北苑交通樞紐行人仿真模擬研究

趙光華 張廣厚

（北京市市政工程設計研究總院1） 北京 100082）

（北京工業大學北京市交通工程重點實驗室2） 北京 100022）

0 引 言

發展以軌道交通為骨干、地面公交為主體、多種交通方式相互協調的綜合客運體系是我國大城市解決日益嚴重的交通問題的關鍵．交通樞紐作為不同交通方式、不同方向客流的轉換點，在復雜而多元化的城市交通系統中具有舉足輕重的作用［1］．設計方便、快捷的綜合交通樞紐行人運動空間，科學、合理地組織各交通方式間客流換乘，可以提高樞紐站運營管理水平和旅客服務質量．

近年來，隨著城市交通樞紐地位的日益增強，有關城市交通樞紐仿真方面的研究也越來越多，主要包括：北京交通大學的張建勛等人，利用VISSIM軟件對地鐵樞紐客流進行微觀仿真分析；北京工業大學，利用Legion行人仿真軟件對奧運場館周邊地鐵站觀眾到達／離開進行微觀仿真分析．總的來說，利用計算機仿真研究樞紐交通問題越來越受到重視．本文利用英國Legion Studio 2006步行人流模擬軟件為平臺，對北苑樞紐內部行人交通組織與空間換乘情況進行了仿真模擬研究．

1 北苑交通樞紐概述

北苑交通樞紐位于北京城中心區的北部，昌平區北苑邊緣集團（天通西苑）的北側，與現狀地鐵5號線終點站天通苑北站相接，是一處集地鐵、長途汽車、公共汽車、快速公交、出租汽車、小汽車等多種交通方式于一體的綜合客運樞紐［2］．

圖1 北苑樞紐位置示意圖

2 微觀行人交通仿真技術

2．1 Legion行人交通仿真軟件

英國Legion公司開發的Legion Studio 2006步行人流模擬軟件，目前被業內認為是最有效的行人仿真與分析工具，廣泛用于交通樞紐、地鐵車站、奧運場館、機場和大型活動等人流聚集區域的步行人流模擬．該技術在2000年悉尼奧運會、2004年雅典奧運會、2008年北京奧運會、2012年倫敦申奧、紐約地鐵規劃和香港地鐵站規劃等項目中得到廣泛的應用，收到了非常好的效果，得到了國際奧委會及業內專家的充分認可和肯定．

Legion人流模擬軟件，由 Model Builder，Simulator和Analyser 3個應用模塊組成，具有直觀友好的可視化人機交互界面，軟件模擬系統具有強大的數據和圖形輸出接口，能夠獲得人流密度、步行時間、觀眾輸散時間、最大排隊長度、最大等候時間等分析數據．

行人仿真測試工作步驟見圖2．

圖2 行人仿真測試工作步驟圖

2．2 行人仿真建模關鍵參數

行人需求數據是行人仿真建模的基礎．根據調查交通樞紐上下班高峰時段行人到達量分布數據積累，歸納、總結相關地鐵車站需求數據規律．行人仿真建模關鍵參數，見表1．

表1 行人仿真建模關鍵參數列表

2．3 仿真結果分析與評價

Legion仿真模擬系統具有強大的數據和圖形輸出接口，能夠獲得人流密度、步行時間、觀眾疏散時間、最大排隊長度、最大等候時間等分析數據，同時，也可以輸出行人活動區域內的人流密度分布和最大密度的持續時間分布等直觀圖形，仿真輸出結果如表2所示，在此基礎上，依據相關設計規范及規定，對行人空間進行密度、步行速度、步行時間以及應急疏散時間等指標進行評價．

表2 仿真輸出結果分析表

3 北苑交通樞紐行人仿真模擬

在本文的研究中，對現有地鐵天通苑北站進行仿真分析，仿真輸出結果驗證了天通苑北站現況的站臺、樓梯、進出站閘機服務水平無法滿足遠期交通功能的需求，需要對車站的相應部分進行改造．對北苑樞紐設計方案運用仿真手段進行驗證，得到樞紐設計方案行人密度均在E級以上服務水平，各類設施通行能力滿足換乘及運營需求．

3．1 地鐵天通苑北站仿真分析

圖3 現況天通苑北站站仿真最大人流密度圖

依據《地鐵設計規范》、Fruin的行人服務水平評價體系［3］，以及北京市地方標準《公共汽電車場站建設標準》，站臺、樓梯設計應達到D級以上服務水平［4］．如圖3所示，天通苑北站現況的站臺、樓梯、進出站閘機服務水平無法滿足遠期交通功能的需要，最大密度圖中灰度區域表示部分樓梯、站臺服務水平已接近F級．在這種狀況下，行人行走、等候過程中感覺極不舒適，存在安全隱患，因此需要對車站的相應部分進行改造．

3．2 北苑樞紐設計方案仿真分析

3．2．1 仿真區域 仿真區域主要為北苑樞紐一層、二層換乘大廳，見圖4．面積約23 700 m2．

3．2．2 仿真基本參數設置及標定

表3 地鐵站行人設施的參數表

地鐵站內行人步速，為了使Legion軟件更好地適應中國地區項目的需要，項目組對北京多個地鐵站及樞紐采集了大量的中國行人實測數據并進行了統計分析，在此基礎上對Legion模型行人步速進行了標定，確定了中國行人的一些重要參數值，并與國外相關研究得到的參數值進行了對比．例如：地鐵站內封閉空間調查結果表明，中國行人自由流速度大致為1．3 m／s，比美國ITE推薦的1．2 m／s略高；地鐵站內樓梯上下行乘客速度統計，速度均值上行為0．73 m／s，下行為0．77 m／s，均與國外相關測試結果相當．

3．2．3 仿真結果與分析 輸出仿真測試界面如圖4所示，行人最大密度見圖5．依據Fruin的行人運動、等候區域服務水平評價體系，換乘樞紐內部行人密度均在E級以上服務水平，各類設施通行能力基本滿足換乘需要，設施之間銜接有序，沒有較為明顯的擁堵區域，高峰小時期間，樞紐內部行人空間整體運行效果良好．

圖4 仿真測試圖

圖5 樞紐空間行人最大密度圖

本文簡要列舉樞紐地鐵站西側站臺及北樓梯分析圖表情況．

如圖6為樞紐地鐵站西側站臺等候區密度情況，等候區行人最大密度為1．25人／m2，大于D級服務水平，整體情況良好，但由于局部點人群聚集，造成站臺乘客分布不均勻，局部區域密度偏大．建議在早高峰期間適量增加工作人員對乘客進行引導，避免乘客積聚．

圖7為樞紐北側站臺密度情況，樓梯處行人最大密度為1．6人／m2，處于E級服務水平以上，沒有明顯的擁堵現象，基本滿足早高峰期間大量公交乘客的換乘需要，樓梯與公交站臺、進口閘機之間的銜接良好．

圖6 西側站臺等候區密度組成圖

圖7 北側樓梯密度組成圖

4 結束語

本研究對北京北苑交通樞紐方案設計內部行人空間的微觀人流仿真建模與分析，介紹了北苑樞紐方案設計概括及現狀天通苑北站基本情況，以及Legion行人交通仿真技術及微觀行人仿真搭建流程．在此基礎上，對現有地鐵天通苑北站和北苑樞紐設計方案進行仿真分析，仿真輸出結果驗證了天通苑北站現況部分設施服務水平無法滿足遠期交通功能的需求，以及樞紐設計方案行人密度均在D級以上服務水平，各類設施通行能力滿足換乘及運營需求．

通過對綜合交通樞紐進行人流仿真研究，可以發現樞紐設計方案人流系統、換乘系統、不同交通設施的問題和不足，幫助相關人員從設施設計和運營方面做出相應的改進．隨著計算機仿真技術在國際交通工程界的推廣，微觀人流仿真作為一種有效的研究方法［5］，將更好地為綜合交通樞紐規劃與設計相關工作提供有力的技術支持分析策依據．

［1］史建港．大型活動行人交通特性研究［D］．北京：北京工業大學北京市交通工程重點實驗室，2007．

［2］北京市市政工程設計研究總院．北苑客運交通樞紐設計方案［Z］．北京：北京市市政工程設計研究總院，2008．

［3］Fruin J J．Pedestrian and planning design［M］．New York：Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners，United States，1971．

［4］Davis A L．Managing large events and perturbations at stations．passenger flow modeling technical review RS021／R．03［R］．Rail Safety and Standards Board，2003．

［5］商 蕾．城市道路交通流仿真系統研究［J］．武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2010，34（3）：587－590．