車站客流疏散能力仿真評估分析

文/郭華軍

1 前言

軌道交通大大緩解了城市的整體交通壓力，為人們的正常出行提供了很多便利。該類設備安全性能好、節能環保、社會效益明顯，為城市發展做出了突出貢獻。因此，為了更好地服務乘客，完成一系列的換乘作業，有必要對乘客的疏散能力和組織方法進行分析。

2 項目線路情況簡介

太原地鐵2 號線一期是太原市乃至山西省的首條軌道交通線路，全長23.647km；北起尖草坪區尖草坪站，途經杏花嶺區、迎澤區，南至小店區西橋站，途經人民路、長治路、解放路等太原中心線路，設車站23 座（全部為地下車站）、主變電所2 座、控制中心1 座，列車采用6 節編組A 型列車，并于2016年3月全面開工，2020年12月26日開通運營。

3 城市地鐵車站客流的相關內容

3.1 客流對運輸組織的影響

3.1.1 影響線路列車運輸能力與運行效率

當客流相對較大時，上下車時間相對較長，容易造成列車臨時延誤或延誤，直接降低列車運行效率；另外，列車的合理承載能力有限，列車接近飽和承載時仍在高速運行，存在一定的安全隱患。

3.1.2 影響車站、線路基礎設施設備的性能

巨大的客流將迫使車站運輸設施和固定設備進行高強度的連續工作，進而導致設施和設備容易發生故障。例如，售票機在高負荷和頻率下容易發生故障；列車將在滿載下繼續高速運行，將導致線路和開關的嚴重磨損[1]。

3.1.3 影響客服質量與水平

大量客流的出現必然會產生大量的客流需求，這使得票務機構的工作面臨著巨大的壓力和挑戰。通常，乘客是排隊買票，考驗了自動售票機的性能和售票員的業務能力，要求售票員和相關設備連續工作，并確保快速、準確、高強度。

3.1.4 乘客的負面情緒影響運輸安全

大客流發生時，客流數量巨大，客流人員構成復雜。在擁擠的站臺和車廂中，乘客往往會產生沖動和不滿等負面情緒；而這很可能會導致乘客沖突，不僅會危及乘客的人身和財產安全，還會直接威脅交通安全。

3.2 客流組織的主要作用

城市地鐵運營需要承載大量客流，客觀上給相關管理部門帶來一定工作壓力。為保證乘客上下車安全，必須及時疏散乘客，引導乘客進入安全地帶，降低安全事故發生概率。此外，還需要組織乘客及時進入或離開一些重要的公共區域，以避免乘客路線上的擁堵。不同規模的城市地鐵客流組織方式存在一定差異，因此要根據車站實際情況制定合理的客流組織方案，以提高軌道交通車站整體服務水平。

4 仿真模型現狀分析

目前，城市軌道交通車站疏散能力評估仿真軟件和模型較多，主流的疏散仿真軟件多為國外開發研究，典型的有Building EXODUS 軟件、AnyLogic 仿真軟件、STEP 軟件、Sim Walk 軟件、Pathfinder 軟件、Legion 行人流仿真軟件等。但由于每一種軟件建立的模型均有其側重性，其參數也相對局限，故準確率也會有所影響。如Shi Jianyong 等專業人員研究并提出的疏散仿真模型AIEva 是基于Agent 疏散動態數學模型構建的，是規則推理和數值計算的結合，以此來模擬分析大型公共建筑疏散中的整體動態過程；Shi Congling等專業人員提出的城軌車站涵蓋疏散線路及其安全關鍵點的疏散策略，主要運用基于Agent 的網絡模型來模擬不同火災工況下的疏散過程。

4.1 仿真軟件簡介

它是根據我國城市軌道交通運營的特點，并結合軌道交通建設和運營管理者以及乘客方面，從車站客運組織的安全、舒適及效率等角度考慮，由全球規劃和設計公司Arup 開發實現的集成基礎設施建模、仿真項目管理、客流分布仿真、客流分布及客運組織評價等功能模塊的MassMotion 行人仿真軟件，如圖1。

圖1 MassMotion 行人仿真軟件界面

4.2 評估模型

本文的研究評估借用了事件驅動的行人流模型、行人動力學模型、疏散驅動模型、乘客疏散行為模型等四種模型。

4.3 評估過程

本文的研究選取了太原地鐵2 號線一期的所有車站，并對其進行大客流疏運和疏散能力仿真評估。其中，大客流疏運仿真是對遠期客流條件下車站客運組織瓶頸進行識別，以分析可能存在的影響疏散的因素。疏散仿真將以最不利于疏散的場景（即兩個方向列車同時到達、超高峰小時內進出站及換乘客流）為背景，在不考慮應急疏散措施實施的條件下，分析站臺層列車所載乘客及全部候車人員的總疏散時間。

相應研究步驟如下（如圖2 所示）分為車站CAD 平面圖處理、建立車站設施設備模型、設定仿真參數（客流量、客流在站事件鏈）、運行常態仿真、間隔仿真后指標（車站空間占用頻率、平均密度、最大密度、最大密度持續時間等）、列車到達時刻手動疏散指令、自動轉入疏散仿真等步驟，最后得出疏散時間，分析評估仿真結果。

5 仿真相關參數

5.1 仿真基本參數

行車組織參數：根據工程初步設計中行車組織設計遠期2 號線高峰行車間隔為2.2min。各站停站時間為普通站30s，預計大客流站點35s。設定乘客常態下自由走行速度服從正態分布，均值為1.21m/s；疏散下自由速度同樣服從正態分布，均值為1.7m/s。根據高峰行車間隔，仿真預熱時間設定為5min，常態仿真時長為1h。常態仿真結束后，重新設置參數，開始疏散仿真，得到疏散時間。

5.2 車站客流參數

根據《太原市軌道交通2 號線一期工程初步設計總說明書》和《太原市軌道交通2 號線一期工程運營初期（2021-2023年）客流預測》，由分析可估測得到各站的客流情況。

根據初步設計總說明書中的初期與遠期斷面客流比，可預估遠期客流數約為初期客流的2.2 倍；結合《太原市軌道交通2 號線一期工程運營初期（2021-2023年）客流預測》，可得各站的上下客人數；根據《太原市軌道交通2 號線一期工程初步設計總說明書》遠期高峰小時斷面客流特征，可得各站遠期高峰小時斷面客流情況。

6 仿真結論

各站點最后仿真計算所得服務水平均為“大部分LOS A”，疏散客流滿足最大客流預測（含到站列車人員），疏散時間均小于6min。

7 城市地鐵車站客流的組織措施

經核驗，當發生緊急事件時，所有車站均能在6min內將站內客流全部疏散至站廳公共各區域或其他安全區域，公共區乘客人流密度等參數符合乘客疏散和安全運營要求。

在仿真模擬中，各站普遍存在狹小區域內的擁堵問題（如閘機口、樓扶梯拐角、站臺部分候車區等地），建議遠期時候在客流密集處加裝欄桿等來引導客流，提高閘機出入口和樓扶梯口處的通行效率。此外，約1/3 的車站疏散時間超過5min30s，建議在后續結合客流實際情況，進一步論證增加車站閘機等措施，并做好以下兩點來分散客流。

7.1 增加售檢票能力

售票時，應提前準備好車票和換票，并設置臨時售票亭。驗票時，應將雙向檢票口改為單向檢票口，同時使用手持檢票機(PCA)加快驗票速度；加強對重點部位的指導和服務，在重點站點增加售票亭，設立臨時售票點售票；加強服務和客流組織，提高售票能力[2]。

7.2 做好進出站客流組織工作

客流組織的指導原則是保證乘客進出站路線暢通，加快進出站速度，使乘客安全、快速、有序地進出站。當初期進出站客流很大，且平臺無法容納和承載更多客流時，應暫停或減緩售票，關閉部分售票機，暫時關閉部分或全部出入口門，改變扶手方向，采用鐵欄桿引導進出；同時，設置部分出入口僅供進出，限制乘客出入，延長站臺疏散時間。延長車輛停站時間，讓盡可能多的乘客上車。當平臺能夠容納和承載更多客流時，增加充電容量，打開車門入口方向和至平臺方向的扶手。在緊急情況下，可以采用緊急處理模式，如入口自由檢查模式、AFC 模式和緊急釋放模式。

8 結語

總體來說，太原地鐵2 號線一期各車站總體服務水平良好，以遠期早高峰客流數據的仿真模擬情況來看，無車站出現大范圍、長時間的擁堵狀況，滿足軌道交通線路的正常運營要求。