基于社会力模型的大型机场航站楼应急疏散仿真及优化研究
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摘 要：近年来，机场航站楼突发事件频繁发生，很多事件由于疏散不当导致滞留人员因恐慌出现混乱，造成踩踏等危险，增加了突发事件的伤亡率。针对这一现象，以济南遥墙国际机场航站楼为例，使用基于社会力模型的AnyLogic仿真软件进行应急疏散模拟仿真，从而呈现旅客在应急状态下真实的行为特性。根据仿真结果对应急疏散方案进一步优化，提出人工疏导应急疏散的优化方案并与优化前仿真方案进行对比，得出该方案能使应急疏散时间缩短的结论。
关键词：航站楼 社会力模型 应急疏散 仿真
中图分类号：V354 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（a）-0167-02
1 引言
近年来，随着民航业的快速发展，民航运输量大大增加，国内外大型机场，特别是大量人流聚集的航站楼，发生突发性事件的可能性急剧上升。究其原因，主要还是源于民航客流量的激增，导致机场突发事件（如火灾、爆炸等）的增加。加之机场航站楼向“综合服务型”发展的趋势，造成航站楼内人员（如餐饮、购物人员）大大增加，从而容易造成出口拥堵，发生人员踩踏、伤亡等事故。
国内外学者通常采用动物实验、人群疏散演练等方法来研究行人应急疏散过程，这些传统方法存在成本高且操作性低[1]等不足。而仿真能较好地避免上述问题，较为准确地预知航站楼旅客进出港流程系统未来发生的情况，可以减少给旅客带来的不便和不必要的资源浪费。因此，本文结合航站楼人员密集的特性，在对机场航站楼规划设计和旅客进出港流程特性分析的基础上，利用AnyLogic软件建立航站楼出发厅突发事件的旅客应急疏散仿真模型并进行模拟，以得到应急状态下旅客行为特性的真实场景。
2 国内外研究综述
国际上对大型公共场所（地铁站、体育场等）人群疏散建模仿真的研究经历了从实测观察、统计分析到数学建模、宏观仿真、微观仿真的历程。人群微观建模仿真[2]始于1985年，其主要研究成果包括：社会力模型、恐慌模型，NOMAD模型，基于元胞自动机的模型，势能场模型和磁场力模型等[3]。模型揭示了目标对行人的驱动力、行人之间、行人与边界等障碍物之间的这些相互作用力会作用在行人身上，从而产生加速度[4]。
作为一种较为复杂的社会动力学现象，人群疏散问题是由人群之间、人群与周围设施之间复杂相互作用共同决定了的人群运动的集体行为，它存在成拱形、阻塞、“快即是慢”[5]等现象。在正常的人群疏散过程中，行人之间没有多余的互相拥挤、推搡，当他们和障碍物将要发生碰撞时就会停止前进。而当情况危急，人群又非常密集时，行人可能相互推挤并且会与他人发生碰撞。
3 济南机场航站楼出发厅应急疏散仿真
3.1 济南机场现状分析
济南遥墙国际机场（以下简称济南机场）占地7200亩，拥有总面积约11.4万m2的航站楼，旅客吞吐量约1200万人次，机场执行航线140余条，平均每周进出港航班1800余架次。到2030年，旅客吞吐量预计将达到5000万人次，这一数字已经超出设计容量，当发生突发事件时，旅客的应急疏散会出现严重问题，因此，对济南机场当前客流量高峰时期旅客应急疏散的状况进行模拟仿真以提高应急状态下疏散效率很有必要。
3.2 实际高峰小时旅客离港人数的确定
为了预测高峰小时的旅客量，美国联邦航空局曾经利用典型高峰小时旅客流量的方法[6]。鉴于国内外预测方法可能会有所不同，结合济南机场实际，本文通过小时离港航班总座位数的最大值与国内航班平均客座率的乘积进行估算。根据济南机场时刻表（夏秋航季2018年3月28日—2018年10月27日）来统计机场每天每小时离港航班总座位数。由于波音738、空客320是济南机场最常见的两种机型，简便起见，我们都以两舱布局进行计算，其座位数分别是波音738为162个、空客320为150个，得到济南机场离港航班机型小时总座位数最大为1248个。根据国内正班航班的平均客座率水平约为80%，计算得到航站楼出发层内实际高峰小时旅客离港的客流量为998人。为了分析的方便，设定济南机场航站楼出发厅内实际高峰小时流量是航站楼出发层的1/2，即500人。
3.3 应急疏散仿真模型运行
根据上述设置的实际高峰小时旅客离港人数，运行应急疏散仿真模型一段时间后，根据仿真状态图得出当出发厅内有100人，应急疏散时间2min时的情形，发现在应急疏散过程中旅客会绕过发生突发事件的值机区域逃生。当模型运行到航站楼出发厅旅客人数为0时，预示应急疏散过程已完结。
4 应急疏散仿真结果与分析
表1给出了应急疏散过程不同时间的总疏散人数和单位时间疏散人数。结果表明，疏散人数为500人时，所需要的疏散时间约为5.5min。
结合表1，图1给出了从整体疏散情况来分析旅客应急疏散的结果。在突发事件刚发生时，旅客不会第一时间逃生，而是要一段时间的反应，然后才会寻找安全出口撤离;一段时间后，单位时间内疏散的总人数才会慢慢增加，直到达到最大值;当疏散继续进行，大多数旅客已经撤离，单位时间内的疏散人数逐渐变少，从而导致疏散效率降低;当疏散持续到最后，所剩的旅客已经寥寥无几。分析图2可知，济南机场航站楼出发厅旅客应急疏散效率较高的时间为从第1min到第3min，疏散的人数也最多。
5 结语
本文采用社会力模型模拟了济南机场航站楼出发厅旅客应急疏散过程，分析了应急疏散过程状态图。结果表明，在旅客应急疏散过程中，开始之后第1～3min是疏散效率最高的时间段。同时，人群密度会较为明显的影响应急疏散的效率。因此，机场相关管理部门可充分利用该时间段，通过人员疏导、设置备用出口、优化应急疏散通道、提高安防人员的专业能力等方式来缩短应急疏散所需时间，以提高旅客应急疏散效率，保障旅客人身和财产安全，促使民航业持续、健康发展。
参考文献
[1] 周杰松.航站楼出发厅突发事件旅客应急疏散研究[D].中国民用航空飞行学院，2017.
[2] 刘一，范卫东，孙立光， 等.航站楼人群应急疏散仿真研究[J].民航管理，2011（3）：65-67.
[3] Helbing.D，Molnar.P.Social force modelfor p-edestrian dynamics[J].PhysicalReviewE，1995，51（5）：4282-4286.
[4] 张培文，孙宏，周杰松.航站楼出发厅应急疏散仿真[J].科學技术与工程，2017，17（35）：156-162.
[5] 邓宇菁，陈鹤天.基于改进社会力模型对人群疏散过程的模拟[J].现代计算机，2019（27）：27-31.
[6] 李明捷.机场规划与设计[M].北京：中国民航出版社，2015.
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