《基于改進(jìn)社會力模型的地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散模型及仿真研究》18000字（論文）

PAGEV基于改進(jìn)社會力模型的地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散模型及仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u117201緒論 978601.1研究背景及意義 9306621.1.1研究背景 979931.1.2研究意義 9118631.2文獻(xiàn)綜述 10226021.2.1行人流研究綜述 10239281.3研究內(nèi)容和研究方法 10271431.3.1研究思路 10165101.3.2研究方法 1159822整體設(shè)計 12224992.1需求分析 1228422.1功能設(shè)計 1216822.3方案的可行性分析 12149792.3.1技術(shù)可行性分析 12150022.3.2經(jīng)濟(jì)可行性分析 12311692.3.3環(huán)境可行性分析 1311363理論基礎(chǔ) 13145063.1大客流 13228103.1.1大客流概述 13211503.1.2大客流分類 13243283.1.3大客流風(fēng)險分析 14293373.2客流指示與應(yīng)急疏導(dǎo)相關(guān)理論 14251903.2.1客流指示相關(guān)理論 14216843.2.2應(yīng)急疏導(dǎo)相關(guān)理論 14135973.3突發(fā)事件 14144893.3.1突發(fā)事件的定義 1481743.3.2突發(fā)事件的分類 15135043.3.3突發(fā)事件的特點(diǎn) 15300223.4行人疏散行為 16226393.4.1行為特征 1670933.4.2心理特征 16150534長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價 17218174.1脆弱性評價指標(biāo)體系建立 17183184.2判斷矩陣的構(gòu)建 18291074.2.1指標(biāo)體系的確定 18240674.2.2判斷矩陣的構(gòu)建 19200404.2.3問卷調(diào)查獲得數(shù)據(jù) 19157554.2.4用Matlab計算權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn) 22206014.2.5計算各層元素的組合權(quán)重 23211844.2.6綜合評價 26171964.3長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散管理存在的問題 27212015基于改進(jìn)的社會力模型的長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散模型 27279235.1原始社會力模型 27161065.1.1原始社會力模型基本原理 27130585.1.2社會力模型的應(yīng)用 29306145.2改進(jìn)社會力模型 30282106長沙地鐵換乘樞紐客流特征 3121796.1阜埠河換乘樞紐站介紹 3175716.2阜埠河站大客流分布特征 32222866.2.1大客流時間分布特征 3247476.2.2大客流空間分布特征 33293097基于Anylogic的長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散仿真 34319607.1仿真場景參數(shù)設(shè)置 34314547.1.1場景仿真 3457547.1.2變量設(shè)置 35316967.1.3參數(shù)設(shè)置 35306547.2阜埠河現(xiàn)狀疏散仿真分析 37171077.2.1突發(fā)情況下有關(guān)地鐵設(shè)施及人的選擇的假設(shè) 3774037.2.2仿真過程分析 37135157.2.2仿真結(jié)果 38128387.3基于改進(jìn)的阜埠河疏散仿真模擬 3912367.3.1改進(jìn)方案 39324237.3.2改進(jìn)后仿真結(jié)果及分析 41241128長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散優(yōu)化對策 42269018.1長沙地鐵換乘樞紐車站環(huán)境設(shè)計優(yōu)化 42107138.1.1提高疏散出口的疏散效率 42269788.1.2增設(shè)不同方式的疏散標(biāo)識和疏散路線 42293698.2長沙地鐵換乘樞紐車站大客流流量管理方案 43221588.2.1加強(qiáng)突發(fā)事件的預(yù)測 43257148.2.2控制線路內(nèi)客流 4391638.3長沙地鐵換乘樞紐車站人員管理 43110428.3.1有效引導(dǎo)乘客疏散 439408.3.2疏導(dǎo)乘客情緒 43128788.3.3加強(qiáng)對現(xiàn)場工作人員的培訓(xùn) 43127619研究結(jié)論與展望 44133959.1總結(jié) 44325829.2展望 441緒論1.1研究背景及意義1.1.1研究背景隨著長沙地鐵站數(shù)量的不斷增加，地鐵站的緊急疏散越來越受到人們的重視，成為長沙市應(yīng)急管理的重要組成部分。1970年代后期，西方學(xué)者分析了疏散問題時，他們主要側(cè)重于人們對緊急情況的反應(yīng)以及他們自身的逃生能力。1980年代后，計算機(jī)技術(shù)發(fā)展飛速，學(xué)者開始通過創(chuàng)建模型來進(jìn)行仿真分析，在整理并總結(jié)了現(xiàn)有研究結(jié)果之后，西方專家創(chuàng)建了20多個模型，皆屬于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模型。與西方國家相比，我國這一領(lǐng)域的研究才剛開始，取得的成果大部分是依據(jù)西方的理論和研究成果進(jìn)行下一步的分析和討論。在研究此方向的過程中，我國面臨的問題是在緊急疏散情況下，難以收集有關(guān)人們行為特征的全面、準(zhǔn)確的信息，且由于不同的建筑風(fēng)格人們的行為反應(yīng)及特征也會有明顯的差異。因此，現(xiàn)有的西方發(fā)現(xiàn)不應(yīng)直接使用，需對我國的疏散行為特征進(jìn)行詳細(xì)的分析，以獲得準(zhǔn)確而全面的數(shù)據(jù)，例如我國建筑的特征和中國人的思維方式。目前，隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公眾的安全意識大大提高，越來越多的學(xué)者開始著眼于公共場所的突發(fā)事件，并使用模擬疏散、逃生演習(xí)等多種方法，進(jìn)行了深入研究，在這方面也獲得了諸多卓越的研究成果。且由于計算機(jī)技術(shù)日趨成熟以及各種算法的接連提出，學(xué)者們在討論和分析由火災(zāi)等各種緊急情況引起的疏散問題時，可以創(chuàng)建更加科學(xué)準(zhǔn)確的模型，為研究結(jié)果的性提供了保證。1.1.2研究意義當(dāng)大規(guī)模活動結(jié)束時，或在上下班時間和重要假日期間，通常會出現(xiàn)大量客流。大量的客流通常在車站顯得特別擁擠，甚至極度擁擠，這也可能引起諸如客流緩慢和客流嚴(yán)重交叉干擾的問題。在大客流的情況下，如果地鐵站的疏散效果不佳，則在任何一個客流集合點(diǎn)的突發(fā)事件都可能造成嚴(yán)重后果。除了難以預(yù)測和緊急情況外，大部分嚴(yán)重后果是由于設(shè)備和設(shè)施的設(shè)計不合理以及車站疏散管理不善造成的。因此，當(dāng)在短時間內(nèi)疏散大規(guī)模的客流時，地鐵站是否可以從該站快速疏散大客流成為一個非常值得探討的問題。本文通過文獻(xiàn)分析和實(shí)地調(diào)研,建立長沙地鐵站現(xiàn)存問題評價指標(biāo)體系，以及通過軟件建模仿真提出優(yōu)化改善建議。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1研究現(xiàn)狀國外學(xué)者早在20世紀(jì)就意識到了行人交通的重要性和研究價值，有著不少研究成果。1958年，Hankin和Wright研究火車站行人流量的交通特性以及車站瓶頸對交通流量的影響[1]，1971年，Henderson用麥克斯韋波爾茲曼理論發(fā)現(xiàn)性別差異之后，并利用流體理論中的Navier-Stoks方程來分析行人流[2]，新加坡學(xué)者還發(fā)現(xiàn)了人種差異，1986年Tanaboriboon在新加坡對行人特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)亞洲黃種人的步速相比美國的研究成果要慢，但是最大流率卻比美國和英國的相關(guān)數(shù)據(jù)要高[3]。關(guān)于國內(nèi)，2004年，陳濤等人針對在無邊界條件下，采用無后退有偏隨機(jī)走動者格子氣模型對交叉路口的行人疏散動力學(xué)進(jìn)行了模擬計算[4]。2008年，郭謹(jǐn)一等人從研究行人運(yùn)動仿真的內(nèi)容和意義出發(fā)，總結(jié)了國內(nèi)外行人運(yùn)動仿真研究的發(fā)展過程與現(xiàn)狀[5]。2010年，施正威等人在元胞自動疏散模型的基本框架下，設(shè)計出一種關(guān)于多出口狀態(tài)的靜態(tài)場計算方法，可以完全解決疏散地點(diǎn)里的障礙物問題，且以此為基礎(chǔ)提出了滿足多種出口情況下行人疏散模擬模型[6]。同年，何利英在《地下空間與工程學(xué)報》中采用行人仿真疏散模型開展針對中庭式地鐵車站的疏散仿真分析[7]。2012年，武小康和周鋒采用基于社會力模型理論的仿真軟件Legion,模擬輕軌站內(nèi)的緊急疏散，得出車站人員應(yīng)急疏散所需的最大時間[8]。2016年，龍圣杰等人收集疏散行人行為特征數(shù)據(jù)使用SPSS統(tǒng)計軟件加以分析，探討了行人行為特征對緊急引導(dǎo)過程的作用[9]。1.2.1研究現(xiàn)狀通過建立模型，各國學(xué)者對疏散問題進(jìn)行了深入研究，取得了重大的科學(xué)研究成果。各國學(xué)者運(yùn)用各種合理的方法和技術(shù)，全面、嚴(yán)格地研究了避難模型的弊端，以闡明疏散瓶頸與疏散效率之間的關(guān)系。如今，隨著國內(nèi)高鐵的持續(xù)強(qiáng)勁發(fā)展，許多學(xué)者已經(jīng)開始對高鐵疏散進(jìn)行全面而詳細(xì)的分析，也取得了一系列出色的研究成果。國內(nèi)外研究重點(diǎn)的發(fā)展趨勢是一致的：從宏觀到微觀。早期是對行人交通特性和行人設(shè)施的能力進(jìn)行了研究。到中后期，研究重點(diǎn)逐漸從行人流特征轉(zhuǎn)向個體行人行為特征。1.3研究內(nèi)容和研究方法1.3.1研究思路第1章，緒論部分，闡述課題的研究背景和意義，分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，介紹主要研究內(nèi)容及研究思路；第2章，結(jié)合系統(tǒng)工程、人因工程等相關(guān)理論，對方案進(jìn)行需求分析、功能設(shè)計及可行性評價；第3章，對基礎(chǔ)理論進(jìn)行簡要說明，包括大客流、客流指示與應(yīng)急疏導(dǎo)相關(guān)理論、突發(fā)事件、行人疏散行為；第4章，采用AHP方法建立評價指標(biāo)體系,構(gòu)造判斷矩陣確定其權(quán)重,計算各個指標(biāo)總權(quán)重進(jìn)行排序，得出長沙地鐵換乘樞紐站應(yīng)急疏散現(xiàn)存問題；第5章，基于原始社會力模型及長沙地鐵換乘樞紐現(xiàn)狀，建立基于改進(jìn)社會力模型的長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散模型；第6章，根據(jù)實(shí)地調(diào)研的長沙地鐵阜埠河客流數(shù)據(jù)，得出長沙地鐵換乘樞紐客正常工作日流特征和節(jié)假日客流特征；第7章：運(yùn)用AnyLogic對動靜態(tài)應(yīng)急疏散標(biāo)識的兩種場景進(jìn)行模擬；第8章：通過AHP方法和仿真結(jié)果分析對長沙地鐵站的環(huán)境設(shè)計方面、大客流流量管理方案、人員管理因素三個方面進(jìn)行優(yōu)化，提出改善建議；第9章：總結(jié)與展望?？偨Y(jié)本文的研究成果，分析研究的不足之處，規(guī)劃后續(xù)研究方向。1.3.2研究方法（1）文獻(xiàn)研究法通過對疏散規(guī)則，大客流理論，疏散標(biāo)志等相關(guān)文獻(xiàn)的大量研究，梳理和分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀；通過文獻(xiàn)閱讀，在先前研究的基礎(chǔ)上，對疏散規(guī)則以及動態(tài)和靜態(tài)識別研究進(jìn)行了歸類和總結(jié)，為本文的后續(xù)章節(jié)提供了文獻(xiàn)基礎(chǔ)。（2）問卷調(diào)查法是通過問卷調(diào)查收集研究所需的數(shù)據(jù)和信息的方法。在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，參考各種指標(biāo)，面向長沙地鐵?？驮O(shè)計一份科學(xué)合理的問卷，發(fā)現(xiàn)緊急疏散過程中存在的問題，并對各種因素進(jìn)行深入及詳細(xì)的研究。。（3）層次分析法層次分析法（AHP）是對建立總目標(biāo)后隊各個層次的目標(biāo)進(jìn)行總結(jié)和分析，將總目標(biāo)劃分為幾個小目標(biāo)后，可以根據(jù)目標(biāo)的性質(zhì)和重要性將其分為三個層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合有關(guān)人員的判斷，確定備選方案相對重要性的總排序。層次分析法主要包括四個步驟:建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)、由判斷矩陣計算比較要素對于該準(zhǔn)則對的相對權(quán)重、計算各層要素對總目標(biāo)的合成權(quán)重，并對各備選方案排序。（4）社會力模型和多出口模型社會力模型主要使用物理力學(xué)原理，并基于多粒子自動駕駛系統(tǒng)的框架，將行人設(shè)置為滿足動力學(xué)并具有思考自己和周圍環(huán)境能力的質(zhì)點(diǎn)。方向矢量代表疏散過程中行人的實(shí)際力和內(nèi)力。多出口選擇模型說明行人選擇獨(dú)立出口的過程更有利于對行人行為的微觀研究，從而通過結(jié)合行人力學(xué)和心理學(xué)規(guī)律來提高疏散效率。（5）AnyLogic仿真軟件（模擬分析法）借助AnyLogic仿真軟件可以詳細(xì)分析行人疏散過程中的一系列細(xì)微行為。首先建立行人庫底層模型，分為行人行為模型（從眾行為、結(jié)伴行為等）和對環(huán)境的建模（出口堵塞效應(yīng)、出口高度寬度等）。除此之外，為了反映行人疏散行為的真實(shí)性，應(yīng)再考慮了行人的期望速度，行人對出口的敏感性以及行人之間的驅(qū)動力和動力。2整體設(shè)計2.1需求分析需要閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，建立長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價指標(biāo)體系，再通過調(diào)查問卷的方式得出指標(biāo)權(quán)重排序；需要實(shí)地調(diào)研收集數(shù)據(jù)得出長沙換乘站大客流分布特征；需要根據(jù)改進(jìn)后的社會力模型進(jìn)行軟件仿真模擬，得出優(yōu)化方案以及結(jié)論。2.1功能設(shè)計運(yùn)用AnyLogic軟件對長沙地鐵阜埠河換乘站進(jìn)行仿真，依照阜埠河平面圖以及地鐵內(nèi)現(xiàn)狀建立模型；對行人的流量以及電梯行駛速度進(jìn)行設(shè)置，盡可能還原疏散現(xiàn)狀，確保仿真能正常運(yùn)行。2.3方案的可行性分析2.3.1技術(shù)可行性分析AnyLogic是由俄羅斯XJTechnolegic公司開發(fā)的仿真工具，可以有效地執(zhí)行基于人體的建模，支持范圍廣泛，適用于離散事件和連續(xù)建模方法，支持多種方法的混合建模，此外，行人模擬基于社會力模型，該模型比傳統(tǒng)的模擬軟件更符合現(xiàn)實(shí)世界中的行人特征，是最適合動態(tài)行人疏散仿真軟件。2.3.2經(jīng)濟(jì)可行性分析該方案設(shè)計在實(shí)踐過程中皆是實(shí)地調(diào)研以及數(shù)據(jù)測量，不需要經(jīng)濟(jì)開支便可完成，且該軟件為無需付費(fèi)軟件，可供使用者長期使用。在最后提出的優(yōu)化改善方案中加入顯眼的疏散標(biāo)識是當(dāng)前地鐵站電子設(shè)備就可以完成的，不需要另添設(shè)備增加額外費(fèi)用。2.3.3環(huán)境可行性分析阜埠河站設(shè)計為地下站，是長沙地鐵四號線和地鐵三號線的換乘站。也是目前長沙規(guī)模最大、最復(fù)雜的地鐵車站。站點(diǎn)配套設(shè)施齊全、場地空曠、燈光明亮，且會有節(jié)假日突發(fā)大客流，適合開展該設(shè)計研究工作。3理論基礎(chǔ)3.1大客流3.1.1大客流概述大客流是指車站在特定時間到達(dá)并且超出了車站的一般客運(yùn)設(shè)備或客運(yùn)組織可以容忍的客流。大客流表現(xiàn)形式通常為乘客和行人之間的擁擠，乘客的移動速度明顯慢以及斷面客流量過于飽和，換乘樞紐出現(xiàn)客流交叉干擾[10]。由于地鐵站的環(huán)境是有限的，在發(fā)生火災(zāi)或恐怖主義等事故后，很容易引起諸如踩踏的繼發(fā)事故。

軌道交通車站大客流事件是指由于早、晚高峰問題或鐵路運(yùn)營過程中的其他意外因素，地鐵車站的乘客人數(shù)超過了車站的額定容量，并乘客人數(shù)繼續(xù)增加，達(dá)到過飽和狀態(tài)。大客流問題使城市軌道交通運(yùn)營的安全性變得困難，必須采取有效措施降低事故后果的嚴(yán)重性。3.1.2大客流分類根據(jù)大客流的定義和分析，形成大規(guī)模客流的原因和分類有很多，主要有以下幾種：

（1）日常通勤的早晚高峰。地鐵作為長沙市公共交通工具，且長沙地鐵線的規(guī)模仍在不斷擴(kuò)大，越來越多的居民選擇地鐵出行，客流量主要包括上下學(xué)的學(xué)生以及早晚通勤的工作人員。

（2）節(jié)假日高峰。假期期間，大客流主要包括結(jié)伴旅行或探親的乘客。在春節(jié)、五一勞動節(jié)、十一國慶節(jié)等長假期間內(nèi)，長沙有許多著名景點(diǎn)，導(dǎo)致長沙幾個地鐵站的客流量大大增加。（3）大規(guī)模事件高峰。由大規(guī)模事件形成的大客流通常是在一定時間段內(nèi)客流的急劇增加，其大小和時間大部分是可預(yù)測的，并且影響范圍是有限的，通常僅影響單個站點(diǎn)。（4）突發(fā)惡劣天氣。由于惡劣天氣（大雨、暴風(fēng)雪等）引起的大量客流，乘客會通過在地鐵出入口，過道和車站大廳的躲避惡劣天氣來增加客流。3.1.3大客流風(fēng)險分析事故發(fā)生率高不論是日常早晚高峰，還是突發(fā)情況下的大客流，地鐵車站內(nèi)人流大量匯集，換乘站的運(yùn)行負(fù)荷壓力都會增加，一些安全通道和安全出口在客流量大的情況下利用率降低減少，并且客流繼續(xù)增加，客流密度過高，安全事故的可能性也增加，事故率高，事故風(fēng)險高，地鐵站客流量過飽和，使安全疏散變得更加困難。易引發(fā)其他事故地鐵站內(nèi)發(fā)生突發(fā)公共事故時，易引發(fā)其他事故，地鐵站內(nèi)的乘客在短時間內(nèi)將會大范圍聚集和停留，但地鐵站的運(yùn)輸能力有限，很難在短時間內(nèi)從過飽和狀態(tài)過渡到飽和狀態(tài)，乘客在突然大量集聚的狀態(tài)下產(chǎn)生恐慌行為，導(dǎo)致?lián)頂D和踐踏事故，導(dǎo)致嚴(yán)重事故并擴(kuò)大事故范圍。3.2客流指引與應(yīng)急疏散相關(guān)理論3.2.1客流指引相關(guān)理論客流指引即導(dǎo)向標(biāo)識，輔可以幫助人們在特定環(huán)境中快速有效地獲取周圍信息的指示[12]。客流指示有多種形式，包括圖形，符號，標(biāo)志和公告板。地鐵站客流指示系統(tǒng)完全考慮到地鐵站的整體空間環(huán)境和行人的行為特征，并通過自身的顏色，圖形，材料和其他因素將地鐵站的空間信息傳達(dá)給乘客，使乘客可以安全便捷地進(jìn)入地鐵站并進(jìn)行各種活動?？土髦甘揪哂腥齻€要素：空間位置、視覺形式、信息內(nèi)容。3.2.2應(yīng)急疏散相關(guān)理論應(yīng)急疏散是指乘客乘客使用特殊、安全的設(shè)施和路線，迅速和有序地離開人口稠密的地區(qū)或事故區(qū)域。應(yīng)急疏散體現(xiàn)了三個原則：最高效的疏散設(shè)備、最合理的疏散路線、最暢通的安全出口。地鐵站內(nèi)的應(yīng)急路線主要分為三類：進(jìn)站路線、出站路線和換乘路線。地鐵站應(yīng)急疏導(dǎo)以這三種應(yīng)急路線為基礎(chǔ)，并在車站內(nèi)配備多種設(shè)備以提升疏散效率。3.3突發(fā)事件3.3.1突發(fā)事件的定義突發(fā)事件是指突發(fā)性的自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事故和社會保障事故，可能造成或造成嚴(yán)重的社會損害，必須采取應(yīng)急措施的事件[11]。突發(fā)事件是無法預(yù)料的事件，即使前期有某些跡象也無法完全監(jiān)視。3.3.2突發(fā)事件的分類（1）客運(yùn)類突發(fā)事件指因乘客自身原因、城市鐵路運(yùn)營中的組織錯誤或技術(shù)錯誤等造成乘客受傷或路線堵塞、緊急疏散、行車中斷、等待救援等突發(fā)事件。（2）自然災(zāi)害類突發(fā)事件指冰雹、雷暴、洪水、霜凍、濃霧、霧霾、地震、山體滑坡等，并可能導(dǎo)致鐵路出軌或翻滾以及其他嚴(yán)重影響軌道行車正常運(yùn)營的突發(fā)事件。社會安全類突發(fā)事件指恐怖襲擊、重大刑事案件(炸彈破壞、劫持列車長或乘客等)、有毒化學(xué)物質(zhì)泄漏、毒氣污染、地鐵站內(nèi)聚眾滋事等嚴(yán)重影響軌道列車正常運(yùn)營的突發(fā)事件。消防類突發(fā)事件指地鐵范圍內(nèi)發(fā)生的爆炸或火災(zāi)等事件。3.3.3突發(fā)事件的特點(diǎn)不確定性由于危險類型不同、觸發(fā)條件不同、觸發(fā)位置不確定以及觸發(fā)時間無法預(yù)測，地鐵站的緊急情況非常不確定且無法預(yù)測，因此很難根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則來預(yù)測以及控制地鐵的緊急情況。復(fù)雜性地鐵站的隱患是復(fù)雜多變的，由此產(chǎn)生的緊急情況也具有各種特征。在觸發(fā)突發(fā)事件時，其危害也經(jīng)常觸發(fā)其他類型的突發(fā)事件。突發(fā)事件的爆發(fā)通常是由許多潛在危險的相互作用引起的，并且觸發(fā)因素很復(fù)雜。緊迫性地鐵突發(fā)事故的發(fā)生是一個動態(tài)演變過程，有必要通過在事故發(fā)生后采取應(yīng)急措施迅速疏散人員及財務(wù)，以盡量減少事故的不利影響。且有必要避免發(fā)生繼發(fā)性災(zāi)難和事故，從而導(dǎo)致附帶的經(jīng)濟(jì)損失。危險性在地鐵運(yùn)營期間，環(huán)境相對封閉，因此在突發(fā)事件下的救援工作更加困難。如果在事故的緊急處理期間采取了不適當(dāng)?shù)拇胧瑒t很可能會發(fā)生二次災(zāi)難事故，并導(dǎo)致乘客擁堵和疏散難度增加。3.4行人疏散行為3.4.1行為特征自私行為自私行為是指最早察覺地鐵突發(fā)事件發(fā)生的乘客，在情況沒有惡化之前，選擇最靠近自己的安全出口逃生，沒有及時報警和告知工作人員[13]。以及疏散過程中爭先恐后、相互推搡的乘客，這種行為使整個地鐵站的疏散效率下降，疏散時間延長。引導(dǎo)行為引導(dǎo)行為是指熟悉地鐵站建設(shè)、參加緊急疏散知識培訓(xùn)的工作人員在發(fā)生爆炸或其他重大客流等突發(fā)事件時主動協(xié)助乘客逃生的行為。以最快的速度引導(dǎo)乘客到達(dá)安全出口時，可以將因突發(fā)事件造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡降至最低。結(jié)伴行為出行游玩的人群中，大多與家人或朋友結(jié)伴，出行時步行速度很較慢，在大客流的特殊事件發(fā)生時需要尋找并幫助同伴逃生。3.4.2心理特征恐懼心理如果乘客出行期間發(fā)生爆炸、迷霧、有毒氣體或其他突發(fā)事件，下意識會出現(xiàn)恐懼和慌張的情緒，且地鐵乘客的密度飽和，疏散緩慢，火災(zāi)煙霧的迅速傳播以及地震破壞了地鐵站的結(jié)構(gòu)，會加劇乘客的恐懼，并影響了他人逃生判斷的能力。從眾心理在恐懼的情緒中，乘客的判別力和意志力下降，他們常常出于生存的渴望而選擇跟隨他人。當(dāng)大量的乘客聚集在一起時，他們認(rèn)為其他人能夠幫助他們逃脫，繼而盲目從眾，于是導(dǎo)致逃生路線擁堵，場面混亂，疏散效率降低。4長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價4.1脆弱性評價指標(biāo)體系建立為了精確篩選出應(yīng)急疏散方面的脆弱性影響因素且要遵循科學(xué)實(shí)際的原則，以長沙地鐵換乘樞紐點(diǎn)為研究對象，通過實(shí)際調(diào)研法與長沙市地鐵應(yīng)急管理部門相關(guān)工作人員溝通。根據(jù)調(diào)研結(jié)果的匯總且結(jié)合長沙地鐵現(xiàn)狀,將從人員因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素三個方面進(jìn)行脆弱性要素確定。人員因素人員因素引發(fā)的事故一般是由于乘客自身的行為和地鐵管理員的行為。首先由于地鐵狹窄的內(nèi)部環(huán)境，可能導(dǎo)致乘客心理產(chǎn)生變化而發(fā)生一系列危險的行為。其次，由于管理失誤或管理組織不當(dāng)，可能導(dǎo)致火車出軌等事故，不僅造成人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失，而且影響到整個地鐵網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備因素支撐地鐵正常運(yùn)行的系統(tǒng)包括通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、自動檢票系統(tǒng)、設(shè)備通行系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)和防火系統(tǒng)。從緊急疏散的角度來看，如果發(fā)生設(shè)備損壞事故，則城市地鐵運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)將處于危險之中，因此對運(yùn)營設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)可以減少中轉(zhuǎn)站的脆弱性。環(huán)境因素當(dāng)大雨或惡劣天氣發(fā)生時，由于地鐵站空間狹窄，進(jìn)出車站和換乘通道的乘客容易擁擠和糾紛，通道的擁擠也影響地鐵站的安全運(yùn)營；現(xiàn)階段，長沙地鐵站的疏散標(biāo)識并不清晰明確，且需要建構(gòu)長沙地鐵應(yīng)急科技支撐體系。圖4.1地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價體系4.2判斷矩陣的構(gòu)建為實(shí)現(xiàn)定量化，使用層次分析法引用1-9比率標(biāo)度方法（如表4.2所示）將評價指標(biāo)進(jìn)行對比判斷，構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣。表4.21-9比率標(biāo)度方法標(biāo)度含義1表示兩個元素同樣重要3表示兩元素中，前者比后者稍重要5表示兩元素中，前者比后者明顯重要7表示兩元素中，前者比后者強(qiáng)烈重要9表示兩元素中，前者比后者極端重要2、4、6、8表示上述相鄰判斷的中間值1，1/2...，1/9表示兩元素的重要性之比4.2.1指標(biāo)體系的確定根據(jù)評價體系確定的要素，具體設(shè)置如下：總體目標(biāo)為長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價體系Q；一級指標(biāo)為人員活動A1，設(shè)備系統(tǒng)A2，環(huán)境系統(tǒng)A3；二級指標(biāo)為一級指標(biāo)下的具體對應(yīng)要素組成，包括車站安保人員管理不當(dāng)B1、突發(fā)大客流B2、乘客危險行為B3、車站運(yùn)營管理人員操作失誤B4、通風(fēng)系統(tǒng)C1、照明系統(tǒng)C2、自動售檢票系統(tǒng)C3、通行設(shè)備系統(tǒng)C4、通信系統(tǒng)C5、監(jiān)控系統(tǒng)C6、防火系統(tǒng)C7、乘客疏散標(biāo)識D1、樓梯通道與站臺環(huán)境D2、預(yù)防災(zāi)難系統(tǒng)D3。4.2.2判斷矩陣的構(gòu)建以長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價體系為基礎(chǔ)，參考地鐵運(yùn)營相關(guān)資料，使用1-9比率標(biāo)度法得到以下判斷矩陣：1）Q-A矩陣是相對于目的層的一級指標(biāo)，即準(zhǔn)則層指標(biāo)的相互比較關(guān)系的判斷矩陣；2）A1-B矩陣是相對于一級指標(biāo)人員活動指標(biāo)的二級指標(biāo)相互比較的判斷矩陣；3）A2-C矩陣是相對于一級指標(biāo)設(shè)備系統(tǒng)指標(biāo)的二級指標(biāo)相互比較的判斷矩陣；4）A3-D矩陣是相對于一級指標(biāo)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)的二級指標(biāo)相互比較的判斷矩陣；4.2.3問卷調(diào)查獲得數(shù)據(jù)結(jié)合長沙地鐵和長沙乘客的特點(diǎn)，通過問卷調(diào)查，選擇最近一個月乘坐長沙地鐵5次以上且16周歲以上的乘客和長沙地鐵工作人員為調(diào)查對象，采取隨機(jī)抽樣法對長沙地鐵的乘客進(jìn)行的問卷和訪談相結(jié)合的方法，問卷設(shè)計即判斷矩陣打分表，得到乘客對各指標(biāo)的兩兩比較的結(jié)果，以下列舉其中一位具有代表性乘客的問卷，確定各個指標(biāo)的權(quán)重：（1）一級指標(biāo)判斷矩陣表4.3Q-A判斷矩陣人員活動設(shè)備系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)人員活動184設(shè)備系統(tǒng)1/811/3環(huán)境系統(tǒng)1/431二級指標(biāo)判斷矩陣表4.4A1-B判斷矩陣車站安保人員管理不當(dāng)突發(fā)大客流乘客危險行為車站運(yùn)營管理人員操作失誤車站安保人員管理不當(dāng)11/41/62突發(fā)大客流411/26乘客危險行為6218車站運(yùn)營管理人員操作失誤1/21/61/81表4.5A2-C判斷矩陣通風(fēng)系統(tǒng)照明系統(tǒng)自動檢票系統(tǒng)通行設(shè)備系統(tǒng)通信系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)防火系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)11/41/22531/6照明系統(tǒng)4126871/3自動檢票系統(tǒng)21/213641/4通行設(shè)備系統(tǒng)1/21/61/31311/7通信系統(tǒng)1/51/81/61/311/21/9監(jiān)控系統(tǒng)1/31/71/41211/8防火系統(tǒng)6347981表4.6A3-D判斷矩陣乘客疏散標(biāo)識樓梯通道與站臺環(huán)境預(yù)防自然災(zāi)害乘客疏散標(biāo)識11/31/7樓梯通道與站臺環(huán)境311/3預(yù)防災(zāi)害系統(tǒng)7314.2.4用Matlab計算權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)1）源代碼如下：function[Q]=AHP(B)%Q為權(quán)值，B為對比矩陣%導(dǎo)入判別矩陣BB=[1841/811/31/431][n，m]=size(B)；%判別矩陣具有完全一致性fori=1：nforj=1：nifB(i，j)*B(j，i)~=1fprintf('i=%d，j=%d，B(i，j)=%d，B(j，i)=%d\n'，i，j，B(i，j)，B(j，i))endendend%求特征值特征向量，找到最大特征值對應(yīng)的特征向量[V，D]=eig(B)；tz=max(D)；tzz=max(tz)；c1=find(D(1，：)==max(tz))；tzx=V(：，c1)；%特征向量%權(quán)quan=zeros(n，1)；fori=1：nquan(i，1)=tzx(i，1)/sum(tzx)；endQ=quan；%一致性檢驗(yàn)CI=(tzz-n)/(n-1)；RI=[0，0，0.58，0.9，1.12，1.24，1.32，1.41，1.45，1.49，1.52，1.54，1.56，1.58，1.59]；%判斷是否通過一致性檢驗(yàn)CR=CI/RI(1，n)；ifCR>=0.1fprintf('沒有通過一致性檢驗(yàn)\n')；elsefprintf('通過一致性檢驗(yàn)\n')；endfprintf('CI=%d，CR=%dtzz=%d'，CI，CR，tzz)End2）運(yùn)行結(jié)果得到質(zhì)量要素排序權(quán)向量：（Q-A）W=（0.7167，0.0783，0.2051）（A1-B）W=（0.0918，0.3178，0.5357，0.0547）（A2-C）W=（0.0857，0.2423，0.1355，0.0482，0.0244，0.0395，0.4244）（A3-D）W=（0.0879，0.2426，0.6694）數(shù)據(jù)均通過了一致性檢驗(yàn)。4.2.5計算各層元素的組合權(quán)重收集得到15份有效問卷，重復(fù)上述計算步驟，匯總得到所有人對指標(biāo)權(quán)重的評價結(jié)果。表4.8一級指標(biāo)綜合評價結(jié)果填表人人員活動設(shè)備系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)10.71670.07830.205120.75820.09050.151230.72580.1020.172140.6370.10470.258350.32340.0890.587660.73960.09380.166670.67080.07320.25680.70490.21090.084190.53960.2970.1634100.6250.13650.2385110.64830.22970.122120.58760.0890.3234130.72580.17210.102140.26280.07860.6586150.59470.06490.3404結(jié)果0.6173466670.1273466670.255286667表4.9二級指標(biāo)綜合評價結(jié)果車站安保人員管理不當(dāng)突發(fā)大客流乘客危險行為車站運(yùn)營管理人員操作失誤10.09180.31780.53570.054720.05790.30610.50460.131430.52860.14710.060.264340.30810.08610.05720.548650.06140.13360.31020.494860.0570.52320.29760.122270.05620.31810.51290.112880.0550.59020.21880.135990.07630.29520.55230.0763100.04960.56580.22550.1592110.06550.51770.28330.1335120.09780.51490.33570.0516130.09320.51950.34480.0425140.13180.52420.3030.041150.0630.30050.52670.10980.1195466670.3773333330.3378866670.16524通風(fēng)系統(tǒng)照明系統(tǒng)自動檢票系統(tǒng)通行設(shè)備系統(tǒng)通信系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)防火系統(tǒng)10.08570.24230.13550.04820.02440.03950.424420.06170.19040.28760.28760.02080.02790.12430.0660.36850.1650.030.11570.22550.029340.04210.26110.11240.37480.07150.02570.112450.05220.39430.08730.1330.0250.25580.052260.06310.20910.20910.33390.02310.03150.130270.12030.1740.23870.35150.03440.02220.058980.10750.35150.24790.17570.02540.02790.06490.06580.18720.15410.34020.03830.02720.1872100.07190.41920.19470.2060.02530.04140.0414110.10970.42120.06560.26750.06560.04170.0287120.17850.17850.10390.4060.06790.0250.0402130.10710.17990.06430.33720.03520.02970.2465140.04760.12810.08610.3750.19750.04760.1182150.05960.10550.25420.36810.03710.02630.14920.0825866670.2540533330.1604266670.268980.0538133330.059660.120453333乘客疏散標(biāo)識樓梯通道與站臺環(huán)境預(yù)防災(zāi)害系統(tǒng)10.08790.24260.669420.11110.22220.666740.66940.24260.087950.17210.1020.725860.6370.25830.104780.18840.73060.08190.6370.25830.1047100.70490.08410.2109110.76920.14680.084120.14680.0840.7692130.53960.2970.1634140.70490.21090.0841150.24260.08790.66940.3873933330.237820.3747466674.2.6綜合評價通過以上計算，獲得了各個指標(biāo)的權(quán)重，即對工作人員或乘客來說的各元素的重要程度，得出綜合評價排序。目標(biāo)層準(zhǔn)則層準(zhǔn)則層權(quán)重指標(biāo)層指標(biāo)層權(quán)重綜合權(quán)重總排序脆弱性人員活動0.617車站安保人員管理不當(dāng)0.120.074046突發(fā)大客流0.3770.2326091乘客危險行為0.3380.2085462車站運(yùn)營管理人員操作失誤0.1650.1018053設(shè)備系統(tǒng)0.127通風(fēng)系統(tǒng)0.08260.010490212照明系統(tǒng)0.25410.03227079自動檢票系統(tǒng)0.16040.020370810通行設(shè)備系統(tǒng)0.2690.0341638通信系統(tǒng)0.05380.006832614監(jiān)控系統(tǒng)0.060.0076213防火系統(tǒng)0.12050.015303511環(huán)境系統(tǒng)0.255乘客疏散標(biāo)識0.3870.0986854樓梯通道與站臺環(huán)境0.2380.060697預(yù)防災(zāi)害系統(tǒng)0.3750.09562554.3長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散管理存在的問題由總排序結(jié)果梳理知，應(yīng)急疏散方面的長沙地鐵換乘樞紐站脆弱性占比權(quán)重較大的因素分別為：突發(fā)大客流、乘客危險行為、車站運(yùn)營管理人員操作失誤、乘客疏散標(biāo)識。地鐵應(yīng)急標(biāo)識要素的不健全。目前阜埠河站的出口導(dǎo)向系統(tǒng)僅有出口地圖服務(wù)以及較低處的安全出口標(biāo)識，并沒有專門的且顯眼的疏散標(biāo)識，在節(jié)假日高峰期時也鮮少有專門的工作人員引導(dǎo)疏散。缺乏新技術(shù)引入。長沙作為熱門的網(wǎng)紅城市之一，游客眾多，傳統(tǒng)的疏散技術(shù)已經(jīng)不能滿足節(jié)假日等高峰期的乘客疏散，可適當(dāng)考慮引入動態(tài)疏散標(biāo)識等新科技。4.4本章小結(jié)本章結(jié)合長沙地鐵實(shí)地調(diào)研的情況，構(gòu)建長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性評價體系，并收集有效調(diào)查問卷評分，采用AHP法為指標(biāo)體系賦權(quán)重，以分析長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散管理的現(xiàn)存問題。5基于改進(jìn)的社會力模型的長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散模型5.1原始社會力模型5.1.1原始社會力模型基本原理1995年，Helbing等人借鑒Bolzman運(yùn)動方程和行人行為受社會力影響的研究成果，提出了社會力模型[14]。模型中行人被設(shè)置為單獨(dú)的粒子，每個粒子都有自己的運(yùn)動方向，并受到不同的力的影響。模型根據(jù)實(shí)際情況為行人設(shè)置社會心理力與其他行人保持合理距離，社會力模型的動力學(xué)公式可以表示為：midvi→dtmi表示行人個體dvi→dtfi表示行人收到的合力，其右側(cè)展開的表達(dá)式中fifio表示行人個體iλ是一種隨機(jī)誤差變量代表風(fēng)險干擾量（1）驅(qū)動力行人的驅(qū)動力是模型通過其主觀意識施加的影響每個行人行為的力，其中行人會以期望速度到達(dá)目的地，這種力會迫使他們選擇自以為的最短路徑，表示為：fidvioteiot表vit表示行人個體i的τi期望的運(yùn)動方向可以由行人此時所處的位置rs和目標(biāo)位置re排斥力在社會力模型里，把行人靠近陌生人時產(chǎn)生的抗拒稱為斥力效應(yīng)，當(dāng)人群密度增大時，行人之間的排斥力變大但不會超過規(guī)定的最大值，表示為：fij=fij上式中fij為行人i與行人j間的相互作用力，它由社會心理力fijpay和接觸力fijtou組成，社會心理力的作用是保持行人之間的安全距離，社會心理力的表達(dá)式為：fijpay=Aiexp[(r其中Ai表示相互作用力的強(qiáng)度,Bi表示相互作用力的浮動范圍，rij為行人i與行人j的半徑之和，dij社會心理力的表達(dá)式為：fijtou=g(dij-rij)(k0nvij,=gx=x,&x>fijtou為行人i與行人j之間的接觸力（摩擦力與擠壓力），k0、k1為常量，vij同理，可以得出人與阻礙物的排斥力，表達(dá)式如下：fiw=fiwfiwpay=Aiexp[(rfiwtou=g(ri-diw)(k0nfiw為行人i與阻礙物之間的相互作用力，niw為行人沿阻礙物表面垂線的單位向量，tiwHelbing等人在2000年通過提高行人的恐慌系數(shù)來調(diào)整行人的預(yù)期速度，從而實(shí)現(xiàn)了行人對周圍危險程度的反應(yīng)，改進(jìn)了社會歷史模型。5.1.2社會力模型的應(yīng)用社會力模型是可以真實(shí)反映人群運(yùn)動特征的疏散模擬模型，因此,社會力模型已主要應(yīng)用于許多模擬實(shí)驗(yàn)中，有以下三種情況:

（1）正常狀態(tài)下行人移動:在社會力模型中，行人的期望速度用于表示行人的現(xiàn)有狀況。模型中穩(wěn)態(tài)下行人在移動時保持足夠的距離，可以用來模擬某些實(shí)際有序的群體移動。

（2）恐慌狀況下行人疏散:危險情況下人群疏散的模擬是社會力模型的主要應(yīng)用?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)行人的預(yù)期速度,實(shí)現(xiàn)行人在正常和恐慌狀況間轉(zhuǎn)換，且當(dāng)行人處于恐慌狀態(tài)時，應(yīng)用此模型，期望速度會更快，行人間隙會減小。

（3）復(fù)雜情景下人群運(yùn)動:場所的屬性(出口的大小和分布等)是人群移動的重要影響因素,因此仿真模型需要能夠更好地適應(yīng)場景。社會力模型通過顯性力反映了行人與障礙物之間的相互作用，再根據(jù)模型中合力的疊加性質(zhì)，可以將某些力添加到模型中，以更好地適應(yīng)特定場景。5.2改進(jìn)社會力模型根據(jù)第四章分析出的長沙地鐵換乘站脆弱性的特點(diǎn)，乘客疏散標(biāo)識占比較大，對于社會力模型做出修改[15]：加入吸引力影響因素根據(jù)實(shí)地調(diào)研情況，長沙地鐵換乘站內(nèi)人群往往會結(jié)伴而行，如若發(fā)生緊急情況，乘客往往會被結(jié)伴而行的人吸引注意力，與此同時出口對于乘客也存在吸引力，依照社會心理力fijfif=Miexp[(r以上結(jié)伴吸引力公式中：f表示行人i結(jié)伴的朋友，Mi表示相互作用力的強(qiáng)度（取負(fù)數(shù)）,Ni表示相互作用力的浮動范圍即常量參數(shù)，rif為行人i與朋友f的半徑之和，diffie=Xiexp[(r以上出口吸引力公式中：e表示出口，Xi表示相互作用力的強(qiáng)度（取負(fù)數(shù)）,Yi表示相互作用力的浮動范圍即常量參數(shù)，rie為行人i與出口e的半徑之和，die加入引導(dǎo)力影響因素有大多數(shù)乘客在遇到地震、工作人員操作失誤等突發(fā)事件時會出現(xiàn)慌張害怕心理，他們在選擇逃生路線和判斷安全出口時需花費(fèi)比正常狀況下更長的時間，并且在疏散過程中會對其他行人的疏散產(chǎn)生負(fù)面影響，使應(yīng)急疏散的效率下降。在第四章問卷調(diào)查的結(jié)果中也可以得出結(jié)論，乘客疏散標(biāo)識在長沙地鐵換乘樞紐應(yīng)急疏散脆弱性權(quán)重較高，在應(yīng)急疏散情況下需要工作人員以及疏散標(biāo)識對乘客進(jìn)行引導(dǎo)，故加入引導(dǎo)力影響因素建立改進(jìn)社會力模型。midvi→dt=fin表示引導(dǎo)員對i個乘客作用力之和，f綜上所述，根據(jù)長沙地鐵實(shí)際情況修改后的社會力模型表達(dá)式為：mid=fi其中fif5.3本章小結(jié)本章先是解釋原始社會力模型，再根據(jù)上一章的指標(biāo)權(quán)重排序以及長沙地鐵換乘樞紐行人行為特征提出改進(jìn)的社會力模型，添加吸引力與引導(dǎo)力，為下文仿真建模做準(zhǔn)備。6長沙地鐵換乘樞紐客流特征6.1阜埠河換乘樞紐站介紹（1）換乘站基本情況介紹長沙軌道交通4號線，是\t"/item/%E9%95%BF%E6%B2%99%E8%BD%A8%E9%81%93%E4%BA%A4%E9%80%9A4%E5%8F%B7%E7%BA%BF/_blank"長沙軌道交通第三條建成運(yùn)營的地鐵線路，該線標(biāo)志色為紫色，全長33.5千米，平均站間距1.44千米，總投資估算為249億元；共設(shè)置車站25座，全為地下站；列車采用6節(jié)編組B型列車。阜埠河站設(shè)計為地下站，是地鐵四號線和地鐵三號線的換乘站。車站總施工面積67000平方米，相當(dāng)于9.3個標(biāo)準(zhǔn)足球場的面積（常規(guī)地鐵站的面積不到10000平方米）。是目前長沙最大的地鐵站，面積也能排進(jìn)全國10名以內(nèi)。設(shè)計預(yù)留了9個出口，采用地下四層結(jié)構(gòu)，一二層為商業(yè)區(qū)，停車場。地下三層為地鐵四號線站臺，地下四層為地鐵三號線站臺。圖6.1長沙軌道交通四號線路線圖6.2阜埠河站大客流分布特征6.2.1大客流時間分布特征（1）雙向峰型最大客流的分布主要出現(xiàn)在上午和下午的兩個高峰客流時段，普通時段的客流強(qiáng)度遠(yuǎn)低于高峰時段的客流強(qiáng)度，具有明顯的“峰值”形狀。根據(jù)實(shí)地考察，調(diào)研數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)通勤客流符合雙向峰型，通勤客流一般體現(xiàn)在上下班和上下學(xué)人群中，此類客流的明顯特征為早晚高峰期會產(chǎn)生明顯的大客流并且持續(xù)時間為1-2小時內(nèi)。（2）全峰型該峰型全天客流高強(qiáng)度且無顯著變化，呈現(xiàn)全天峰值狀態(tài)。根據(jù)實(shí)地考察，調(diào)研數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)節(jié)假日客流符合全峰型，節(jié)假日客流多數(shù)是節(jié)假日出門游玩的人群，一般沒有主導(dǎo)群眾，年輕人、中年人、老年人都存在，此類客流的明顯特征為全天都會產(chǎn)生明顯的大客流并且會在午餐與晚餐時段客流更大。6.2.2大客流空間分布特征（1）由于大多數(shù)乘客上下班，乘客的流動有所相似，于是導(dǎo)致電梯上行人上下行不均衡的問題，可以使用不平衡系數(shù)來反映這種不平衡程度。α2越趨近于1時，上下行客流分布更加均衡；反之，α2越大，則上下行客流分布不均衡程度更加大:α2=max式中：α2——上下行方向人流不均衡系數(shù)；pmax上行——上行方向最大截面pmax下行——下行方向最大截面（2）地鐵站的客流分布也不均勻。例如在不同出入口、不同閘機(jī)、不同檢票區(qū)、不同車門、不同通道、不同樓梯等出都可能出現(xiàn)人流不均衡的現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，長沙地鐵換乘客流空間分布有以下幾個特征：方向不平衡由于進(jìn)入和離開車站并換乘的乘客的出行目的與方向不同，因此客流有多個匯合點(diǎn)，形成了多個擁堵點(diǎn)。如若有良好的中轉(zhuǎn)方式，清晰的中轉(zhuǎn)指示標(biāo)志和合理的設(shè)施布置有利于減少中轉(zhuǎn)次數(shù)和緩解乘客的擁擠。b、高集中性換乘站的客流主要分為兩類，即該站的正常入站和出站乘客和多線交換客流，所以導(dǎo)致?lián)Q乘站人群擁堵，總客流比其他普通站點(diǎn)高。c、沖擊性乘客的到達(dá)是不連續(xù)的，當(dāng)列車進(jìn)出站時，客流會呈現(xiàn)出脈沖式分布規(guī)律，會在短時間內(nèi)形成強(qiáng)大的客流沖擊。6.3本章小結(jié)本章以長沙地鐵四號線阜埠河換乘樞紐站為研究對象，首先詳細(xì)介紹了阜埠河站的相關(guān)情況，再根據(jù)實(shí)地收集的數(shù)據(jù)總結(jié)出阜埠河站大客流的時間分布特征與空間分布特征。工作日屬于雙向峰型，節(jié)假日屬于全峰型?？臻g分布特征有：方向不均衡、高集中性、沖擊性。7基于Anylogic的長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散仿真7.1仿真場景參數(shù)設(shè)置7.1.1場景仿真根據(jù)阜埠河站站廳層的具體布局和實(shí)地調(diào)研，阜埠河地鐵站地下一層呈T字型分布，整體尺寸約為50m*40m，手扶電梯長25m，寬2m，根據(jù)地鐵站的結(jié)構(gòu)圖在AnyLogic中進(jìn)行布局構(gòu)建，如圖6-1所示：圖7.1阜埠河地鐵站仿真7.1.2變量設(shè)置通常變量分為通用變量和設(shè)置變量。常規(guī)變量表單個代理程序的變改量，集合變量表示集合中集群的變改量。兩個智能體通過連接不同的變量來建立不同的關(guān)系。在行人行為庫中，主要用PedSource、PedEscalator、PedService、PedGoTo、PedSink等元素控件來連接各個流程，來規(guī)定行人逃生的路徑。PedSource是疏散模擬的起點(diǎn)，個體的生成元素模塊，可以在此模塊中設(shè)置行人的初始和預(yù)期速度以及疏散組的總數(shù)，還可以設(shè)置到達(dá)規(guī)則和時間參數(shù)。PedEscalator是仿真疏散中的電梯，這一模塊根據(jù)地鐵站真實(shí)情況設(shè)置。PedService是行人服務(wù)元素模塊，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置接受服務(wù)的行人行為并執(zhí)行此過程。PedGoTo是對于行人個體的控制元素模塊，可控制行人（即行人在行走時）的方向和特征，并可以控制整個人群的疏散趨勢。PedSink是模擬疏散的終點(diǎn)，經(jīng)此過程的被疏散人員已到達(dá)安全區(qū)，行人個體的仿真結(jié)束，從終點(diǎn)消失。7.1.3參數(shù)設(shè)置（1）人流量參數(shù)設(shè)置結(jié)合第六章，經(jīng)過對長沙地鐵的實(shí)地調(diào)研，了解到地鐵客流在工作日符合雙峰向型，在節(jié)假日符合全峰向型。為進(jìn)一步研究阜埠河站的人群疏散，根據(jù)實(shí)際調(diào)查2021年04月04日清明節(jié)高峰段客流量，如下表6-1所示：時間間區(qū)客流量/人時間間區(qū)客流量/人6:30-7：0043615:00-16：008437:00-8：0067916:00-17：009528:00-9：0083517:00-18：0011369:00-10：00100318:00-19：00125310:00-11：0091919:00-20：0076911:00-12：00108620:00-21：00114912:00-13：00104421:00-22：00106913:00-14：00117022:00-23：0098514:00-15：0079423:00-23：30769表7-1長沙地鐵阜埠河換乘樞紐站節(jié)假日一天內(nèi)客流量表高峰期四號線一節(jié)車廂約有70人，一輛車共有六節(jié)車廂，共計420人；三號線一節(jié)車廂約有35人，一輛車共有六節(jié)車廂，共計210人。取節(jié)假日人流量最多時刻，即1253人數(shù)在一樓大廳或站臺上等待以及高峰期三、四每號線各兩班列車的人流量，共2513人次進(jìn)行仿真，根據(jù)就近原則，四號線設(shè)置十一條路線，三號線設(shè)置九條路線。四號線人流量設(shè)置如圖7.3所示：圖7.3四號線人流量三號線人流量設(shè)置如圖7.4所示：圖7.4三號線人流量即逃生初始人數(shù)設(shè)置為150*11+100*9=2550人次。（2）速度參數(shù)設(shè)置當(dāng)突發(fā)情況發(fā)生時，乘客需要從地鐵中下車，搭乘扶手電梯到達(dá)站廳，并選擇閘機(jī)口出站，在這個過程中，我們可以認(rèn)為乘客均會加快步行速度，即便在扶手電梯上，乘客也會采取在電梯上加快步伐上樓的決策。因此，對于建模來說，所需要確定的參數(shù)分別是乘客在突發(fā)情況下的前進(jìn)速度，此外，盡管突發(fā)情況下閘機(jī)會保持常開，但受限于閘機(jī)通道的寬度，勢必會影響通過閘機(jī)口的速度，這個速度也是需要統(tǒng)計的。對于這兩個速度，進(jìn)行突發(fā)情況實(shí)地模擬下，得到步行的二倍速作為乘客速度，初步認(rèn)為此速度是服從（2，3）（單位：m/s）的均勻分布，如圖6.5所示，通過閘機(jī)的速度以正常刷碼過閘的速度計，服從（0.5，1）（單位：s）的均勻分布，如圖7.6所示。注：此時的舒適速度看做行人的期望速度。圖6.5行人速度圖7.6行人通過閘機(jī)速度7.2阜埠河現(xiàn)狀疏散仿真分析7.2.1突發(fā)情況下有關(guān)地鐵設(shè)施及人的選擇的假設(shè)假設(shè)1：在突發(fā)情況下，所有的電梯均改為上行，所有閘機(jī)口保持常開；假設(shè)2：考慮到閘機(jī)口的寬度，即便是突發(fā)情況，閘機(jī)口一次只允許通過一個人；假設(shè)3：初步認(rèn)為突發(fā)情況下乘客依舊能夠保持秩序排隊依次出站。7.2.2仿真過程分析運(yùn)行相同時間下，有疏散進(jìn)度明顯滯后的路線，有的閘機(jī)口排隊人數(shù)過多，形成堵塞，造成堵塞原因是行人沒有規(guī)律、盲目選擇閘機(jī)和出口。圖7.7疏散過程示意圖7.2.2仿真結(jié)果當(dāng)最后一個乘客消失在出口時，仿真結(jié)束，阜埠河疏散現(xiàn)狀總疏散時間為384s。圖7.8疏散過程結(jié)束示意圖7.3基于改進(jìn)的阜埠河疏散仿真模擬7.3.1改進(jìn)方案（1）改進(jìn)方案的提出根據(jù)第四章分析出的長沙地鐵換乘站的現(xiàn)存問題，乘客疏散標(biāo)識占比較大，以及第五章提出的改進(jìn)社會力模型，再結(jié)合上一節(jié)現(xiàn)狀仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題，可以提出針對地鐵疏散路線的優(yōu)化方案：在客流量保持不變的情況下，針對四號線加入工作人員的規(guī)范引導(dǎo)，依舊根據(jù)就近原則，將十一條路線規(guī)劃成八條路線；針對三號線，由于閘機(jī)8距離三號線的電梯距離均等且相近，疏散過程造成堵塞，于是提出分散閘機(jī)8的疏散人數(shù)的優(yōu)化方案，同樣通過引導(dǎo)將人流均勻分布在各個閘機(jī)口。（2）改進(jìn)后的參數(shù)設(shè)置改進(jìn)后四號線人流量設(shè)置如圖7.9所示：圖7.9四號線人流量改進(jìn)后四號線疏散路線設(shè)置如圖7.10所示：圖7.10四號線疏散路線改進(jìn)后三號線人流量設(shè)置如圖7.11所示：圖7.11三號線人流量設(shè)置改進(jìn)后三號線疏散路線設(shè)置如圖7.12所示：圖7.12三號線疏散路線7.3.2改進(jìn)后仿真結(jié)果及分析（1）改進(jìn)后仿真結(jié)果當(dāng)最后一個乘客消失在出口時，仿真結(jié)束，基于改進(jìn)阜埠河疏散總疏散時間為273s。（2）改進(jìn)后仿真結(jié)果分析在不改變客流量以及行人速度的條件下進(jìn)行優(yōu)化，疏散高峰時段各閘機(jī)口排隊情況基本相同，沒有優(yōu)化前的閘機(jī)不規(guī)則排隊情況。疏散時間從384s減少到273s，同比減少了28.9%。綜上所述，加入引導(dǎo)力會對行人疏散產(chǎn)生約束，即便是疏散路徑和疏散選擇更少了，卻可以在突發(fā)事件發(fā)生時更高效地疏散人群，增加行人的疏散效率，節(jié)省疏散時間。7.4本章小結(jié)本章以大客流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，使用Anylogic軟件對阜埠河現(xiàn)狀進(jìn)行仿真建模，得出其疏散時間與疏散效率，再結(jié)合改進(jìn)后的社會力模型進(jìn)行仿真優(yōu)化，得出最終的改進(jìn)方案。8長沙地鐵換乘樞紐大客流應(yīng)急疏散優(yōu)化對策8.1長沙地鐵換乘樞紐車站環(huán)境設(shè)計優(yōu)化8.1.1提高疏散出口的疏散效率長沙地鐵站的一些設(shè)施是固定的，如安檢機(jī)，應(yīng)急疏散時乘客無法快速通過，使乘客擁擠在此，從而降低了乘客疏散的效率。因此，為了使車站內(nèi)部規(guī)劃更加合理科學(xué)，需調(diào)整出口設(shè)施的放置，以確保逃生線路保持寬闊，減少疏散時間。針對此問題，可以以可移動的形式設(shè)置安檢機(jī)，當(dāng)人流量大時，可以大幅度擴(kuò)大安全門，使乘客可以更快地通過那里，避免擁堵?；蛘叽罂土骺梢耘R時增加安全檢查通道，由此減少固定安檢機(jī)數(shù)量，必要時可通過移動通道或者撤銷圍欄等物品來提高客流疏散速度。8.1.2增設(shè)不同方式的疏散標(biāo)識和疏散路線結(jié)合長沙地鐵大客流調(diào)研分析后，發(fā)現(xiàn)節(jié)假日大客流的乘客多數(shù)為外地來長的旅客，對地鐵站內(nèi)線路情況熟悉程度很低，突發(fā)緊急事件時，乘客無法快速做出判斷選擇出口，且隨著時間延長，乘客負(fù)面情緒將激增，使現(xiàn)場更加混亂。因此，車站應(yīng)在候車廳內(nèi)設(shè)置相關(guān)路線，以幫助旅客了解逃生路線的基本概念，在緊急情況下，他們可以及時為乘客提供現(xiàn)場指導(dǎo)，并找到最近的逃生出口。結(jié)合軟件仿真情況可給出建議：在地鐵站的轉(zhuǎn)角設(shè)置動態(tài)疏散標(biāo)志，或在候車廳的顯示屏播放此處逃生路徑的最佳選擇。除此之外，若突發(fā)事件發(fā)生，需將逃生路線展現(xiàn)在廣告大屏幕上，以便乘客清晰地獲得逃生路線。8.2長沙地鐵換乘樞紐車站大客流流量管理方案8.2.1加強(qiáng)突發(fā)事件的預(yù)測在一些主要的假期中，可能會有大量的人流，且夏日長沙多有突發(fā)雷暴雨天氣，惡劣天氣也會導(dǎo)致突發(fā)性大客流。相關(guān)部門應(yīng)提前為大客流提供預(yù)防計劃和組織方案，確?？土鞯囊琅f流通，避免堵塞擁擠的情況出現(xiàn)。此外，應(yīng)采取各種方法來提高乘客的安全意識，并培養(yǎng)對緊急情況的常識，與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使乘客能夠更有效，更直觀地了解相關(guān)的安全知識。8.2.2控制線路內(nèi)客流當(dāng)車站采取站內(nèi)客流控制后無法解決擁堵問題時，應(yīng)控制線路內(nèi)客流?？梢愿鶕?jù)每天線路高峰時段的車站數(shù)據(jù)來限制流量，并且可以關(guān)閉登機(jī)通道和票務(wù)點(diǎn)以限制乘客流量。在一定的人數(shù)范圍內(nèi)，相對于車站控制點(diǎn)的乘客流量，線路控制的乘客流量將在每個車站實(shí)施乘客流量限制。8.3長沙地鐵換乘樞紐車站人員管理8.3.1有效引導(dǎo)乘客疏散面對突如其來的緊急情況，乘客會產(chǎn)生恐慌和害怕的心態(tài)，無法選擇確切的疏散路線，會在閘機(jī)口處擁擠堵塞，這將增加總體疏散時間。根據(jù)優(yōu)化仿真結(jié)果可得：為了確保疏散過程的秩序，工作人員可以通過擴(kuò)音器引導(dǎo)乘客，且應(yīng)安排相關(guān)人員在地鐵站的每個分叉口引導(dǎo)乘客，以及可以引導(dǎo)乘客從不同步行梯進(jìn)行疏散，增強(qiáng)乘客的安全感，并有序地撤離出口，有效地提高了疏散效率，使乘客在最短的時間離開事故發(fā)生地。8.3.2疏導(dǎo)乘客情緒面對緊急情況時，乘客會產(chǎn)生負(fù)面情緒，無法保持鎮(zhèn)定的態(tài)度和心理因此無法選擇正確的逃