随着我国城市化进程的不断加快,城市轨道交通在整个城市公共交通中所占的比重逐年提高。在早晚高峰时段,部分客流量较大的车站,尤其是换乘车站内部常常会出现行人拥挤的现象,一旦发生意外情况,极易演变为行人的拥挤踩踏事故。因此,有必要对地铁车站内的人群拥挤踩踏事故风险进行系统研究。如果能有一套科学合理的量化风险、评价风险的方法,不但可以为车站客流管控提供决策支持,而且可以为乘客出行选择提供信息服务以引导客流需求。基于这一认识,本文系统研究了地铁车站内客流拥挤踩踏风险量化和评价方法。本文从人群内部挤压力和行人稳定性基本理论出发,运用数值模拟和仿真技术手段,建立了行人基本运动参数与力学参数之间的关系,结合现场调研获得的行人心理参数,提出了一种地铁车站内部人群拥挤踩踏风险的测算和评估方法。论文主要研究内容和成果如下:(1)对地铁车站内拥挤踩踏事故风险特征进行统计分析,得到了风险评价的主要参数通过对国内近年来地铁车站内发生的重大拥挤踩踏事故的统计分析,本文总结了拥挤踩踏事故的两类风险特征:一是存在拥挤致伤和失稳致伤两种固定的致伤形式;二是存在人群局部密度过大和恐慌情绪传播两类典型的发生前兆。基于地铁车站内的这些风险特征,提出了风险评价模型的基本输入参数,包括人群局部密度、行人数量和心理因素。(2)建立了地铁站内拥挤踩踏风险EMFP评价模型建立了考虑行人聚集环境状况(Environment Factors)、运动状况(Motion Factors)、受力状况(Force Factors)和心理状况(Psychological Factors)四种因素的地铁车站内行人拥挤踩踏风险评价模型(EMFP模型)。对于行人心理状况因素,采用行人密度与滞留时间对于行人心理影响函数来表征,并运用调查问卷数据对密度-恐慌度k(ρ)与滞留时间-焦虑度j(t)两个行人风险感知函数的参数进行了标定;对于聚集环境状况、运动状况和受力状况因素,基于行人挤压力模型和稳定性模型,建立了不同场景下行人基本参数与风险指标之间的函数关系,计算出挤压风险指数和失稳风险指数,同时分析确定了指数值区间与拥挤踩踏风险等级划分之间的对应关系。(3)建立了地铁站内高风险场景下行人挤压力仿真模型基于离散颗粒流理论(DEM)与改进的社会力模型建立了高密度行人流挤压力仿真模型,运用离散颗粒流仿真平台PFC2D中内置的FISH语言编写了仿真模型程序,实现了地铁车站内“站台-上车门处”和“通道-上行楼梯处”两个高风险场景下的拥挤行人挤压力仿真计算。采用控制变量法研究了最大挤压力Fmax、平均挤压力Fave、最大挤压合力F合max、平均速度v四个风险指标评价系数与行人数量Q、初始密度ρ0和期望速度v0三个行人基本参数之间的关系,并使用多元非线性回归分析软件1stOpt中的全局通用优化算法包对仿真数据进行了多元非线性回归。(4)建立了单足支撑状态下行人的稳定性模型建立了基于单段倒立摆的人体动力学模型,并利用Lagrange法得到了人体步行单足支撑状态下的动力学方程。将行人受到的挤压合力作为外部扰动作用于人体的质心位置,采用基于能量的人体动态稳定性评价方法,得到以一定速度运动的行人在发生向前或向后失稳时的挤压合力阈值,用来评价以平均速度v运动的人群中遭受最大挤压合力F合max的行人动态稳定性。(5)对北京地铁西直门站内两个场景的拥挤踩踏风险进行了评价根据构建的EMFP风险评价模型,对北京地铁西直门站的“站台-上车门处”和“通道-上行楼梯处”两个风险场景进行了拥挤踩踏风险评价,得到工作日早高峰时段四号线站台上车门处的行人风险等级为中危等级(三级),二号线北厅西侧换乘通道与十三号线上行楼梯瓶颈处为安全等级(六级)。