基于社會力學模型的綜合交通樞紐站動態仿真研究

魏鴻儒

【摘要】綜合交通樞紐集散服務網絡評價是樞紐設計和行人組織的核心問題之一，而目前在這方面缺乏相應的理論和技術支撐。本文利用社會力學模型動態仿真綜合交通樞紐站內乘客集散行為，動態評價綜合樞紐集散服務網絡。以北京南站地下一層換乘大廳為研究背景，對未來高峰時段的客流集散進行仿真評價，分析集散的瓶頸點，提出改進方法。通過分析對比，證明改進方法具有實用性和有效性。

【關鍵詞】綜合交通樞紐；集散服務網絡；北京南站

一、引言

綜合交通樞紐集散服務網指建立在樞紐內部集散功能網絡基礎上，有多種客運組織流程共同構成，服務于樞紐內外客運交通需求的運輸網絡。國內在集散服務網絡方面的評價研究還沒有形成系統化理論，計算機仿真技術為這一理論技術的實現提供了可能。本文利用計算機仿真技術仿真不同強度客流輸入情況下集散服務網絡中乘客的集散行為，找出網絡中的集散“瓶頸”，提出可行性解決辦法，為樞紐設計和行人組織提供科學依據。

以上文獻未能對樞紐集散網絡系統化深入評價研究。本文以行人流的社會力學模型為基礎：動態仿真北京南站地下一層換乘大廳乘客集散行為，分析了不同強度客流輸入的情況下，乘客的集散時間，找出集散瓶頸點、提出改進措施，通過對比證明改進措施的有效性。

二、乘客行走模型

本文采用行人流的社會力學模型，其基本原理就是通過行人受力分析來建立行人基本行為趨向性的模型。從社會力學的角度，心理和物理上產生的影響共同構成行人行為的推動力，這一推動力將整合成行人移動過程中的物理參數——加速度。這些影響行人行為的力可以是行人對目的地的驅動力、周圍行人對其影響以及障礙物對其干擾。因此周圍行人對于行人對象同時具有吸引力和排斥力。

1、乘客走行參數

樞紐站內高峰時段大密度的客流的走行速度其他相關參數都有其自身的獨特性。乘客走行模型是活動單元體模型，需要設置的參數包括：行人的運動速度1.37m/s～1.51m/s、期望加速度3.4m/s2減少至0、男人、女人最大加速度分別8.0m/s2、7.0m/s2，男人、女人最大減速度分別8m/s2、7.5m/s2、期望減速度3m/s2減至0。模型長度男人為0.44m，女人為0.40m。可以根據站內不同的交通環境，設置行走的參數，仿真乘客的走行。

2、乘客集散過程

樞紐內乘客集散過程的各種行為都可以看作是一種決策過程，決策可以宏觀到對某種行為整體的把握，亦可以微觀地滲透在每一個細小環節中，乘客的決策過程是研究樞紐內行人特性的基礎。為了接近實際樞紐內乘客行為，乘客行為一般可以分為三個層次：戰略層、策略層和行為層。戰略層指行人依據目的地對路徑規劃，作出換乘交通方式的選擇。策略層指乘客選擇交通方式后進行路徑選擇，并產生初步路徑決策。行為層指乘客實際行走行為，包括躲避對向行人、穿越人群、繞過障礙物或者只是簡單地向目的地移動。

三、仿真分析

北京南站作為全國首座高標準現代化的客運大型客站，是集成高鐵、地鐵、市郊鐵路、公交、出租“零距離”換乘的大型綜合交通樞紐，北京南站的運營組織管理及客運服務系統必須適應和滿足復雜的客運管理技術與高標準的客運服務要求。地下一層換乘大廳是整個樞紐集散服務網絡的核心部位，建筑面積309388m2，設置了地鐵4號線、14號線進出口以及穿越整個車場的地下進出站通道，銜接了整個樞紐集散服務網絡。

按照Atkins China所做的北京南站《交通、客流專題報告》，到站乘客的交通模式劃分為：地鐵50%，公交車30%，社會車輛20%。男女出行比例近似1：1，乘客的到達服從泊松分布，評價分析地下一層的客流承擔能力。

1、仿真區域

仿真區域以換乘大廳地鐵為中心，包括東西兩側的高速列車進站廳、出站廳，城際與普速列車進出站客流流線的導入與導出功能區域，研究區域的設施功能及分布基礎方案如圖2所示。

2、結果分析

由上表可見，客流小于20000個/h，乘客能順利實現換乘，不產生擁堵、滯留現象，當到達客流量為30000個/h，乘客到達換乘地點時間近似直線增長，可視為開始排隊，有滯留現象。選取此到達客流量對地下一層換乘大廳流線進行仿真模擬，仿真時間為1800s，步長時間間隔為0.1s，仿真以后可以計算的平均行程時間，說明在地下一層換乘大廳中存在阻礙乘客走行的“瓶頸”。

四、結論

本文依據社會力學模型依據實際合理設置行人參數、考慮男女比例、交通流分配對北京南站地下一層進行仿真。找出集散的“瓶頸”，提出了地鐵進出站閘機安放在地下二層和三層，加欄桿的建議，防止客流流線沖突和人流交織現象，相對增加了乘客在大廳內的活動空間，減少了乘客因為行動緩慢和排隊而增加走行時間，以適應行高強度客流輸入的情況。根據仿真結果證明，此措施實施后可以縮短乘客的換乘走行時間，降低乘客排隊的長度，減少延誤。

本文進行綜合交通樞紐站換乘集散服務網絡的核心部位動態仿真分析，通過對方案仿真結果的對比來驗證其改進措施的有效性和可行性。今后可以開展對行人模型的深入研究，比如在社會力學模型基礎上運用元胞自動機原理，這樣可以與乘客集散仿真更好的結合，來反映實際情況，取得更好的效果。

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