在过去几十年中，地铁系统经历了快速发展。由于地铁系统具有高可靠性和准时性等优点，越来越多的通勤者选择地铁作为日常出行的主要方式（Cui和Nelson，2019年；Shen等人，2017年）。因此，新地铁线路开通后不久，每日客流量通常就会达到甚至超过其设计容量，尤其是在人口密集的城市中心。结果，地铁站经常挤满上下车的乘客，导致不便、延误以及偶尔的安全问题。作为连接不同楼层的关键交通工具，垂直行人通道（如楼梯和自动扶梯）附近总是挤满乘客，这在紧急情况下增加了踩踏事故的风险。例如，2018年10月23日，在罗马的Repubblica地铁站，拥挤的足球球迷跳上了自动扶梯，随后扶梯突然加速并坠落，导致24名乘客受伤（Contributors，2018年）。2019年5月10日，在墨西哥城9号线的高峰时段，另一起自动扶梯事故中，数十名乘客卡在上升的自动扶梯顶部，没有空间下到站台上，最终导致乘客从台阶上跌落，造成4人受伤（Torres，2019年）。表1列出了地铁站内发生的踩踏事故。
从表1中的事故可以看出，楼梯和自动扶梯的有限空间和倾斜结构使得行人的运动状态比在平地上更不稳定。因此，设施故障、建筑环境以及垂直行人通道上超载的乘客等因素增加了踩踏事故的风险。因此，确保垂直行人通道的乘客流动顺畅对于乘客和地铁公司管理者来说至关重要。
考虑到使用楼梯和快速移动的自动扶梯的困难和风险，电梯被设计为供老年人、残疾人以及携带大件行李的乘客使用。然而，由于电梯的承载能力有限，大多数乘客仍选择使用楼梯和自动扶梯来换层。通过在地铁站的观察发现，楼梯和自动扶梯通常成组放置，以满足上下行乘客的需求（Shen等人，2017年）。因此，上下车的乘客在楼梯-自动扶梯组的出口/入口附近会发生碰撞。由于乘客在交叉行人流时需要避免碰撞（Helbing，2005年；Helbing，2002年；Helbing，2001年）或逆流（Ma，2010年），上下车的乘客都必须减速，从而导致他们在站台上的效率降低。同时，不当的布局或这些行人设施的故障也会导致堵塞和人员伤亡（Schadschneider等人，2008年）。因此，应仔细研究垂直行人通道对地铁站站台流动性能的影响（Ge，2010年；Wu，2014年；Zhou等人，2015年），以提高地铁站的安全性和效率。
有研究表明，楼梯和自动扶梯是地铁站疏散过程中的关键瓶颈（Zhong，2022年），楼梯和自动扶梯停止工作会大大延长疏散时间（Li，2019年）。作为多层地铁站中乘客换层的关键工具，楼梯和自动扶梯组的布局和位置会影响疏散效率（Li，2019年；Wang等人，2021年）。为了提高疏散效率，研究人员改变了自动扶梯的运行模式，反向运行可以显著加快疏散过程（Yao，2008年）。此外，楼梯上的扶手也能有效提高疏散效率（Wang，2020年）。Zhang（2023年）的研究基于涡流特性分析了自动扶梯入口和出口的拥挤问题，结果表明增加护栏的长度和减小进流角度可以有效减少进流人群的压力和疏散时间。此外，行李也是影响垂直行人通道上行人流动的重要因素（Shi，2021年）。除了地铁站内楼梯和自动扶梯的物理特性外，恐慌行为也会降低疏散效率（Li等人，2010年）。
为了揭示影响这些垂直设施容量的因素，一项实证研究重点关注了下行和上行楼梯上乘客的轨迹（Shi，2021年；Chen等人，2017年；Zhou等人，2015年；Shi，2024年）。研究结果表明，乘客在楼梯上的速度受到人群中携带行李的比例（Shi，2021年；Shi，2024年）、楼梯坡度（Wang，2021年）、能见度（Chen，2018年）和步频（Zhou等人，2015年）等因素的影响。此外，行走方向也会影响在楼梯上的运动特性，上行乘客之间的间隔大于下行乘客（Zhou等人，2015年）。因此，楼梯的容量会根据乘客的方向而变化。与单向楼梯相比，如果有双向乘客流，楼梯的容量会下降（Lai等人，2012年），因此控制楼梯的移动方向是提高乘客效率的有效方法。
此外，Eves等人（2008年）的实地调查显示，40.1%的乘客选择使用楼梯而不是相邻的自动扶梯，当楼梯宽度增加到初始值的两倍时，这一比例增加了17.2%（Kang等人，2010年）还通过收集和分析光明站的数据研究了地铁站内行人设施的性能。他们发现，在地铁站内使用自动扶梯是长距离转移的最有效方式（Cheung和Lam，1998年）。Cheung和Lam在高峰时段调查了公共交通火车站的乘客行为，校准了垂直行人通道中乘客的行走时间函数，并定义了垂直设施的通行能力（LOS）。他们发现，乘客在选择下行方向的设施时比上行方向更敏感。
此外，基于模拟实验，不同的行人模型被开发出来用于评估不同建筑设计中的乘客流性能（Yao，2010年）构建了一个带有FDS + EVAC®的地铁站疏散模型；模拟结果的疏散效率与根据《中国地铁设计规范》（M.o.H.a.U.-R.D.o.P.s.R.o.，2013年）计算的结果进行了比较。他们建议在计算自动扶梯和楼梯的容量时应应用一个折减因子（Wang和Xu，2015年）。Wu（2014年）通过使用Pathfinder®进行了不同楼梯入口形式的疏散场景模拟，并将数值模拟结果与根据《中国地铁设计规范》（M.o.H.a.U.-R.D.o.P.s.R.o.，2013年）和《美国国家消防协会规范》（NFPA，2023年）计算的结果进行了比较。他们发现，模拟结果与《美国国家消防协会规范》的结果一致；然而，当将模拟结果与实际疏散时间进行比较时，他们发现数值模拟可以产生更可靠的结果（Wu，2014年）。其他影响因素，如工作人员指导和指示标志，也通过数值方法进行了探讨（Xu，2010年）。
从对运输枢纽站内垂直行人通道的相关研究中，我们发现乘客选择走楼梯上楼的意愿、楼梯护栏的布局和长度会影响地铁站内的乘客效率。为了找出上述设计参数的最佳值，本研究建立了模型来模拟多层地铁站内站台上的乘客流动。同时，确定了垂直行人通道的关键影响因素和最佳参数范围，并验证了引导30%–40%的乘客使用楼梯、在楼梯和自动扶梯之间设置1–1.5米长的护栏以及在高乘客流量情况下自动扶梯速度提升的有限效果，为设施设计和运营提供了定量参考。此外，在火灾疏散情况下，进一步详细研究了可移动设施对疏散效率的影响。提出了以安全为导向的疏散布局和管理策略，明确了可移动设施的优先管理原则（例如，优先拆除占用主要疏散路线的护栏），并验证了部分拆除可伸缩护栏可以将疏散时间缩短3%–5%，这为提高运输枢纽的安全性和效率提供了技术支持。本文的其余部分安排如下：第2节介绍了嵌入心理压力的模型和乘客的路线选择策略。第3节介绍了模拟场景。第4节展示了模型的结果和讨论。最后一部分给出了结论。
