基于Anylogic的地鐵車站集散能力仿真分析評估

李洪旭，李海鷹，樊 校，許心越

（1.北京交通大學 交通運輸學院，北京100044；2.中鐵特貨汽車物流有限責任公司，北京100070）

AnyLogic仿真軟件是一個專業虛擬原型環境，用于設計離散、連續和混合行為的復雜系統。利用AnyLogic實現地鐵車站設備設施的建模，通過設計不同的仿真場景，對乘客在車站內的集散過程進行仿真，研究車站設備設施的利用情況并分析評估，為軌道交通車站的優化設計提供支持。

1 地鐵車站乘客集散過程建模分析

1.1 車站設施

城市軌道交通車站內部設施由交通工具服務設施、乘客服務設施和信息誘導設施3部分組成，它們相互制約、相互協調，充分發揮各自的功能和優勢，使系統達到整體功能的最優化，為實現出行者乘行舒適、安全快捷的目標而服務。本文仿真研究的主要設施是交通工具服務設施和乘客服務設施，見圖1。

圖1 城市軌道交通車站內部設施

1.2 行人及車流參數確定

行人的宏觀交通行為是大量的行人在某一時段某一區域內所呈現的速度、流量、密度之間相互關系的集體特性。行人流的宏觀輸入參量主要包括速度、人群、來源等。

在設置人群參數時按社會關系分為上學、上班、購物以及其他4組人群，對應Anylogic軟件里的行人流，通過設置不同速度對其進行分類。根

據調查統計，各組行人的速度參數如表1。

表1 不同人群速度

不同時間段各類人群的比例如表2。

表2 不同人群比例

當行人經過扶梯或者排隊進站時會不自覺地形成臨時群，這時需對行人進行統一分類，也就是區別于行人在流動中的屬性，而4組人群在排隊處或者扶梯處所表現的特性大體沒有區別，所以當4組行人流經過排隊區域或扶梯區域要統一進行參數設置。針對各個工作區域的特點定義人群的停留時間分別為：售票口5 s，自動售票機8 s，進站閘機3 s。

按照不同時段的客流量確定列車間隔時間，早晚高峰3 min，非高峰5 min。

2 地鐵車站乘客集散過程仿真建模

2.1 系統中的對象

對象類構成地鐵車站模型的基本元素包括行人產生源、車流、售票系統、進站排隊系統等。行人產生源主要是行人模擬的產生點，運用Anylogic中的source組件來實現，產生行人的位置在進站口及換乘口，產生客流量主要根據調查的數據來確定。

2.2 系統中的模塊及其運行流程

系統中的資源網絡模塊主要用于模擬車站乘客集散過程中車站設備的利用情況；流程處理模塊主要是為了模擬乘客集散的具體處理過程；動畫模塊則是為了直觀的反應客流在車站內移動的情況。

資源網絡模塊主要包括進站乘客流程及出站乘客流程，如圖2和圖3。

流程處理模塊對車站集散系統的基本功能進行模擬，主要有行人流與列車流，行人流又包括進站流及出站流。根據資源網絡模塊對進出站乘客流程的分析在軟件中嵌入對象如圖4。

圖2 進站乘客流程

圖3 出站乘客流程

圖4 軟件客流進站模塊

動畫模塊可以結合網絡模塊實現車站乘客集散實際過程的直觀再現。這個模塊主要運用Anylogic的Group來構建動畫組，分別定義各個分區節點（包括通道、安檢區、進站區、出站區、換乘區、候車區等）的位置以及行人的流線，再將其加入Group，在Network中定義動畫網絡。

3 車站集散能力評估與分析

3.1 車站集散能力評估指標

（1）乘客空間占用量

通過計算出相應設施的乘客空間占用量，評估設施服務水平。服務水平是疏散效率和步行舒適度的綜合評價，通常使用單個行人能夠使用的空間面積來表示，隨著密度的增大，服務水平逐漸下降。

（2）設施平均排隊長度

此項指標主要考慮客流在安檢口、進出站閘機等設施的等待隊列，可以反應進出站、檢票等資源是否足夠。

L隊=∑L隊,i/Ni

式中：Ni為仿真時間的取值時刻點總數；L隊,i為第i個時刻點的客流排隊長度。

3.2 車站集散能力仿真評估

宣武門站是北京地鐵2號線與4號線的交匯點，共有8個出口。

實際調研觀察，宣武門車站各個時段的設備利用程度有很大的區別，所以本文分別針對不同時段對設施的利用情況進行分析評估。

3.2.1 非高峰期集散能力評估

非高峰時段，進出站乘客的數量很少，進出站設備的利用率較小，安檢區域及閘機的排隊區域不存在乘客擁擠現象，而大量的換乘乘客占據著換乘區域的設施，所以主要分析換乘設施的使用情況。實驗中將換乘區域面積設置為10m2，對換乘出口的排隊隊列情況進行統計，圖5為非高峰期仿真場景及統計結果。

圖5 非高峰期換乘客流展示

圖6 換乘口區域客流統計

圖6中在沒有列車經過時，換乘口設定區域的人數為0，當列車到達時，大量乘客涌向換乘口，區域的人數統計量上升，從第4 min開始，區域人數呈上升趨勢，上升到第5 min時人數達到這一階段的高峰，之后人數開始下降，最終客流疏散結束，整個過程大概持續2 min，在這個過程中，區域的人數變化如表3。

表3 換乘口區域服務情況

非高峰期時段到達車流保持在一個較低的水平，給乘客很多的換乘時間，但當兩個方向的車流同時到達車站時，乘客數量會大大增加，在仿真的30 min～45 min時間段，由于兩個方向的列車同時到達，客流量明顯增多，所以客流的疏散時間延長，而且客流的高峰值增大為14人，此時客流空間占有量為0.7m2/人，呈現擁擠狀態，這時換乘口疏散能力的服務水平等級下降，但并沒有達到阻滯狀態，所以在非高峰期，換乘口乃至整個車站的集散能力一定程度上能滿足客流量的變化。

3.2.2 高峰期集散能力評估

高峰期時段上班、上學等人群大量涌入地鐵車站，使得站內客流大大增多，對車站的集散設施提出了更高要求。圖7為進站客流經過安檢區域、自動售票機區域以及人工售票區域的排隊情況。

圖7 進站各區域客流統計

經過統計可得出安檢口的乘客平均排隊人數為9人；自動售票機的乘客平均排隊人數為5人；人工售票區的乘客平均排隊人數為1人。在客流量增多時，安檢處的排隊人數處于擁擠的狀態，實驗中最高值達到15人，形成這一情況的原因主要是安檢機的數量只有1臺，而且位于一個進站口的盡頭處，這一側的乘客需繞到另一側才能經過進站閘機進站，在這個過程中，乘客的不必要路徑較多，使設施的集散能力不能發揮到最大。

應用軟件建立另一場仿真場景，同時放入進站客流及出站客流，圖8為進站客流經過安檢區域與出站客流經過出站閘機區域的排隊情況。

圖8 進出站各區域客流排隊統計

鑒于進出站口設施的布置情況，進站區域的數據采集處為安檢機前的排隊區域，乘客平均排隊人數為5人；出站閘機區域處的乘客平均排隊人數為9人。出站閘機前的排隊人數是隨著列車流的到達呈現上升和下降的趨勢，列車到達時，大量乘客涌向出站閘機，最高人數達到12～14人不等，使區域的乘客空間占有量減少，呈現擁擠狀態，隨著乘客的疏散，區域人數開始下降，最終趨近于自由或半自由狀態。

4 結束語

從上述仿真結果來看，車站存在一些問題，例如設施布置不合理，設備利用情況不充分等。針對車站提出的2點優化：（1）將安檢機布置在與進出站閘機距離較遠的位置，使三者間的干擾減少，提高客流集散能力。（2）適當增設閘機、安檢機及售票機的數量提高車站客流集散能力。閘機應盡量選擇布置在與進站通道的水平線距離較遠的位置，這樣可以起到緩沖的效果。

[1] 許婷. 城市軌道交通樞紐行人微觀行為機理及組織方案研究[D] . 北京：北京交通大學碩士學位論文，2007.

[2] 桂壽平，吳冬玲. 基于Anylogic的五階供應鏈仿真建模與分析[J] . 改革與戰略，2009，25（185）：159-162.

[3] 呂 鵬.地鐵車站乘客集散仿真研究及其在設施協調設計中的應用[D] . 北京：北京交通大學碩士學位論文，2007.

[4] 蔡龍軍. 地鐵樞紐站微觀客流集散模型及仿真[D] . 北京：北京交通大學碩士學位論文，2008.

[5] 錢澤林. 基于有效管理的地鐵換乘站設施設備布置方法研究[D] . 北京：北京交通大學碩士學位論文，2009.

[6] 李三兵. 城市軌道交通車站客流特征與服務設施的關系研究[D] . 北京：北京交通大學碩士學位論文，2009.