灾等突发事件，伤亡情况惨重。尤其在地铁换乘枢纽，由于客流量巨大，换乘客流冲突多，流向分布不均勾，出站线路复杂，发生危险时，安全疏散的难度更大。激增的客流量与换乘站有限容纳能力之间造成的矛盾也为地铁站内疏散带来了更多隐患。如今的北京地铁，乘客往往在髙峰时段寸步难移。一旦发生危险，乘客往往会由于身体或心理问题失去理性，造成车站疏散混乱，难以控制。即便车站采取了各种安保和安全疏散措施，引进运用新型技术手段以降低事故发生的概率，却仍然无法避免突发事故的发生。因此，如何安全快速的疏散换乘站内大量乘客成为保证地铁安全运行的重要难题。

1.2研究意义

（1）地铁事故造成伤亡的情况频频出现，没能做好疏散是伤亡加剧的原因之一。不同换乘枢纽需要不同的组织策略，各个车站缺少明确有针对性的疏散方案，车站疏散能力利用率低，降低了站内人员的逃生效率。因此，探究出一套适用的轨道换乘枢纽疏散方案设计方法满足了未来发展的迫切需求。

（2）轨道换乘枢纽结构复杂、出口多、流量大，一旦发生紧急情况，疏散更为困难。现有疏散方案往往只给出指导性的疏散提议，不能切实的解决换乘枢纽大客流的疏散问题。换乘枢纽疏散方案设计需要向精细化、局部化、流程化转变，疏散方案设计方法也是未来换乘枢纽运营配套的必然要求。

（3）换乘枢纽内各种人员的行为难以预测，乘客可能因为过于慌乱而不听从疏散指挥，与其他乘客发生挤贈，多样的行为会给疏散带来不可预料的灾难。本研究以疏散人员的行为特征、生理及心理作用为基础，制定有序的疏散方案设计方法，有利于人员组织，使疏散更为人性化。

（4）疏散是一个动态过程，不仅无法试验，且缺乏真实的疏散数据。通过仿真来还原疏散方案，验证疏散方案可行性是一个科学的研究过程。直观观察疏散方案全过程，有助于检测方案结果、评价方案效果、优化疏散方案等，这为轨道交通换乘枢纽疏散方案的设计提供了支持。

2安全疏散影响因素讨论分析

2.1疏散人员特性分析

2.1.1疏散人员生理特征

（1）年龄

年龄对疏散人员的影响主要体现在两个方面，一方面是不同年龄的疏散人员走行速度有着较大差异。有研究表明，儿童与老人在疏散中的步行速度较低，混迹在于人群中疏散时，它们还会降低整体的疏散速度，而且儿童和老人都属于弱势群体，易在混乱中受到伤害。

另一方面则是其认知、感知危险的能力也有所不同，造成其逃生概率存在差异。根据对建筑物火灾中的研究表明，25-34岁的人员逃生概率最高，而小于5岁和大于65岁的人员在火灾疏散中逃生概率最低.

对于轨道交通乘客来说，高峰时段的乘客以通勤人员为主，老人和儿童占有的比例较小。因此，年龄的影响也就相对较小，老人和儿童对于人群行进速度的影响也是有限的，相比道路中行人交通来说，年龄对于轨道交通换乘枢纽中疏散速度的影响不会很大。

（2）性别

男性与女性在疏散时的行为有明显不同。在对建筑物火灾疏散中人员行为研究结果中可以看到，不同性别的疏散人员作出的反应是不同的。表也给出了一份研究的调查结果。

女性天生有较强的依赖性，因而女性在火灾疏散中往往倾向于求救，通知别人或打火警电话寻求帮助，同时大多女性会选择在原地等待救援或尽力按指示逃离现场。男性的行为更为主动，表现为想办法灭火、搜寻灾中的人及进行营救等。

2.2站内集散设施特征分析

2.2.1站台

轨道换乘枢纽中的站台一般位于轨道站站的地下二层及以下或是地上二层。站台的位置并不固定，站台的个数也因换乘枢纽而定。站台是轨道枢纽站重要的组成部分，是疏散的源头。乘客在站台上完成了上下列车、候车的任务。站台具有容纳、导流、疏散的功能。站台常分为三个区域：安全区、候车区和走行区。三个区域中，走行区是乘客进出站台的通道，走行区内的乘客步行速度最快，其次是安全区和候车区。站台型式主要有以下类岛式站台、侧式站台和岛、侧混合式站台，这里不过多介绍。

站台上所能容纳的人员是有限的，过多的人流量必然是站台无法承受的，更不要提疏散。如果按照《城市轨道交通工程设计规范》地方标准要求计算，一个站台满员最多也不能超过7500人。在疏散过程中，站台是换乘枢纽中最大的人员集散地。一旦开始疏散，最需疏散的人员就是站台上和到站列车中的人员。很多枢纽中的站台不但是疏散的源头也是疏散人员逃生的必经之路。站台面积较大，在此区域上，疏散人流如果没有得到合理的引导，会造成大量的冲突，无序疏散。

2.2.2站厅

站厅是乘客集散的主要区域，主要为乘客提供进出站服务，引导乘客分流、换乘轨道交通枢纽的规模和形式都会造就不同规模的站厅，一般大型的轨道交通换乘枢纽都有专门的站厅层为乘客提供进出站、购票、咨询等服务，空间空闲的还可以提供商业设施。一些老旧车站站厅层由于空间有限，只能完成其中一部分服务。站厅内通常设有售票口，自动售票机，自动检票机等设备。不同的站台形式导致站厅形式也有所不同。

在疏散中，站厅承担了较重的疏散工作。通常，站厅层是轨道交通换乘枢纽中，人员疏散的必经之路，站厅层的疏散流线组织不好，会延缓其他层人员的疏散速度，导致疏散整体时间延长。站厅层中，往往一些与其相连的通道入口、楼梯入口会成为疏散过程中的瓶颈点。

3疏散方案设计方法............17

3.1概述.......17

3.1.1方案设计原则.........17

4结合LEGION仿真软件的复兴门换乘枢纽高峰时段疏散方案设计........37

5疏散方案仿真结果评价及方案优化............69

5.1疏散时间评价........69

5疏散方案仿真结果评价及方案优化

5.1疏散时间评价

疏散时间是衡量方案可行性的综合评价指标，是验证疏散方案设计合理性最根本的评价指标。如果设计的疏散方案不能达到疏散时间指标要求，则需要重新设计。在上述复兴门换乘枢纽的疏散方案集中，各个方案的疏散时间如表5-1所示。方案1-1由于疏散压力较大，需要疏散人员极多，用时相对较长，达到了C级即可通行级别；方案2-1、方案3-4和方案4-9均达到B级较安全级别。按照3.5叙述的评价指标和方法，这四个方案的疏散时间处于6分钟到12分钟之间，四个方案已经达到安全疏散时间的基本要求，不需要重新设计疏散流线，但需要对方案进行调整优化。

6结论

6.1结论

通过对轨道交通枢纽站疏散方案设计方法的研究，本文得到以下研究结论：

（1）本文提出了较为切实可行的轨道交通枢纽站疏散方案的设计方法，适用于大多数两条线路换乘枢纽和部分有结构特征的两条线路以上换乘枢纽。该设计方法从轨道交通枢纽特征入手，根据站台情况进行疏散情况分类，对每种情况作出疏散流线的组织设计，通过模型计算流量分配方案，结合仿真比较得到最优的分配结果，再通过评价疏散方案进行方案的调整和优化。

（2）由于轨道交通枢纽疏散不可重演，也无法对真实情况进行调查，往往我们缺少轨道交通枢纽疏散的流量分布情况。若使用交通分布与分配的平衡模型，多O多D问题的计算和求解都较为复杂。如果直接进行仿真，仿真中流量分配没有头绪，仿真量将是极大的。本文提出的方法是在缺少疏散人员出口到达量的情况下，通过用户最优路径模型的计算、仿真的结合、评价后优化得到疏散方案，这种方法减少需要仿真的次数，使疏散方案设计变得更为简便。

1）本文对轨道交通枢纽中的各类集散设施（通道、站台、楼梯、自动扶梯等）的阻抗进行了设置，设置的各类设施阻抗较为接近高峰时段的真实情况。

2）本文给出的模型可以通过简便的线性规划求解，通过仿真也得到了验证，并比较不同目标函数和约束条件下的最优分配方案，得到最终疏散方案。

（3）本研究运用该疏散方案设计方法设计了复兴门换乘枢纽疏散方案集，选择其具有代表性的四种情况设计了疏散方案并优化，在满足疏散时间要求的基础上，通过减少流线弯折冲突，减缓宽度突变达到局部流线的优化。

参考文献（略）