行人仿真模擬在地鐵車站設(shè)計中的應(yīng)用

朱 嬿 晨

(1.同濟大學(xué)，上海 200092； 2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海 200235)

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行人仿真模擬在地鐵車站設(shè)計中的應(yīng)用

朱 嬿 晨1,2

(1.同濟大學(xué)，上海 200092； 2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海 200235)

以1號線人民廣場站為例，利用Legion行人仿真軟件，對高峰小時客流進行了仿真分析，根據(jù)人民廣場站的實際需求，標定行人行為參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，建立Legion仿真模型，分析了仿真過程中可能存在的擁擠問題和安全隱患，從而提出相應(yīng)的改善措施和優(yōu)化方案，為今后人民廣場站項目改造時的設(shè)計方案提出合理有效的建議。

行人仿真軟件，地鐵，客流，車站

0 引言

近年來，人們越來越多的尋求行人仿真軟件的輔助，希望通過行人仿真的計算對地鐵車站進行分析、評估、優(yōu)化，并提出切實可行的意見。由于Legion軟件的易用性以及它能夠智能地、較為真實地模擬人的移動、超越、擁堵、移動速度調(diào)整等，因而被業(yè)內(nèi)認為是目前最好、最有效的行人仿真與分析工具。

本文以1號線人民廣場站為研究背景，采用Legion仿真軟件，對人民廣場站早高峰時期的客流進行仿真分析，并且提出相對的車站改善優(yōu)化方案，為之后的人民廣場站項目改造時的設(shè)計方案提供借鑒和參考。

1 行人仿真技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

1.1 國內(nèi)外的行人仿真技術(shù)發(fā)展

國外在20世紀70年代的時候，就對行人交通仿真技術(shù)開始了研究，Henderson(1971)[1]用流體力學(xué)模型研究并分析了行人交通。在90年代的時候，學(xué)者Helbing(1992)[2]提出了“社會力”模型。在20世紀末得到了廣泛的開發(fā)與應(yīng)用。國外已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的行人仿真軟件有PAXPORT，NOMAD，BuildingEXODUS，Steps，Anylogic，Legion等。這些軟件主要是用于建筑物，機場，地鐵或火災(zāi)情況下的緊急疏散等方面。

Legion行人仿真軟件最早的原型是“VegAS”人員疏散仿真系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是由英國Warwick大學(xué)的一個研究小組研究發(fā)明的。隨后Legion國際公司(Legion International, Ltd.)對“VegAS”進行投資，并召集了大批的物理學(xué)專家、數(shù)學(xué)專家、計算機專家等，花費數(shù)年開發(fā)出了Legion行人仿真軟件。目前，Legion行人仿真軟件被認為是業(yè)內(nèi)最有效的、功能最強大的、模擬最精確的仿真分析系統(tǒng)之一，其仿真技術(shù)得到了非常好的效果和充分的認可。

該軟件在各種大型場館疏散及地鐵車站規(guī)劃中均進行了使用，例如2000年的悉尼奧運會場館，2004年雅典奧運會場館，2008年北京奧運會場館，中國香港地鐵規(guī)劃以及紐約地鐵規(guī)劃，這些場館及地鐵的仿真分析均收到了良好的效果。

1.2 行人仿真技術(shù)的應(yīng)用意義

在以往的車站建筑設(shè)計中，設(shè)計者往往難以將交通流線、客流組織方案與車站設(shè)計緊密結(jié)合。因為傳統(tǒng)的設(shè)計對行人實際需求的考慮往往是處于靜態(tài)的，無法切實的體會到乘客在車站內(nèi)行走的空間感受，無法精確的發(fā)現(xiàn)乘客在行走過程中的互相干擾和對沖情況，也無法更直觀和有效的對車站的空間使用率進行合理有效的評價。而行人仿真軟件最大的優(yōu)勢就是在于可以通過計算機模擬對行人的行走路徑和行走空間的使用作出直觀的評價，并對設(shè)計方案的結(jié)果作出預(yù)測，進而優(yōu)化設(shè)計方案，得到最合理的建筑設(shè)計方案。因此，在地鐵車站設(shè)計中，進行行人仿真模擬計算是十分有必要的。

2 1號線人民廣場站的建筑布局及客流

2.1 建筑布局及仿真范圍

人民廣場站位于上海市黃浦區(qū)人民廣場，是軌道交通三條線的換乘站，三條線分別是1號線、2號線和8號線。三條線均為地下島式站臺，其中8號線站臺與1號線站臺為平行關(guān)系。

圖1為1號線人民廣場站的站廳站臺建筑布局圖，其中橢圓區(qū)域表示不同的換乘客流的走向。1號線人民廣場站一共有4組樓扶梯，高峰期間，扶梯均為向上走行。

此次仿真模擬擬取人民廣場站1號線的站廳層和站臺層進行仿真模擬，時間段為早高峰時間段內(nèi)的8:00～9:00。

2.2 客流數(shù)據(jù)

根據(jù)票務(wù)中心提供的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)早上8:00～9:00時段內(nèi)的客流量最大，見表1。

表1 1號線、2號線、8號線客流量結(jié)算結(jié)果 人/h

2.3 Legion行人仿真軟件的參數(shù)標定

早高峰時間內(nèi)的乘客大部分為上班的通勤客流。一般通勤客流對所乘坐的車站的站內(nèi)環(huán)境都比較熟悉，因此他們的走行步速也會比非通勤客流快一些，且大都會選擇最短路徑前進，為此本次仿真做如下假設(shè)：

1)本次仿真中的行人步速主要采用中國人通勤時的速度。

2)本次仿真根據(jù)通勤的中國人的行走特征來對個體進行有關(guān)參數(shù)設(shè)定。

3)根據(jù)對現(xiàn)場的調(diào)研，扶梯的速度按GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范[3]中的0.65 m/s來設(shè)定。

3 1號線人民廣場站仿真分析

3.1 仿真分析結(jié)果

圖2為仿真結(jié)果總圖，圖中的小圓點代表來往各條線的客流。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，大部分上下客流在樓扶梯處擁堵，有對沖的現(xiàn)象，詳見圖3中的圓形區(qū)域。

根據(jù)仿真分析結(jié)果可知：

1)站廳站臺內(nèi)的整體客流密度較密集，存在一些較明顯的擁堵狀況。

2)站廳的平均密度主要集中在0.308 人/m2～0.718 人/m2的范圍內(nèi)，少部分超過1.076 人/m2的主要是集中在樓扶梯口處。

3)站臺的平均密度大部分在高于2.153 人/m2的范圍內(nèi)，甚至最高密度有到10 人/m2的瞬間。

3.2 存在的問題及建議

從仿真結(jié)果可知，1號線人民廣場站主要的擁堵點和瓶頸點在樓扶梯處和站臺區(qū)域，這兩處較容易造成擁堵的情況，若客流不能夠及時疏散光，則會對站臺和站廳造成較大的影響，甚至對車站運營和乘客安全造成危險。

因此，建議在之后的改造項目中，在可行的情況下，對樓扶梯進行改造，增加通過能力，使乘客快速到達站廳層和站臺層，避免在樓扶梯口處的擁堵。并且可以采取增加欄桿隔離的措施，更好的引導(dǎo)客流。

4 結(jié)語

地鐵交通作為現(xiàn)代城市居民主要出行的交通工具，也會使得車站內(nèi)的客流量越來越多。引入行人仿真技術(shù)必將是一個勢不可擋的趨勢。運用行人仿真軟件對地鐵車站客流進行仿真模擬研究，能達到幫助優(yōu)化和改善地鐵車站的建設(shè)的目的，為地鐵的發(fā)展提供更好的作用。

[1] Henderson L. F. On the Fluid Mechanics of Human Crowd Motion[J].Transportation Research,1974(8):509-515.

[2] Helbing D. Self-Organization Phenomena in Pedestrian Dynamics [C].Godon and Breach, London, U.K. : F. Schweitzer, ed，1997.

[3] GB 50157—2013，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

Application research of pedestrian simulation in the design of metro

Zhu Yanchen1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.ShanghaiAcademyofTunnelEngineeringRailTransitDesign,Shanghai200235,China)

This paper uses the Legion software to simulate the step-by-step movement of pedestrian in People’s Square station(Line One), and analyzes the related important parameters by actual data. The paper also tries to find the congestion and hidden danger in the process of simulation, and propose the improvement measures and optimization schemes, try to put forward the reasonable suggestions for the future reconstruction of the People’s Square station.

pedestrian simulation software, metro, passenger flow, station

1009-6825(2016)05-0007-02

2015-12-08

朱嬿晨(1985- )，女，在讀工程碩士，助理工程師

U231.4

A