基于Anylogic的地鐵大連北站站廳層 客流組織仿真及優(yōu)化研究

馬彩雯,沙永為

(大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)

地鐵大連北站位于大連地鐵一號(hào)線上，與大連北站高鐵站、大連北站公交站共同組成大連北站交通樞紐。具有日均客流量大、換乘客流多、客流走行復(fù)雜等特點(diǎn)。地鐵大連北站共有兩層，分為地下一層站廳層、地下二層站臺(tái)層，站廳層是乘客進(jìn)入地鐵站最先接觸到的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的設(shè)施布置影響乘客的走行，因此，協(xié)調(diào)好乘客與站廳層設(shè)施之間的關(guān)系、優(yōu)化設(shè)施服務(wù)水平對(duì)提高地鐵車站旅客乘降組織效率尤為重要。

國(guó)內(nèi)外對(duì)地鐵站站廳層設(shè)施布置的研究主要是對(duì)換乘設(shè)施、人行道、樓梯和站臺(tái)等設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)查，建立數(shù)學(xué)模型、仿真及評(píng)價(jià)[1-3]。國(guó)外的研究相對(duì)國(guó)內(nèi)較早，主要結(jié)合路徑選擇，具體研究行人的走行特性[4-5]，而國(guó)內(nèi)則側(cè)重于對(duì)單個(gè)設(shè)施的研究[6-7]。由于地鐵站組成系統(tǒng)復(fù)雜，軌道車站的具體情況難以由單個(gè)設(shè)施的服務(wù)狀況反映，而且我國(guó)具有特殊的國(guó)情，需要考慮到短時(shí)間內(nèi)大量客流的聚集情況，因此，本文依據(jù)地鐵大連北站站廳層設(shè)置布置和調(diào)查得到的客流數(shù)據(jù)，利用Anylogic仿真高峰小時(shí)客流情況來研究客流組織，并提出優(yōu)化措施。

1 地鐵大連北站站廳層設(shè)施布局

地鐵站廳層是連接地鐵車站外部區(qū)域與地鐵站臺(tái)層的過渡集散空間，其主要作用是安全、便捷、快速引導(dǎo)進(jìn)站乘客到達(dá)站廳層和出站乘客離開車站 。地鐵大連北站站廳平面形狀近似為長(zhǎng)方形。站廳層由付費(fèi)區(qū)和非付費(fèi)區(qū)組成，非付費(fèi)區(qū)有售票設(shè)施和安檢設(shè)施，包括自動(dòng)售票機(jī)8臺(tái)、安檢設(shè)施2臺(tái)；付費(fèi)區(qū)里有進(jìn)出站閘機(jī)12臺(tái)。另外，非付費(fèi)區(qū)與付費(fèi)區(qū)還有護(hù)欄、信息設(shè)施、服務(wù)設(shè)施等其他設(shè)施。設(shè)施布置如圖1所示，設(shè)施數(shù)量如表1所示。

圖1 站廳層設(shè)施布置

2 社會(huì)力原理及流線分析

2.1 社會(huì)力原理

社會(huì)力模型基本原理：社會(huì)力模型是連續(xù)型微觀仿真模型，可以給出真實(shí)的行人蹤跡?；诙嗔Ｗ幼则?qū)動(dòng)系統(tǒng)的框架，假定組成人群的個(gè)體具有思考和對(duì)周圍環(huán)境做出反應(yīng)的能力，把人的主觀愿望、人和人之間的相互關(guān)系以及人與環(huán)境之間的相互影響用社會(huì)力的概念來描述，分別表示為以下3種作用力[8]：

1)自驅(qū)力：主觀意識(shí)對(duì)個(gè)體行為的影響可化為個(gè)體所受自己施加的“社會(huì)力”，體現(xiàn)了行人以渴望的速度移動(dòng)到目的地的動(dòng)機(jī)，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為

(1)

2)人與人之間的作用力：指試圖與其他行人保持一定距離所施加的“力”。行人加減速和方向變化方程為

(2)

3)人與墻之間的作用力：墻對(duì)人的影響類似于人與人之間的作用。社會(huì)力方程為

(3)

2.2 流線分析

地鐵大連北站乘客形成的客流流線，按出發(fā)地和目的地不同可分為進(jìn)站客流流線、出站客流流線。進(jìn)站客流流線是指乘客從車站外部進(jìn)入車站而產(chǎn)生的流動(dòng)路線；出站客流流線是指乘客由車站內(nèi)部進(jìn)入車站外部空間而產(chǎn)生的流動(dòng)路線。

進(jìn)站乘車的乘客經(jīng)由車站出入口進(jìn)入車站非付費(fèi)區(qū)，選擇是否需要購(gòu)票或充值后，先進(jìn)行安檢然后經(jīng)由進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)入付費(fèi)區(qū)內(nèi)，選擇合理路徑到達(dá)指定站臺(tái)層乘車。其流程如圖2所示。

圖2 進(jìn)站流線

出站流線在站內(nèi)行走速度比較快，需要的站內(nèi)服務(wù)設(shè)施少，站內(nèi)總體停留時(shí)間較短。普通乘客大連北站出站客流流線如圖3所示。

圖3 出站流線

3 仿 真

3.1 模型基本假設(shè)

1)根據(jù)對(duì)晚高峰客流調(diào)查，進(jìn)站客流間隔時(shí)間服從exponential的指數(shù)分布，其中C口進(jìn)站客流產(chǎn)生的間隔時(shí)間為exponential(1 240/hour())，A1口進(jìn)站客流產(chǎn)生的間隔時(shí)間為exponential(200/hour())，A2口進(jìn)站客流產(chǎn)生的間隔時(shí)間為exponential(200/hour())，出站客流產(chǎn)生的間隔時(shí)間為exponential(1 200/hour())；

2)自動(dòng)售票機(jī)服務(wù)時(shí)間服從triangular(14,43,30) *second()的三角分布；

3)安檢機(jī)服務(wù)時(shí)間服從三角分布uniform(10.0,11.0)*second()的分布，表示乘客通過安檢設(shè)備的時(shí)間為10～11 s；

4)進(jìn)出站閘機(jī)服務(wù)時(shí)間服從uniform(2.0,3.0)*second()的均勻分布，表示乘客通過檢票閘機(jī)的時(shí)間為2～3 s。

綜上所述，各項(xiàng)服務(wù)設(shè)施的屬性與參數(shù)如表2所示。

表2 地鐵大連北站服務(wù)設(shè)施屬性表

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)取值

參照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》及其他城市經(jīng)驗(yàn)，本文以客流密度作為評(píng)估依據(jù)之一[9]。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表3和圖4所示。

表3 客流密度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 仿真底圖

加入仿真底圖，繪制仿真模型動(dòng)畫如圖5所示。

圖4 客流密度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)圖例

圖5 仿真底圖

邏輯圖和環(huán)境建模的匹配和智能體設(shè)置。將邏輯圖中行人產(chǎn)生、到達(dá)、服務(wù)等行為的活動(dòng)區(qū)域與環(huán)境建模中空間標(biāo)記對(duì)應(yīng)，將環(huán)境中的行人設(shè)置為智能體，并設(shè)置其相關(guān)屬性。

3.4 仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果從圖6與圖7可以看出，站廳層行人密度效果圖中安檢區(qū)顏色較重，表明客流集中點(diǎn)主要是在進(jìn)站的安檢區(qū)域，進(jìn)站的安檢處擁堵較為嚴(yán)重。安檢處擁堵的主要原因是設(shè)備數(shù)量無法滿足大客流的需要，并且正在安檢的人群和出站去往高鐵站的人群存在流線交叉，容易造成擁堵。

圖6 地鐵大連北站站廳層平均客流密度

圖7 安檢機(jī)平均排隊(duì)人數(shù)

3.5 仿真優(yōu)化

根據(jù)以上仿真結(jié)果及存在的問題，由于車站已經(jīng)建好，管線已經(jīng)鋪好，閘機(jī)不易變動(dòng)。針對(duì)目前想要緩解擁堵問題，應(yīng)盡量從減少流線交叉、改變行人走行流線、增加硬隔離、加強(qiáng)人為疏導(dǎo)等方面入手。具體改進(jìn)方案如下所示:

1)增加一臺(tái)安檢設(shè)施并增加安檢人員，這樣做的目的是減輕現(xiàn)有安檢壓力，盡量不造成人員擁堵；

2)在出站閘機(jī)外增加引導(dǎo)設(shè)備，使出站乘客避免與安檢排隊(duì)的乘客產(chǎn)生交叉沖突；

3)在安檢處增加工作人員，加強(qiáng)人為疏導(dǎo)；

4)將一處TVM移至C口左端，避免購(gòu)票乘客與安檢排隊(duì)乘客發(fā)生流線沖突。

基于上述方案，對(duì)優(yōu)化后的客流組織進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 優(yōu)化后地鐵大連北站站廳層平均客流密度

圖9 優(yōu)化后安檢機(jī)平均排隊(duì)長(zhǎng)度

5)站廳層行人密度對(duì)比分析。通過對(duì)比優(yōu)化前后的站廳層行人密度效果圖可發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的人流密度圖顏色較淺，相同仿真時(shí)間內(nèi)的黃色及以上區(qū)域數(shù)目少于優(yōu)化之前，表明了優(yōu)化措施的有效性。

6)排隊(duì)人數(shù)對(duì)比分析。優(yōu)化后安檢排隊(duì)人數(shù)最大值不超過15人，與優(yōu)化前對(duì)比效果明顯。

4 結(jié) 語

隨著我國(guó)城市軌道交通的大規(guī)模建設(shè)，此種類型的車站將會(huì)增多。此類車站最主要的缺點(diǎn)是站廳站臺(tái)過小，一旦出現(xiàn)大客流將會(huì)造成安全隱患，必須保證其服務(wù)水平。本文主要針對(duì)此類型車站，以大連地鐵一號(hào)線地鐵大連北站為例，用 Anylogic 在地鐵車站進(jìn)行仿真，找出擁堵點(diǎn)，提出設(shè)備設(shè)施規(guī)模以及客流組織的優(yōu)化建議。

根據(jù)仿真結(jié)果可看出，優(yōu)化方案可以解決出站處擁堵、人流密度過大等問題，此類車站若出現(xiàn)突發(fā)性大客流，對(duì)于車站來說是重大挑戰(zhàn)，因此要及早進(jìn)行預(yù)防，采取必要措施，加強(qiáng)通道通行效率。