行人仿真在軌道交通換乘樞紐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

楊 良 覃 矞 閆 銘

(1.深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司，廣東深圳 518026;2.深圳市地鐵集團(tuán)，廣東深圳 518026)

在軌道交通換乘樞紐規(guī)劃建設(shè)中，如何評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)并提高其步行系統(tǒng)的效率及安全可靠性是非常重要的問題和研究?jī)?nèi)容。目前，軌道交通車站在設(shè)計(jì)過程中主要參考地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范及其他相關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，以客流總量預(yù)測(cè)值作為確定車站設(shè)施規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)，采用靜態(tài)和均態(tài)計(jì)算方法。但是隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，多線換乘樞紐客流量大且構(gòu)成復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不能夠充分考慮到行人的微觀行為特征，無法明確評(píng)估復(fù)雜條件下車站設(shè)施設(shè)備布局對(duì)行人運(yùn)動(dòng)帶來的影響，不易發(fā)現(xiàn)客流擁擠區(qū)域和沖突點(diǎn)，從而給后期客流組織帶來隱患。而采用行人微觀仿真輔助設(shè)計(jì)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立行人運(yùn)動(dòng)微觀模型和空間宏觀模型，再現(xiàn)行人在空間中的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，從微觀角度對(duì)車站設(shè)施設(shè)備布局和客流組織方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，能夠有效地對(duì)傳統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行補(bǔ)充。

本文探討以行人仿真作為輔助規(guī)劃手段，針對(duì)深圳市車公廟樞紐初步設(shè)計(jì)方案，借助行人仿真軟件Legion，建立車站空間布局和設(shè)施設(shè)備配置模型以及相應(yīng)行人運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真分析和評(píng)價(jià)，找出設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)并提出相應(yīng)優(yōu)化方案。

1 仿真研究思路

樞紐行人仿真包括基礎(chǔ)參數(shù)分析、建模、仿真分析及方案優(yōu)化三個(gè)階段。第一步，通過現(xiàn)狀調(diào)查及對(duì)研究目標(biāo)年城市軌道交通運(yùn)行特征分析，確定建模基本參數(shù);第二步，輸入樞紐布局方案、客流數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)，建立仿真模型;第三步，基于模型進(jìn)行仿真并依據(jù)仿真結(jié)果(視頻、客流密度分布圖等)進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行方案的優(yōu)化并進(jìn)一步進(jìn)行仿真驗(yàn)證(見圖1)。

圖1 研究思路

2 仿真參數(shù)選取

1)設(shè)施設(shè)備服務(wù)時(shí)間。結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)分析調(diào)查數(shù)據(jù)及結(jié)果，并綜合考慮到本次車站行人仿真客流年限為2041年，隨著軌道網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善、相關(guān)設(shè)施設(shè)備技術(shù)的發(fā)展以及乘客對(duì)于深圳市軌道交通熟悉程度的提高對(duì)設(shè)施設(shè)備服務(wù)時(shí)間帶來的影響，本研究采用相關(guān)設(shè)施設(shè)備服務(wù)時(shí)間指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)施設(shè)備服務(wù)時(shí)間 s

2)自動(dòng)扶梯速度。自動(dòng)扶梯與水平面夾角為30°，切線速度為0.65 m/s(參照《地鐵設(shè)施規(guī)范(2003版)》)。

3)交通卡使用率。根據(jù)調(diào)查，目前深圳市各線路交通卡使用率已經(jīng)達(dá)到70%左右，其中就業(yè)崗位集中區(qū)域使用率高于平均值。本研究認(rèn)為，隨著車公廟地區(qū)遠(yuǎn)期開發(fā)建設(shè)以商業(yè)和辦公為主，就業(yè)崗位集中，客流主要以本地客流、就業(yè)客流為主。同時(shí)受到交通卡優(yōu)惠的影響，遠(yuǎn)期車公廟樞紐深圳交通卡使用率將達(dá)到80%～85%。

4)仿真評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)行人仿真軟件Legion所具有的分析功能，車站行人仿真主要以客流密度和區(qū)域內(nèi)客流平均速度作為評(píng)估依據(jù)。客流密度指的是車站單位面積乘客的數(shù)量，客流平均速度是指區(qū)域內(nèi)行人運(yùn)動(dòng)速度的平均值。本研究采用客流分布密度、步行速度為評(píng)價(jià)依據(jù)以及采用客流平均運(yùn)動(dòng)速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。參照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范及其他城市經(jīng)驗(yàn)，我們采用LOS標(biāo)準(zhǔn)(Fruin，1970)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

表2 仿真評(píng)價(jià)指標(biāo)(行人密度) ped/m2

3 仿真輸入及模型構(gòu)建

3.1 車站布局方案

總體布局為L形三層設(shè)計(jì)方案，樞紐主體位于深南大道和香蜜湖立交交叉口。1/11號(hào)線沿著深南路東西向平行布置，11號(hào)線在1號(hào)線南側(cè)，共用站廳和付費(fèi)區(qū)均在－1層，－2層為兩線各自獨(dú)立的站臺(tái)層;7/9號(hào)線采用平行布置同站臺(tái)換乘。－1層為站廳層，包括非付費(fèi)區(qū)和付費(fèi)區(qū)，－2層為設(shè)備層及7/9號(hào)線換乘站廳，－3層是7/9號(hào)線站臺(tái)層。1/11號(hào)線與7/9號(hào)線采用“L”形站廳付費(fèi)區(qū)換乘方式。站廳層中部為連通的付費(fèi)區(qū)，供換乘客流通過，兩側(cè)為非付費(fèi)區(qū)，供片區(qū)客流進(jìn)出站和過街客流通過(見圖2)。

圖2 樞紐平面布局圖

3.2 客流需求

仿真研究目標(biāo)年為2041年，客流預(yù)測(cè)結(jié)果見表3，圖3。

表3 晚高峰進(jìn)出站客流

圖3 晚高峰換乘客流

3.3 列車開行方案

依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)方案，采用列車開行對(duì)數(shù)、列車編組方案，見表4。

表4 列車開行方案

3.4 客流組織方案

1/11號(hào)線換乘客流通過站廳換乘，7/9號(hào)線采用同站臺(tái)換乘結(jié)合站廳換乘模式。1/11號(hào)線與7/9號(hào)線換乘客流通過－1層站廳及換乘通道進(jìn)行換乘。各線路進(jìn)出站客流依托于換乘客流流線就近進(jìn)出進(jìn)行組織，換乘客流流線組織方案見圖4。

4 初步方案仿真分析

通過仿真可知，11號(hào)線站廳東側(cè)1/11號(hào)線與7/9號(hào)線之間換乘客流優(yōu)先選擇穿越11號(hào)線站廳東側(cè)兩組相對(duì)布設(shè)的樓扶梯，從而與上下樓扶梯客流在其周邊狹小范圍內(nèi)形成嚴(yán)重?fù)頂D，無法有效自行疏散(見圖5)。

圖4 換乘客流流線

圖5 晚高峰11號(hào)線站廳東側(cè)仿真

由于換乘均在－1層站廳及換乘通道實(shí)現(xiàn)，換乘通道存在三個(gè)方向換乘客流，客流交織較為嚴(yán)重;同時(shí)7/9號(hào)線北側(cè)站廳進(jìn)出站客流與換乘客流無法有效分流，客流交織嚴(yán)重，運(yùn)輸組織難度大(見圖6)。

圖6 晚高峰換乘通道及7/9號(hào)線北側(cè)站廳仿真

5 方案優(yōu)化及仿真分析

5.1 優(yōu)化思路及改善方法

方案總體優(yōu)化思路是采用通道式單向換乘(見圖7)，減少主要換乘方向客流交織與沖突，具體措施如下:1)換乘1/11號(hào)線客流沿?fù)Q乘通道進(jìn)入11號(hào)線北側(cè)站廳后分流進(jìn)入1/11號(hào)線站廳樓扶梯。2)1/11號(hào)線換乘7/9號(hào)線客流經(jīng)11號(hào)線站廳與11號(hào)線換乘7/9號(hào)線客流交匯沿站廳南側(cè)通道進(jìn)入換乘通道，即換乘通道內(nèi)只存在雙向換乘客流。3)換乘7/9號(hào)線客流在換乘通道內(nèi)進(jìn)入－2層后分流至相應(yīng)站臺(tái)，即采用兩層換乘模式。

圖7 優(yōu)化方案樞紐總體布局

客流組織方案調(diào)整為:1/11號(hào)線換乘7/9號(hào)線客流由通過－1層換乘通道經(jīng)換乘樓扶梯到達(dá)－2層后分流至－3層各站臺(tái);7/9號(hào)線換乘1/11號(hào)線的客流由站臺(tái)通過－1層站廳后通過換乘通道進(jìn)行換乘。與原方案比較，7/9號(hào)線～1/11號(hào)線換乘客流通過換乘樓扶梯北側(cè)通道進(jìn)入11號(hào)線站廳后，分流進(jìn)入11號(hào)線站廳至站臺(tái)樓扶梯及1號(hào)線站廳。換乘通道內(nèi)換乘客流為兩個(gè)方向，客流組織易于實(shí)現(xiàn)(見圖8)。

圖8 換乘客流流線

5.2 優(yōu)化方案仿真分析

通過仿真分析可知，換乘客流穿越11號(hào)線站廳東側(cè)相對(duì)設(shè)置扶梯現(xiàn)象得以有效避免，整體仿真情況良好，11號(hào)線站廳東側(cè)樓扶梯處嚴(yán)重?fù)矶卢F(xiàn)象得到疏解。換乘通道內(nèi)三個(gè)方向換乘客流簡(jiǎn)化為兩個(gè)方向客流，且利用換乘樓扶梯使得換乘客流不存在交織，仿真結(jié)果良好，無明顯的交織和擁擠(見圖9)。

圖9 優(yōu)化方案站廳層仿真

通過密度分析可知，站廳層客流平均密度基本保持在C級(jí)以下，客流運(yùn)動(dòng)順暢;通道及11號(hào)線站廳東側(cè)存在少部分區(qū)域最高密度超過E級(jí)，形成高密度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但未形成擁擠，高密度客流可在有效時(shí)間內(nèi)疏散(見圖10)。總體站臺(tái)客流壓力不強(qiáng)，各站臺(tái)服務(wù)水平基本保持在C級(jí)以上，服務(wù)水平較高;站臺(tái)樓扶梯口影響范圍客流密度較高，站臺(tái)等待區(qū)客流密度不均衡，對(duì)乘客疏散影響較小，必要時(shí)可采取措施引導(dǎo)乘客在站臺(tái)上的分布。

圖10 優(yōu)化方案站廳層平均密度

6 結(jié)語

利用行人仿真方法進(jìn)行步行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于通過仿真模擬驗(yàn)證預(yù)先設(shè)計(jì)的行人設(shè)施或組織規(guī)劃方案的合理性及不足點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)弊端，從而預(yù)先解決問題，消除安全隱患。行人仿真方法的引入能夠豐富大型公共空間和交通樞紐行人交通系統(tǒng)規(guī)劃的研究基礎(chǔ)和方法思路，并發(fā)揮重要的作用。本文在分析行人交通特性、把握多線換乘樞紐行人集散規(guī)律的基礎(chǔ)上，收集和標(biāo)定相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)仿真方法，以深圳市車公廟樞紐規(guī)劃設(shè)計(jì)方案為例，分析高峰時(shí)段行人交通設(shè)施設(shè)計(jì)和客流組織方案，研究相應(yīng)步行設(shè)施設(shè)備服務(wù)能力、運(yùn)營方案效率與安全性，提出了相應(yīng)的改善方案。

［1］ 覃 矞.車公廟綜合交通樞紐工程交通規(guī)劃咨詢報(bào)告［R］.深圳:深圳城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司，2012.

［2］ 覃 矞.深圳地鐵二期開通初期重要車站行人仿真應(yīng)用研究［R］.深圳:深圳城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司，2011.

［3］ 許峻峰.行人仿真模擬在地鐵換乘站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2010(2):63-65.

［4］ 朱娜娜.行人仿真在奧運(yùn)場(chǎng)館中的應(yīng)用［J］.交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2008(12):81-83.