城市轨道交通系统行人密集,空间封闭,存在大客流拥挤和紧急疏散风险,尤其是火灾情况下,乘客安全面临较大威胁。各类城市轨道交通规范和既有研究中对乘客在车厢内和乘降过程的运动关注不足,在疏散研究中通常忽略乘客在车厢内的疏散时间,对隧道内乘客疏散安全的规定也未明确。同时,受到实验条件和人员安全保障的限制,对火灾条件下乘客复杂疏散行为特性的认识不足,相关数据的缺乏已经成为城市轨道交通人员安全疏散研究的瓶颈。因此,本文围绕城市轨道交通车厢的乘客运动和应急疏散展开研究。建立地铁系统乘客运动行为仿真模型;构建基于虚拟现实技术的地铁乘客疏散互动实验平台,利用沉浸式的实验和多重数据采集方法研究地铁火灾条件下的乘客疏散特性;同时结合计算机模拟分析不同疏散工况下车厢乘客所需安全疏散时间和不同火灾工况下乘客疏散安全性。综合调查、实验和模拟结果,提出合理的应急疏散建议,为维护城市轨道交通运营安全、完善应急管理和实现智能化决策提供有力的理论依据和数据支持。首先,根据地铁乘客在车辆、站台等设备设施上的运动特性,构建适用于城市轨道交通特征的多智能体乘客运动仿真模型,为VR实验平台中虚拟乘客的运动建模奠定基础。在微观层面,围绕乘客在列车内和乘降过程的运动,分析乘客在车厢内及乘降过程中的运动和受力特点,结合分子动力学和社会力模型,建立了多智能体地铁列车乘客运动模型,并进一步分析了影响乘客疏散效率的因素。在战略和战术层面,基于对城市轨道交通乘客路径规划行为特征的分析,考虑路径选择动机、偏好和多种不确定性因素,提出了基于预估时间的双层动态路径规划算法,赋予行人智能化自主寻路的能力。基于对地铁火灾时人员疏散过程的分析和乘客疏散心理、行为问卷调查,利用Unity3D、3DMax等开发和建模工具,将虚拟现实技术、多智能体乘客运动仿真、火灾演变数值模拟和多重数据采集手段进行集成设计,开发了地铁应急疏散虚拟现实互动模拟实验平台,为火灾条件下的乘客疏散研究提供直接的研究方法和操作平台。实验平台包含虚拟设备单元、实验场景单元、数据交互单元和疏散资源单元四个主要部分,通过Server端设置不同的实验场景和参数组合;虚拟乘客和多用户联机的设计实现了对疏散中乘客社会行为的考察;多智能体乘客运动仿真模型的加载实现了虚拟乘客的运动和行为控制;为构建更加真实的火灾场景,基于计算流体力学,考虑车内材料燃烧特性和位置分布,采用不均匀网格划分,对列车火灾的发展进行数值演变模拟,分析了地铁列车火灾演变特性,并将模拟结果加载到实验平台,一方面用于实现火灾场景的动态可视化展示,另一方面用于动态评估火灾环境下疏散人员的生存状态。借助VR互动实验平台,以真人实验的方式,通过逼真的浸入式疏散环境、真实的乘客运动和应急反应,结合视频记录、动态坐标捕捉和心率追踪等多重数据采集方式获取乘客在火灾环境下于列车、站台和隧道内疏散全过程的第一手资料。基于获得的多源数据分析乘客疏散中的行为、运动和心理特点,得到乘客在疏散各阶段花费的时间、运动速度、非疏散行为及其影响因素;提出定量描述乘客恐慌程度的方法,研究恐慌心理对乘客行为和运动的影响。基于调研和实验得到的乘客疏散特征,借助计算机模拟技术研究地铁列车火灾疏散的乘客安全性。依据实验和问卷结果标定了乘客个体属性和运动参数,考虑乘客的非疏散行为,通过计算机模拟分析北京地铁所有现役车型在不同客流负荷下进行站台疏散、疏散平台疏散和轨面疏散时的列车必需安全疏散时间,比较隧道疏散中不同疏散组织措施的疏散效率,为车辆选型和疏散组织优化提供建议和参考。针对列车在隧道内起火并就地疏散的不利情况,将乘客疏散和火灾演变相结合进行应急疏散综合模拟。基于计算流体力学模拟分析了不同环控措施和疏散组织方式对列车火灾发展的影响;通过对列车和隧道建筑模型的一致性小空间划分,实现人员疏散环境中火灾的动态扩展,并采用有效剂量分数FED量化火灾环境对疏散人员的影响。从列车和车厢的逃生成功率、伤亡时间和分布、可用安全疏散时间等方面分析不同客流负荷、起火位置、环控措施和疏散组织条件下的乘客疏散安全性,提出不同工况的应急响应和疏散救援建议。