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原文传递基于排队网络模型及行人仿真的车站应急疏散能力研究

论文题名：	基于排队网络模型及行人仿真的车站应急疏散能力研究
关键词：	地铁车站;应急疏散;排队网络;走行设施;能力评估
摘要：	随着国民经济的快速发展和城市化进程的不断推进，城市交通需求日益旺盛，由此引发了交通拥堵等一系列城市交通问题。地铁因其运量大、速度快、环保等优点，逐渐成为解决城市地面交通问题的一个重要措施。然而，由于地铁封闭式的结构特征，当发生火灾、爆炸等事故或因大型活动产生超大客流时，人员疏散更容易产生潜在的安全问题。由于地铁车站的疏散能力是保证安全和高效疏散的关键，因此为了降低突发事件和超大客流下人员疏散时发生事故的概率，就需要事先对地铁车站的应急疏散能力进行评估。地铁疏散能力不仅与车站内部走行设施（楼梯、扶梯和通道等）的几何属性有关，也与设施间的空间连接结构有关，影响因素十分复杂。如何对地铁车站疏散能力进行科学评估，以识别疏散瓶颈，并提出解决方案是一个具有重要理论价值和实践意义的难题。　　本文首先采用M/G/c/c排队网络模型计算与评估地铁车站应急疏散能力，识别出站内走行设施的瓶颈，然后运用Pathfinder软件进行仿真实验，并对两种方法的计算结果进行对比分析，最后提出了提高疏散能力的措施建议。具体的研究内容如下: 　　(1)研究和梳理了地铁应急疏散能力的基础理论。首先，结合《地铁设计规范》对地铁车站疏散时间、疏散能力等概念进行了明确，指出了既有计算方法的局限性。其次，分析了车站应急能力的影响因素，主要包括走行设施的几何属性、空间连接结构以及行人疏散特性等。最后，提出了应急疏散能力评价的三个指标，分别为疏散时间、客流密度以及设施瓶颈。　　(2)构建了地铁车站应急疏散能力评估的M/G/c/c排队网络模型。基于排队论相关基础理论，首先构建了地铁车站内单设施的M/G/c/c排队模型。然后，在车站物理网络拓扑结构的基础上分析了行人疏散路径，并在此基础上建立了地铁车站应急疏散能力评估的M/G/c/c排队网络模型。最后，给出了基于该模型的应急疏散能力评估框架并设计和实现了模型的求解算法。　　(3)构建了行人在分流型设施处的概率选择优化模型。首先分析了应急疏散情况下的行人在节点处对下行设施的选择的影响因素，其次对车站内设施之间的连接关系进行了总结，分析了不同连接关系下的到达率传递关系。再次，针对分流型设施，构建了概率选择的非线性规划模型。模型的目标是最大化下行设施的总输出率。最后，设计一个小规模算例验证了该模型的有效性。该模型是对M/G/c/c的排队网络模型的进一步的完善，使得模型计算结果与实际情况更为符合。　　(4)完成了基于改进的M/G/c/c排队网络模型的地铁应急疏散能力评估案例分析。选取北京地铁建国门车站作为案例背景，通过实地调研获得车站的几何空间结构、车站设施几何参数以及行人宏观运动特性（速度-密度函数），在此基础上规划出在应急情况下的乘客疏散路径;然后通过编程实现模型计算，并得到应急情况下建国门车站的相关设施的排队长度、排队时间及输出率以及疏散时间等指标，以此得到建国门车站的疏散能力的评估结论。　　(5)运用Pathfinder软件对建国门地铁站进行疏散仿真试验。利用调研获取的数据（包括行人的性别和年龄比例等）搭建了仿真环境，并在此基础上进行了实验。仿真软件可以输出疏散时间、客流密度等疏散能力评价指标，针对这些指标，对排队网络模型的计算结果和仿真计算结果进行了对比分析，验证了M/G/c/c排队网络模型在地铁车站应急疏散能力评估方面的有效性。最后，基于以上两种方法的建国门站疏散能力评估结果，提出了提高车站疏散能力的措施和建议。
作者：	丁晓青
专业：	交通运输规划与管理
导师：	徐杰;董宏辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文