曹 凱，張 寧

（東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，南京 211189）

1 概述

國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的推進(jìn)致使車站服務(wù)壓力越來越大，高峰時(shí)段乘客進(jìn)站的主要矛盾已經(jīng)成為安檢排隊(duì)?！吨腔鄢擒壈l(fā)展綱要》提出，要研究與城軌交通客流相適應(yīng)的智慧安檢，探索票檢、安檢合一的新模式[1]。近年，國(guó)內(nèi)一線城市如北京、上海、廣州等已經(jīng)開展了新安檢模式的試點(diǎn)研究[2-4]，在此背景下，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)局勢(shì)，結(jié)合新安檢模式對(duì)現(xiàn)有安檢進(jìn)行配置優(yōu)化。

新安檢模式在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用處于起步階段，武漢地鐵[5]推出了“三位一體”智慧出行方案，使乘客無需刷卡就能快速通過安檢進(jìn)站；文獻(xiàn)[6] 提出了差異化安檢的實(shí)施方案；文獻(xiàn)[7] 對(duì)新時(shí)代國(guó)內(nèi)城市軌道交通運(yùn)行模式進(jìn)行了探索研究；文獻(xiàn)[8] 針對(duì)早高峰大客流優(yōu)化了安檢設(shè)備布局，提升了其通行能力；文獻(xiàn)[9-10] 總結(jié)提出了智慧安檢系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)；文獻(xiàn)[11] 基于運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)對(duì)現(xiàn)有安檢進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化；秦柳[12]從集中判圖角度優(yōu)化了軌道交通安檢的人力資源配置;王紫薇[13]提出了基于人臉識(shí)別和信用登乘的乘車方案，提升了出行效率;文獻(xiàn)[14] 通過引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，為新安檢模式的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐。本文以現(xiàn)有車站進(jìn)站通行能力為基礎(chǔ)，構(gòu)建進(jìn)站客流仿真模型，系統(tǒng)提出基于差異化安檢模式的安檢配置優(yōu)化策略，從而提升乘客進(jìn)站效率。

2 車站進(jìn)站通行能力

車站進(jìn)站通行能力制約了最大進(jìn)站客流量，同時(shí)為安檢配置優(yōu)化策略的制定提供了基本依據(jù)。

2.1 進(jìn)站乘客分類

安檢通過能力主要與服務(wù)時(shí)間有關(guān)，對(duì)乘客進(jìn)站安檢服務(wù)時(shí)間影響最為顯著的因素是安檢機(jī)類型和乘客行李[15]。本文依據(jù)乘客行李數(shù)量將進(jìn)站乘客分為以下4 類，如表1 所示。

表1 乘客屬性分類Tab.1 Passenger attribute classification

2.2 進(jìn)站設(shè)施通過能力分析

2.2.1 安檢通過能力

安檢的實(shí)際通過能力取決于乘客屬性，由不同類型乘客的比例確定。在建立乘客攜帶行李安檢能力模型時(shí)，可采用帶有權(quán)重的分布函數(shù)。帶有權(quán)重的分布函數(shù)其概率密度如公式（1）所示。

其平均值即為各權(quán)重與平均值之積的累加，如公式（2）所示。

進(jìn)一步地，容易得到安檢帶包乘客服務(wù)時(shí)間的平均值如公式（3）所示。

公式（3）中Ubag表示安檢通道帶包乘客服務(wù)時(shí)間的平均值。pb、pc、pd分別為3 類帶包乘客所占比例；ub、uc、ud分別為3 類乘客安檢時(shí)間的加權(quán)平均值。

安檢通道的通過能力如公式（4）所示。

公式（4）中，Csc為安檢通道通過能力；c1、c2分別為帶包、無包通道的通過能力；n1、n2分別為帶包、無包通道數(shù)量；k1、k2分別為無包、帶包通道的調(diào)整系數(shù)。

2.2.2 檢票閘機(jī)通過能力

現(xiàn)有閘機(jī)絕大多數(shù)為門扉式，實(shí)際運(yùn)行過程中，由于乘客之間非無縫銜接，閘機(jī)無法達(dá)到最大通過能力?；A(chǔ)計(jì)算如公式（5）所示。

公式（5）中Cafc為閘機(jī)組最大通過能力；ca為單個(gè)閘機(jī)通過能力；na為閘機(jī)數(shù)量；uafc為乘客平均通過時(shí)間。

2.2.3 檢票閘機(jī)通過能力

1）通道

通道是車站內(nèi)連接不同設(shè)施或用于站內(nèi)換乘的步行空間，是引導(dǎo)乘客進(jìn)站流線的重要方式，本文主要研究雙向通道，其通過能力計(jì)算如公式（6）所示。

公式（6）中，Cpw為通道最大通過能力，人次/小時(shí)；cpw為單位寬度通過能力，人次/(小時(shí)·米)；dpw為通道有效寬度，m；kpw為通過能力調(diào)整系數(shù)，一般取1。

2）樓梯

因涉及高峰時(shí)段，本文研究主要以雙向樓梯為主，其最大通過能力計(jì)算如公式（7）所示。

其中Cst為通道最大通過能力，人次/小時(shí)；cst為單位寬度通過能力，人次/(小時(shí)·米)；dst為通道有效寬度，m；kst為通過能力調(diào)整系數(shù)，一般取1。本文在計(jì)算進(jìn)站通過能力時(shí)，以樓梯通過能力為準(zhǔn)。

2.3 基于TOC的進(jìn)站通行能力確定方法

依據(jù)約束理論（Theory of Constraints，TOC），車站整體通行能力是指未加載客流的狀態(tài)下，車站內(nèi)各設(shè)施通過能力的最小值，站點(diǎn)內(nèi)部通過能力最小的節(jié)點(diǎn)決定了整個(gè)車站的通行能力。

3 城市軌道交通安檢配置優(yōu)化策略

差異化安檢模式主要思路是將進(jìn)站乘客分類，不同類型的乘客前往對(duì)應(yīng)通道進(jìn)行安檢。因此，乘客分類是差異化安檢的前提。

3.1 差異化安檢模式

差異化安檢的核心思路是通過乘客分流和安檢機(jī)布局兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。乘客分流時(shí)，采取鐵馬護(hù)欄將安檢通道分為快速通道和常規(guī)通道，具體方案如圖1 所示。

圖1 差異化安檢布局Fig.1 Differentiated security check layout

1）安檢通道分離

根據(jù)安檢通道區(qū)域?qū)⑵浞譃榭焖偻ǖ篮统Ｒ?guī)通道兩部分。

2）常規(guī)安檢通道改進(jìn)

通過移動(dòng)安檢機(jī)，將常規(guī)安檢通道分為兩路，判圖機(jī)位移至安檢機(jī)末端橫向布置，這樣使得乘客到達(dá)率減半，且安檢服務(wù)率不變，顯著提升通行效率。

3）快速安檢通道布局

快速通道需與常規(guī)通道錯(cuò)位布置并設(shè)置單向門，若乘客識(shí)別失敗則引導(dǎo)進(jìn)入常規(guī)通道安檢。

4）安檢人員配備

在差異化安檢模式中，每個(gè)安檢機(jī)至少配置3名安檢員，1 名負(fù)責(zé)判圖，1 名負(fù)責(zé)行李復(fù)核，1 名負(fù)責(zé)快速通道指引。

3.2 臨時(shí)安檢配置優(yōu)化方案

根據(jù)居住型車站早高峰時(shí)段進(jìn)站客流激增的特點(diǎn)，本節(jié)以南京地鐵某站為例，從臨時(shí)安檢配置角度給予優(yōu)化建議。

為充分利用現(xiàn)有站廳空間，結(jié)合高峰時(shí)段進(jìn)站乘客遠(yuǎn)大于出站乘客的特點(diǎn)，可將部分出站閘機(jī)改為臨時(shí)進(jìn)站閘機(jī)，具體優(yōu)化方式如圖2 所示，流程如下。

圖2 臨時(shí)安檢配置方法Fig.2 Temporary security check configuration method

1）早高峰時(shí)段出站人數(shù)較少，可將部分出站閘機(jī)臨時(shí)改為進(jìn)站閘機(jī)。

2）車站西側(cè)僅有1 號(hào)進(jìn)站口，部分乘客通過臨時(shí)安檢進(jìn)站，另一部分通過常規(guī)安檢進(jìn)站，并設(shè)置臨時(shí)安檢點(diǎn)。

3）車站東側(cè)有兩個(gè)進(jìn)站口，3 號(hào)口進(jìn)站乘客直接通過臨時(shí)安檢通道檢票進(jìn)站，2 號(hào)口進(jìn)站乘客通過現(xiàn)有安檢進(jìn)站。

3.3 檢票閘機(jī)配置優(yōu)化方案

本文將現(xiàn)有閘機(jī)配置方式分為兩種。方案A:檢票閘機(jī)組與乘客流線平行。該布置形式適用于站廳寬度受限的情況。方案B:檢票閘機(jī)組與乘客流線垂直。這種布局形式適合站廳寬度充裕、有足夠空間橫列閘機(jī)組的車站。

本文借助微觀仿真模型對(duì)進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)行配置優(yōu)化，采用Anylogic 仿真軟件觀測(cè)分析自動(dòng)檢票機(jī)兩側(cè)、樓梯處密度圖變化情況。

1）方案A 仿真分析

以正常狀態(tài)客流量作為進(jìn)站乘客進(jìn)行仿真，仿真密度如圖3 所示。

圖3 進(jìn)站閘機(jī)方案A仿真Fig.3 Simulation of entry gate scheme A

結(jié)果顯示，因?yàn)殚l機(jī)配置方式與乘客流線平行，導(dǎo)致乘客優(yōu)先選擇距離較近的閘機(jī)，并且限制了遠(yuǎn)端閘機(jī)的利用率，最大客流密度位于距離近端閘機(jī)的區(qū)域。

2）方案B 仿真分析

以正常狀態(tài)客流量加載并運(yùn)行仿真模型，乘客進(jìn)站策略保持不變，運(yùn)行仿真結(jié)果如圖4 所示。

圖4 進(jìn)站閘機(jī)方案B仿真Fig.4 Simulation of entry gate scheme B

結(jié)果顯示，進(jìn)站客流密度在進(jìn)入閘機(jī)前趨于平衡，雖然最右側(cè)遠(yuǎn)離樓梯的閘機(jī)利用率仍然較低，但是整體均衡性較好。

3）進(jìn)站閘機(jī)布局優(yōu)化

為進(jìn)一步優(yōu)化布局，將進(jìn)站閘機(jī)分為兩組，一組與乘客流線平行布置，另一組則與乘客流線垂直布置，如圖5 所示。另外位于站廳中部的自動(dòng)扶梯可在高峰期臨時(shí)調(diào)整為下行。

圖5 進(jìn)站閘機(jī)優(yōu)化方案仿真Fig.5 Simulation of entry gate optimization scheme

仿真結(jié)果顯示，雖然平行配置閘機(jī)組相對(duì)垂直方向客流密度仍然較大，但整體密度得到了有效緩解。

總的來說，在車站站廳橫向空間受限的情況下，可采用方案A 進(jìn)行布置；方案B 則經(jīng)濟(jì)性不足，雖然閘機(jī)的利用率相對(duì)均衡，現(xiàn)實(shí)情況下乘客刷卡后會(huì)在轉(zhuǎn)彎處大量堆積，反而降低了進(jìn)站效率；優(yōu)化方案由于借助中部下行扶梯分流了部分進(jìn)站客流，增加了乘客進(jìn)站的舒適度。

4 城市軌道交通安檢配置優(yōu)化策略

按照上述3 種優(yōu)化方案，本節(jié)提出高峰期間提升乘客進(jìn)站效率的具體策略，具體步驟如下。

Step1：優(yōu)化策略初步判斷。安檢配置優(yōu)化方案的選擇需要綜合考慮進(jìn)站客流量和進(jìn)站通行能力，不同類型車站可選擇不同的安檢模式，具體如表2所示。

表2 安檢配置優(yōu)化策略初步判斷Tab.2 Preliminary judgment on optimization strategies for security check configuration

Step1.1：當(dāng)進(jìn)站客流量遠(yuǎn)小于進(jìn)站通行能力，即Qin＜0.6，表明無需進(jìn)行優(yōu)化，或僅考慮優(yōu)化進(jìn)站流線，轉(zhuǎn)Step5。

Step2：差異化安檢模式。在初步判斷結(jié)束后，若需要優(yōu)化，優(yōu)先采取差異化安檢模式，調(diào)整適配仿真模型參數(shù)，若優(yōu)化結(jié)果滿意轉(zhuǎn)Step5，否則轉(zhuǎn)Step3。

Step3：臨時(shí)安檢配置優(yōu)化。當(dāng)采取差異化安檢模式后，若安檢運(yùn)行狀態(tài)仍然不理想，可將部分出站閘機(jī)調(diào)整為臨時(shí)進(jìn)站閘機(jī)，若優(yōu)化結(jié)果滿意，轉(zhuǎn)Step5，否則轉(zhuǎn)Step4。

Step4：閘機(jī)布局優(yōu)化。此方案能夠優(yōu)化進(jìn)站閘機(jī)區(qū)域密度，當(dāng)連續(xù)進(jìn)行差異化安檢模式和臨時(shí)安檢配置優(yōu)化后，絕大多數(shù)情況下能夠提升進(jìn)站效率，轉(zhuǎn)Step5。

Step5：優(yōu)化策略流程結(jié)束。

為了使運(yùn)營(yíng)方綜合考慮采取最優(yōu)策略，本文依次采取基于差異化安檢模式的3 種優(yōu)化方案對(duì)現(xiàn)有安檢進(jìn)行優(yōu)化。

5 實(shí)例分析

本文以南京地鐵某站為例，通過計(jì)算車站進(jìn)站通行能力，對(duì)比優(yōu)化前后安檢通過效率，驗(yàn)證安檢配置優(yōu)化策略的有效性。

5.1 車站概況及模型建立

某站為居住型車站，工作日客流量巨大。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，工作日早高峰平均進(jìn)站客流超過了7 000人次；進(jìn)站乘客方面，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的736 個(gè)有效樣本，A 類乘客占比23%，B 類乘客占比42%，C 類乘客占比32%，D 類乘客占比3%；安檢通過時(shí)間方面，A 類乘客為3.29 s，B 類乘客為8.8 s，C 類乘客為10.59 s，D 類乘客為15.86 s，以此數(shù)據(jù)作為仿真建模的依據(jù)。

5.2 車站進(jìn)站通行能力計(jì)算

某站不存在換乘，高峰期主要為進(jìn)站乘客，因此，本文不考慮出站乘客，僅計(jì)算進(jìn)站通行能力。

1）安檢通過能力

進(jìn)站通道一共有3 臺(tái)安檢機(jī)，站廳東西兩側(cè)各有1 臺(tái)安檢機(jī)，另外中間部位有1 臺(tái)安檢機(jī)，每個(gè)安檢區(qū)域有2 條行人通道，1 條通道為帶包通道，1條為無包通道。

帶包通道通行能力c1和無包通道通行能力c2計(jì)算如公式（9）、（10）所示。

實(shí)際情況下，帶包通道中一般有多名乘客同時(shí)接受安檢，取k1＝5，無包通道中同樣會(huì)有多名乘客排隊(duì)，且安檢員會(huì)對(duì)乘客進(jìn)行人身抽檢，取k2＝1，故進(jìn)站安檢通行能力Csc如公式（11）所示。

2）進(jìn)站閘機(jī)通過能力

據(jù)統(tǒng)計(jì)，乘客刷卡通過閘機(jī)時(shí)間一般為1.8 s，站廳兩側(cè)進(jìn)站閘機(jī)數(shù)量為12 臺(tái)，考慮到乘客排隊(duì)刷卡情況，取ka＝0.8，故進(jìn)站閘機(jī)通行能力如公式（12）所示。

3）通道通過能力

進(jìn)站通道包括了進(jìn)入車站到站廳之間的長(zhǎng)通道、安檢至檢票閘機(jī)之間的通道和刷卡進(jìn)站到樓扶梯之間的通道，取其最小寬度2 m，則通道通行能力如公式（13）所示。

4）樓梯通過能力

此處樓梯主要是指站廳到站臺(tái)之間的步行樓梯，主要服務(wù)于下行乘客。其通行能力為4 200 人次/小時(shí)，兩側(cè)樓梯寬度均為1.8 m，其通過能力如公式（14）所示。

根據(jù)公式（8），天潤(rùn)城站進(jìn)站通行能力為8 790人次/小時(shí)，總的來說現(xiàn)有安檢配置并不能滿足高峰期的通行需求，由此得出安檢區(qū)域?yàn)檫M(jìn)站通行能力的決定性區(qū)域。

5.3 差異化安檢模式通過能力

根據(jù)車站實(shí)景分別建立優(yōu)化前后仿真物理環(huán)境，本文通過對(duì)比優(yōu)化前后安檢通過人數(shù)和排隊(duì)長(zhǎng)度等關(guān)鍵指標(biāo)，能夠得出安檢通行效率的提升情況。

如圖6 所示，在運(yùn)行模型后，站廳客流密度保持持續(xù)高位，但是采用差異化安檢模式后，安檢通道隊(duì)列變得井然有序。

圖6 優(yōu)化前后客流密度熱力圖對(duì)比Fig.6 Comparison of passenger flow density thermal maps before and after optimization

如圖7 所示，在采用差異化安檢模式后，兩側(cè)排隊(duì)長(zhǎng)度明顯縮短，西側(cè)最大排隊(duì)人數(shù)由77 人縮短為45 人，東側(cè)由170 人縮短為87 人，均得到了明顯改善。

圖7 優(yōu)化前后安檢排隊(duì)長(zhǎng)度對(duì)比Fig.7 Comparison of security line lengths before and after optimization

安檢通過能力以兩側(cè)通過安檢的客流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果為準(zhǔn)，優(yōu)化前安檢通過能力為1 085 人，優(yōu)化后通過能力為1 237 人，乘客整體進(jìn)站效率提升了14.0%，達(dá)到了優(yōu)化的目的。

5.4 臨時(shí)安檢配置通過能力

根據(jù)臨時(shí)安檢通行模式完成模型適配，結(jié)果顯示，安檢排隊(duì)人數(shù)與單純采用差異化，得到了進(jìn)一步優(yōu)化。其中，東西兩側(cè)安檢排隊(duì)人數(shù)分別減少為38 人和36 人。此外，相同時(shí)間內(nèi)通過安檢的通過能力從1 237 人增加到1 398 人，整體進(jìn)站效率提升了13.0%，說明此優(yōu)化方案有效。

5.5 檢票閘機(jī)配置優(yōu)化后通過能力

在上述優(yōu)化基礎(chǔ)上，繼續(xù)優(yōu)化檢票閘機(jī)布局，運(yùn)行結(jié)果顯示：采用閘機(jī)配置優(yōu)化方案后，相同時(shí)間內(nèi)通過安檢的進(jìn)站乘客從1 398 人變?yōu)? 396 人，雖然整體進(jìn)站效率保持不變，但是該優(yōu)化措施能夠改善區(qū)域最大客流密度，在疏解區(qū)域客流密度方面起到了關(guān)鍵作用。

6 結(jié)束語

本文主要針對(duì)高峰時(shí)段進(jìn)站客流擁堵現(xiàn)狀，提出了差異化安檢模式，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行仿真優(yōu)化研究。結(jié)果表明：天潤(rùn)城站高峰時(shí)段進(jìn)站客流量非常接近其通過能力；現(xiàn)有安檢配置方案很難滿足高峰時(shí)段進(jìn)站需求；本文提出的安檢配置優(yōu)化策略能夠顯著提升乘客進(jìn)站效率。本文研究有助于差異化安檢模式的普及，為運(yùn)營(yíng)方安檢優(yōu)化方案的制定提供參考。