武昌客運站乘客流線優化仿真研究

趙 亮

(中國鐵路武漢局集團有限公司武昌車站，武漢 430062)

鐵路運輸面向對象分為旅客和貨物，其中隨著高速鐵路建設的快速推進，旅客運輸已經成為鐵路運輸業的主要組成部分，如何保證旅客在車站及列車上的安全便利，使其能夠舒適地到達目的地，是鐵路旅客運輸面臨的主要問題。長期以來，鐵路客運因其安全、速度、運量等諸多方面的優勢而備受運輸市場青睞，但與此同時帶來的龐大客流也引起了人群擁擠、設施服務不完善等一系列問題。

我國鐵路客運站的建設可分為3 個階段，各階段針對當時的社會、經濟條件，產生了不同類型的客流流線特征，如表1 所示。

表1 我國鐵路客運站發展階段Tab.1 Passenger station development stage in China

可見根據旅客出行的需求，盡量減輕旅客的疲勞，營造舒適、方便的候車及上下車條件，提供良好的服務管理等，是大型鐵路客運站客流組織的核心問題。作為一座城市的交通形象，大型客運站將城市與城市連接在一起，而候車大廳是大型客運站旅客人數最為聚集且停留時間較長的地方，所以對客流進行合理的流線分配、避免作業現場的擁堵和混亂將直接影響客運作業的效率和服務水平，具有重要的研究意義。

1 大型鐵路客運站旅客流線優化理論

1.1 大型鐵路客運站旅客流線分析

旅客流線是指旅客及其所攜帶的行李物品在客運站內進行流動的線路[1]。旅客流線是鐵路客運站整體布局優化的重要依據，對于整個客運站來說是不可或缺的。鐵路車站的旅客流線系統包括標識、節點、通道和功能區，可以按照不同標準對其進行劃分，如圖1 所示。

圖1 客運站流線分類Fig.1 category of streamline in passenger stations

鐵路大型客運站的流線具有涉及面廣、系統性強、客流量大、階段性高峰明顯、客流集散時間集中、結構復雜等特點，由于鐵路大型客運站的乘客以普通進站乘客為主，一般遵循進展購票（取票）、行李托運及物品購買、進站候車檢票上車的流程，同時根據行為需求的差異，在全過程中，部分環節可以省略，典型的旅客進展流程如圖2 所示，其中虛線部分為可選項。

圖2 普通旅客進站流線Fig.2 entrance streamline of ordinary passenger

在客流組織過程中，旅客流線布置是否合理，直接影響旅客進站候車過程中的安全性、便捷性和舒適性，一般來說，旅客站內流線的組織工作應遵循如下原則[2]。

1）盡量避免不同流線之間的相互干擾。

2）通過優化組織，盡量縮短旅客在站內的走行距離，從而降低擁擠度，避免流線迂回。

3）考慮出站客流集中性特點，盡量設置多的出站口，便利出站旅客疏散、減少擁擠。

4）流線應考慮其便利性，過程簡潔明了并提供足夠的引導信息。

5）合理規劃檢票資源，避免不同車次檢票作業的相互干擾。

1.2 大型鐵路客運站旅客流線優化方法

1）交叉點優化法

大型鐵路客運站內的客流交叉是由旅客在客運站內的活動產生的，旅客在站內點與點之間的流動形成了不同的濾鏡，當某兩種（或多種）客流在客運站內發生流動是，在某一個區域內可能存在客流交叉的地點，被稱為該區域內的可能交叉點[3]。對客流而言，交叉點的形式多種多樣，從而引起交叉點布局的不規范特征，對于由客流流線引起的交叉點，可以采用如表2 所示的辦法進行消除。

表2 減少客流交叉點方法及途徑Tab.2 Methods and ways to reduce intersections of passenger streamline

2）流線進程優化法

通過對流線上的設備屬性進行改變，從而對流線進行優化，主要可以通過提高車流、人流的行走速度，包括提高流速法、引導法等，各方法的特點如表3 所示。

表3 流線設備優化方法及途徑Tab.3 Methods and ways of passenger streamline equipment optimization

3）調整設備屬性法

調整流線上的設備基礎屬性，如數量、運行速度等，減少局部客流的流線停留時間，增加客流的運動速度，主要有增加設備數量法、調整電扶梯的運行速度等措施。

2 大型鐵路客運站旅客流線動態仿真和評價方法

2.1 系統仿真概論

人類對于復雜系統的理解和分析思維十分有限，根據西蒙的研究[4]，他認為人的理性受到自身認知能力的限制，是有限度的（the principle of bounded rationality），與復雜的現實世界相比，人類所擁有的對于IR 題的思考和解決能力遠遠不能滿足實際需要。為了應對復雜的現實環境，學者們進行了大量常識，提出了諸如試錯、線性規劃、動態規劃、排隊論、決策論等各種數學模型和方法[5-6]，但面對復雜的實際問題時均存在一定的局限性。近年來計算機技術、網絡技術、圖形圖像技術、信息處理技術的發展，使得計算機仿真技術逐漸成熟，并在多個領域得到廣泛應用。通過對系統的抽象建模，調整各類參數，可以對系統的行為有一個更加全面、深刻的理解，同時可以對各種策略可能帶來的影響進行虛擬，從而對各類問題對策的提出提供信息支持。

2.2 仿真軟件選取

在構建仿真平臺時，需針對仿真需求選擇一款合適的仿真軟件。目前市面上的主流仿真軟件主要包括Vissim、Simwalk、Arena、Flexsim 等，上述軟件的基本功能非常相似，進過比選，最終選擇AnyLogic 軟件對大寫鐵路客運站的旅客流線進行動態仿真，與其他軟件相比，Vissim 具有專門用于行人仿真的數據庫，能夠提供物理層面建模支持，精確刻畫行人和運輸流程，具備從“物理空間”到“數據空間”的多維數據處理分析能力，對個體個性差異，如每個對象的大小、加減速能力、視野范圍等進行個性描述，同時能夠對仿真物理環境，如墻壁、障礙物、樓梯的空間位置，系統運行規則，如駕駛規則、優先次序等進行考慮，在公路、交通樞紐、地鐵站等交通系統仿真領域應用更廣泛，并且具備能力計算功能，便于對不同交通優化管理算法進行對比分析，以求解標志牌的最優設置地點。

2.3 建模過程

考慮大型鐵路客運站站內的旅客分布以及流線的布置特點，結合在站旅客流量，以及根據統計數據得出的到達規律，根據行人行走路線、售票口服務時間分布等要素，進行系統的仿真建模。設定參數，生成模擬環境對客流進行模擬，根據所求得的相關數據進行分析、評價和再調整，然后重復仿真分析過程，直到得到滿意結果，其流程如圖3 所示。

圖3 AnyLogic建模仿真流程圖Fig.3 Flow diagram of AnyLogic Modeling and simulating

3 實例驗證

3.1 武昌站簡介

以武昌站為例進行客流流線仿真。武昌站隸屬于中國鐵路武漢局集團有限公司，為武漢三大特等站之一，是武漢鐵路樞紐規劃中“四主兩輔”客站布局的“四主”之一，始建于1917 年，2008 年完成改造投入使用，建筑面積4.9 萬m2，最多可同時容納8 000 人，設有9 座站臺。武昌站經過改造后，客流流線基本實現立體交叉，其中進站客流（包括步行、地鐵、公交車和長途車到達車站的旅客），可經由各種豎向交通到達站臺層高架平臺，經多個檢票口進入車站中央大廳（同時部分旅客可直接在地面層選擇快速進站通道進站）。在車輛流線方面，出租車和社會車輛可直達車站的高架下客平臺，旅客在下客平臺下車后，經由檢票口進入中央大廳。中央大廳的流線分流方面，旅客可在中央大廳根據乘車候車室分配信息，選擇進入對應的候車室，在此候車等待進入站臺。出站客流方面，旅客可在站臺下車后經由電梯或樓梯下行至出站大廳，在出站后經由架空層出站廣場，根據不同交通方式的集散信息（地鐵、公交車、長途汽車、出租車上客點、社會車停車場等），迅速疏散離站。

3.2 客流流線組織評價指標

客流流線組織方案的績效可以通過旅客流線的流暢性和效率進行評價。旅客流線流暢性評價各流線是否存在滯留，體現在平均排隊長度、最大排隊長度和總排隊人數等指標；效率則主要體現在流線中每個個體的平均延誤時間、停止時間和停止次數等指標。

1）平均排隊長度

是指當旅客在車站內進行購票、安檢、換乘時由于客流量大、行走速度慢造成的排隊和擁擠情況時，出現排隊時站內監測點之前的旅客隊列長度[7]。其計算方法為：

公式（1）中，Li表示在站內每條主要客流流線上，所存在隊列的排隊長度； n 表示在站內存在的主要客流流線的數量。

2）最大排隊長度Ul2

是指單位時間內，站內主要客流流線上最大排隊長度的平均值，其絕對值越大說明站內的乘客排隊現象越嚴重[8]。其計算方法為：

公式（2）中，Lmaxi表示站內每條主要客流流線上，乘客排隊的最大長度；n 表示在站內的主要客流流線數量。

3）平均逗留時間V

是指一段時間內，對某條客流流線上經過的所有乘客，其所花費的時間平均值，用以衡量乘客走行的順暢度。其計算方法為：

公式（3）中，Vi為站內某條主要客流流線上，具體乘客的逗留時間；n 表示具的體客流流線上，對應的乘客數量。

3.3 建模仿真及結果分析

根據武昌站客流流線圖及主要進站、出站客流流向流量數據，給予AnyLogic 對武昌站客流流線進行建模仿真。得到各入口客流流線停留時間、主要安檢口平均排隊長度等仿真結果如圖4，5 所示。

圖4 入口客流流線停留時間仿真結果Fig.4 Simulation results for dwell time of passenger streamline at entrance

圖5 主要安檢口平均排隊長度仿真結果Fig.5 Simulation results of average queue length at main security checkpoints

根據仿真結果可知，乘客流線在購票和安檢環節存在瓶頸。針對這一問題，采取如下方案對其進行緩解：1）增加安檢機數量，具體措施為在進站處增加兩臺安檢機；2）對安檢設施及人員進行擴充，增強引導，具體措施為每兩個安檢機增加一名安檢工作人員，增設無行李快速通道。對改進后的方案再次進行仿真實驗，得到數據，如圖6、7 所示：

從上述數據可以看出，通過對乘客流線進行優化，進站乘客的流線瓶頸得到了改善，同時安檢處的排隊長度也得到了優化。

圖6 改進后入口客流流線停留時間仿真結果Fig.6 Simulation results of dwell time entrance passenger streamline after improvement

圖7 改進后主要安檢口平均排隊長度仿真結果Fig.7 The simulation results of average queue length of main security checkpoints after improvement

4 結束語

根據客流流線特征，分析不同類型流線的特點并提出改進客流流線組織的方案，采用仿真軟件對大型客運站復雜流線進行仿真研究，以武昌站為實例，針對仿真結果采取客流流線改進優化措施，驗證了所提出的方案的有效性。該方法可對大型客運站客流流線組織提供借鑒。