基于行人動態仿真的地鐵換乘站建筑設計優化研究
——以武漢市軌道交通大智路為例

郭佳樑 吳哲凌

（中國建筑設計院有限公司 北京 100044）

引言

隨著地鐵建設的推廣及快速開發，越來越多的地鐵車站需要與已建成線路進行接駁換乘，考慮新老線路今后共同運營需求，需要在設計層面對新建地鐵站進行客流、運營、消防疏散等方面的模擬分析，對新建車站提出切實可行的改善建議。本文通過對武漢地鐵大智路換乘站進行行人仿真模擬分析，利用Legion軟件建立車站空間布局及設施模型，反映乘客在車站內運動規律。

大智路站是武漢市地鐵1號線、6號線的換乘站，由6號線地下二層和1號線高架一層組成：共有6個進出口，其中4個進出口位于地下一層、2個進出口位于高架層；6號線與1號線換乘客流通過4部超長的自動扶梯相連。

1 研究目標及主要工作內容

1.1 研究目標

在已有的預測需求基礎上，建立高品質的計算機仿真模型，對車站未來年（2042年）早高峰時段的站內乘客的活動進行模擬，從而對車站的運行情況進行預判，為建筑方案的詳細設計和優化提供建議和依據。

1.2 主要工作內容

（1）收集相關數據，對已有的預測需求數據進行理性分析，并將其轉化為計算機模型的輸入。

（2）根據已有初步建筑設計的方案，對未來年建立高品質的行人仿真模型。

（3）獲取重要的模型輸出數據、分析圖、視頻演示等方面的資料。主要包括：站臺和站廳層的行人空間使用率圖、密度圖、乘客換乘時間等。

（4）根據系統仿真測試，分析方案的運營狀態，提供方案優化設計建議。

（5）對優化后的車站設計方案進行仿真，觀察優化設計效果，對需要進一步改善的地方提出建議。

2 基礎數據分析

2.1 遠期高峰小時需求數據

根據收集的早高峰客流需求，如表1所示。

2.2 未來年交通需求矩陣推算方法

需求矩陣可以分為兩個部分：①地鐵的進站、出站客流；②地鐵不同線路站臺之間的換乘客流。交通需求矩陣計算過程可以拆分為以下幾個步驟：

第1步：各線路不同站臺進、出站客流總量；

第2步：地鐵同線路不同站臺之間的換乘；

第3步：地鐵不同線路之間的換乘；

第4步：各出入口進、出地鐵客流總量。

2.3 進、出站客流比例

根據提供的分向客流預測，四個出入口的分向比例基本都在25%左右，差別不大。

2.4 遠期早高峰小時需求矩陣

根據各個進出口的客流比例，將早高峰小時的進出站總客流分配到每個出入口，得到早高峰小時完成需求矩陣如下。早高峰小時總客流量22324。

表2 大智路站遠期早高峰小時完成需求矩陣

2.5 列車運營相關數據

根據提供的資料，模型中對遠期1、6號線的列車發車頻率做如下設定：1號線：30對/h；6號線：30對/h；6號線均為6A編組，1號線采用4節編組。

3 模型的建立

3.1 模型建立的方法

Legion模型基于設計單位提供的CAD圖建立。運用現有的最先進的計算機行人模擬軟件Legion Spaceworks建立模型。車站需求基于預測的數據進行的一些假設（見第2章）來確定。

3.2 模型的主要假設

計算機模型的建立，往往需要對一些重要輸入數據進行合理的假設，作為已有數據的良好補充。這些假設依照國內外相關機構的設計標準及調研數據來確定。

本研究中采用的主要假設有：

（1）購票比例為10%；

（2）自動售票機的平均交易時間為30s；

（3）閘機的通過能力采用30人/min；

（4）自動扶梯運行速度為0.6m/s；

（5）自動扶梯的通過能力上行約為110人/min，下行約為95人/min。這個取值是通過對國內幾個繁忙的地鐵站點的現場觀測而確定的；

（6）單向/雙向樓梯、通道的通過能力不超過相關規范的最大通過能力。

4 模型的輸出數據及分析

4.1 模型成果輸出的格式簡介

大智路站Legion模型輸出數據的格式主要包括下列形式：

（1）模型運行情況視頻文件。

（2）空間使用率圖。顯示車站內部空間被乘客使用的情況。

（3）平均密度圖。顯示車站內部空間的平均行人密度，密度越高則色彩越偏紅色，密度越低則越偏藍色。

（4）最大密度圖。顯示車站內部空間瞬時的最大行人密度。

大智路站Legion模擬還采用以下圖表進行分析和統計：

（1）換乘時間統計圖，擬對兩條地鐵線路之間的換乘時間進行統計。這里換乘時間是指從乘客下車到達另外一條地鐵線的站臺所需要的時間。

（2）站臺密度圖，主要用來觀察站臺上的服務水平。

4.2 早高峰小時模型

平均密度圖、最大密度圖如圖1。

4.2.1 空間密度分析

圖1 早高峰小時模型平均密度圖

從圖中可以看出換乘自動扶梯的密度很大，1號線站臺樓扶梯密度很大。

4.2.2 重要換乘自動扶梯通行流率分析

6號線和1號線之間換乘的自動扶梯在高峰時段持續以通行能力運行，兩部下行自動扶梯的使用率也比較高。

4.2.3 換乘時間統計圖

該處換乘時間是從一站臺的上行扶梯底端出發，到達另一站臺的下行扶梯底端行程時間。6號線換1號線約為4min，1號線換6號線的時間約為5min。

5 初步結論和建議

5.1 初步結論

整體來說，在未來年高峰小時需求條件下：

（1）進出站閘機數量能夠滿足未來年預測客流的需求，未發現明顯的由于閘機通行能力不足造成的乘客進出站延誤；

（2）站臺樓扶梯數量能夠滿足未來年預測客流的需求；

（3）換乘樓梯滿足換乘客流的需求，換乘時間穩定。

5.2 方案調整的建議

地鐵站仿真模擬帶來的優化建議主要集中在以下幾個方面：

建議一：擴大人行空間卡口

本例中建議去除通道接口區域的欄桿，擴大進入接口。

建議二：通道及通廊避免異形結構

換乘通道設計的過于曲折，造成局部區域行人擁堵，建議在結構允許的條件下，拉至部分通道。

建議三：合理均勻布設垂直設施

目前設計的垂直設施布置明顯偏右，建議可以考慮擴大付費區的范圍，并均勻合理布置垂直設計。

建議四：人流沖突點設置隔離分流設施

建議在換乘扶梯的底端放置可移動欄桿（可調節長度），分隔對向人流，保護下電梯的人流，避免沖突。

建議五：結合垂直設施及人流方向布設閘機

建議調整6號線站廳北邊三組閘機，中間的閘機組為出站閘機，左右的閘機組為進站閘機，并結合閘機方向布置自動扶梯的上下行方向，以減少交織區域。

6 最終模型輸出結果

6.1 最終測試設計介紹

根據初步的仿真成果對原設計方案進行了優化調整，在這一章節中將對優化方案中所采取的調整進行詳細的分析。

6.2 最終早高峰小時模型

6.2.1 空間密度分析

圖2 早高峰小時模型平均密度圖

由圖中可以看出，修改后的方案局部改善了擁擠情況，換乘通道上局部的最大密度有明顯改善。并且進出流線更加清晰，減少了沖突點和交織區。

6.2.2 換乘時間統計圖

修改方案的換乘時間穩定，6號線換1號線約為4min，1號線換乘6號線時間約為5min。沒有出現明顯的延誤和排隊。

7 結論

優化后的方案能夠基本滿足預測的未來年早高峰小時客流的使用要求，主要體現在下述方面：

（1）進出站閘機的數量能夠滿足客流需求，未發現明顯的由于閘機服務能力不足而導致的延誤；

（2）站臺區域的客流密度，基本保持在合適的密度水平下；

（3）站內樓扶梯的通行能力能夠滿足遠期早高峰小時客流需求；

（4）站廳區域的平均客流密度基本保持在合適的密度水平。

經過改善后的設計，優化了原有的局部沖突區域，早高峰運行良好，沒有出現大面積的擁擠和排隊，模擬顯示有明顯改善。

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