基于元胞自动机的换乘枢纽车站人员安全疏散研究

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1、基于元胞自动机的换乘枢纽车站人员安全疏散研究李蒙刘苹余宏亮武汉科技大学湖北省普通高等学校人文社会科学重点研宄基地产业政策与管理研宄中心摘要：换乘枢纽车站人员疏散要求不明确具体，仿真研宄使其在设计阶段可进行安全评估。结合突发事件下人员的行为特征，基于元胞自动机模型，综合分析人员与环境、人员自身之间的交互。依据己有地铁设计规范，模拟某虚拟车站高峰期人员疏散过程。仿真结果显示:站厅层安全隐患较小，而站台层存在一定安全隐患,通过改变工作人员位置，可改善疏散效率。关键词：安全疏散;换乘枢纽午站;元胞自动机;仿真

2、;作者简介：李蒙，男，1984年，博士研究生，武汉科技大学管理学院副教授，工程管理系副主任，主要研宄方向为安全管理。收稿日期：2016-12-12基金：湖北省教育厅科学技术研究计划青年人才项目(Q20141109)ResearchonSafetyEvacuationatTransferHubStationBasedonCellularAutomatonLIMengLIUPingYUHongliangWuhanUniversityofScienceandTechnology;Abstract：Requi

3、rementsfortransferhubstationevacuationarenotclearsothatitcanconductasecurityassessmentatthedesignstage.Combinedwithhumanbehavior,itcomprehensivelyanalyzesinteractionbetweencrowdsandenvironmentbasedonextendedcellularautomaton.Inaccordancewiththeexistedsu

4、bwaydesignspecification,avirtualstationevacuationprocessinrushhoursissimulated.Theresultsshowthatsafetyrisksofconcourseislow，butrisksofplatformisrelativelyhigher.Theevacuationefficiencycanbeimprovedbychangingthepositionofthestaff.Keyword：safetyevacuatio

5、n;transferhubstation;cellularautomaton;simulation;Received：2016-12-120引言随着国家对棊础设施的投资力度逐步增大，城市轨道交通线网不断扩大。由于轨道车站设计必须满足客流需求且在保证乘降安全的条件下应布置紧凑，以方便管理，因此，处在市中心城市轨道交通换乘枢纽车站更是具有客流量大、空间封闭狭小、结构复杂以及出u少等特点。相对其它站点，这类换乘枢纽车站发生突发事件的可能性较大，易导致人员伤亡。0前，关于换乘枢纽车站的人员疏散要求并不明确具体

6、，传统的理论计算难以在车站设计阶段进行有效的安全评估m。引入虚拟仿真技术，能够对换乘枢纽车站中人员疏散安全进行评估，也为分析车站设计的合理性提供依据。在安全疏散的仿真研宄中，元胞自动机模型被广泛应用，取得了较好的效果。研究方式分为两类:第一类是研究环境与人群之间的交互，如Zhao等m提出二维(环境与人群)随机元胞自动机模型来研究人群的动态撤离方式，Perez等位1在改变不同房间结构条件下用元胞自动机描述人群撤离过程，以及唐方勤等U1结合地理信息系统运用元胞自动机构建人员疏散行为模型等。另一类是研究人群

7、之间的交互，如李蒙等1^1松用元胞自动机模拟人员在某特定地下建筑的动态疏散过程，schuitz等m在考虑潜在斥力、挤压效果以及路径选择的基础上模拟丫机场人员的疏散过程，Fang等M提出棊于元胞自动机的人群双向移动时的疏散过程等。本文拟综合运用元胞自动机模型考虑环境与人群和人群之间的交互，结合《地铁设计规范》(GB50157—2013)对车站布局，并依据突发事件下人员的行为规则扩展元胞的行为规则，以虚拟的换乘枢纽车站为原型进行人员疏散仿真。通过仿真分析，找到换乘枢纽车站人员疏散过程中的瓶颈，分析影响疏散

8、效率的关键因素，并提出相应地设计及管理措施。1基于元胞自动机模型的设计框架元胞自动机的原理是将元胞规则地排列在被称为“元胞空间”的空间格网上，它们各自的状态根据上一时刻该元胞的状态及其所有邻元的状态来进行更新。因此，应建立基于元胞自动机的空间网络并设置元胞的行为规则。空间M络以及元胞领域的设定则依据车站的一般环境信息，而元胞的行为规则则取决于突发事件下疏散人员的行为属性。为使疏散仿真模型尽量客观反映换乘枢纽车站物件布置及人员的属性，根据设计文件的一般要求