城市客運(yùn)樞紐大客流組織設(shè)計(jì)的ANYLOGIC仿真技術(shù)研究

蘇子鈞 劉卓爾

1.概述

1.1研究背景

大型綜合交通客運(yùn)樞紐位于城市綜合交通網(wǎng)絡(luò)交匯處和對(duì)外客運(yùn)交通的重要節(jié)點(diǎn)，一般由兩種以上運(yùn)輸方式、重要線路、場(chǎng)站等設(shè)施組成，為旅客通過、到發(fā)、中轉(zhuǎn)和換乘以及運(yùn)載工具技術(shù)作業(yè)提供場(chǎng)所，又是各種運(yùn)輸方式之間、城市交通與城間交通的銜接處。

因此，極具城市綜合交通客運(yùn)樞紐代表性的南京南站必然是各種交通方式的銜接點(diǎn)，也是大量客流的集散地，客流組織是影響整個(gè)樞紐客流集散效率的關(guān)鍵因素。本文以樞紐的集散客流量和客流需求為基礎(chǔ)，利用Anylogic軟件對(duì)南京南站乘客從進(jìn)站至出站的全過程進(jìn)行模擬，在大客流狀況下找出樞紐客流組織中存在的有待進(jìn)一步完善的因素并改善。

1.2研究意義

在鐵路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，運(yùn)輸安全是一個(gè)不能忽視的重要部分。高速鐵路車站的商業(yè)化和一體化為旅客帶來的便利，也帶來了一定的安全隱患。通過對(duì)高鐵車站應(yīng)急疏散管理現(xiàn)狀的分析，南京南站目前主要存在以下幾個(gè)方面的問題：（1）.疏散流線較長(zhǎng);（2）.部分設(shè)施和設(shè)備的容量不足;（3）.緊急疏散標(biāo)志放置不合理;（4）.旅客的構(gòu)成復(fù)雜;（5）.旅客缺乏相關(guān)的緊急疏散知識(shí)。本文通過構(gòu)建大客流狀況下的站房仿真模型，對(duì)南京南站客流組織進(jìn)行模擬優(yōu)化，從而進(jìn)一步保證該站的安全性與高效性。

2.仿真方法

2.1Anylogic軟件介紹

Anylogic是俄羅斯的XJ Technologies公司研發(fā)的復(fù)雜系統(tǒng)仿真軟件，是一款創(chuàng)新開發(fā)混合建模的商用仿真工具，它具有非常強(qiáng)的離散建模和連續(xù)建模能力，尤其是同時(shí)需要離散和連續(xù)建模兩種方法的時(shí)候，它能夠比較真實(shí)反映突發(fā)事件時(shí)影響人員疏散的各種因素。“城市綜合客運(yùn)樞紐規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過Anylogic仿真可以將現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的復(fù)雜場(chǎng)景和現(xiàn)象直觀地再現(xiàn)，并通過對(duì)其進(jìn)行分析研究尋找解決方案，最終將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)，從而解決現(xiàn)實(shí)問題。

2.2Anylogic南京南站客流組織仿真模型構(gòu)建流程

流程大致有3部分，首先為創(chuàng)建行人交通仿真模型，以添加仿真環(huán)境的底圖開始，然后在底圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)以及相關(guān)文件圖紙，繪制仿真環(huán)境中的墻壁、障礙物、樓梯、服務(wù)設(shè)備等元素。

之后添加行人行為邏輯，用行人庫中模塊構(gòu)建的流程圖來定義一個(gè)行人流所經(jīng)歷的過程。在Anylogic中，創(chuàng)建行為邏輯圖有以下三個(gè)步驟：①?gòu)母鱾€(gè)庫或模板選項(xiàng)卡中拖拽模塊至圖形化編輯界面;②根據(jù)邏輯順序連接各個(gè)模塊;③設(shè)置每個(gè)模塊的屬性。

建模階段完成后，運(yùn)行模型，結(jié)合相關(guān)規(guī)范對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，針對(duì)模型運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。之后針對(duì)不同環(huán)境下客流情況進(jìn)行仿真分析，對(duì)服務(wù)水平、排隊(duì)長(zhǎng)度、區(qū)域密度等參數(shù)進(jìn)行分析，得到有關(guān)數(shù)據(jù)。

3.車站大客流組織方案設(shè)計(jì)

3.1南京南站三級(jí)客流管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了有效增強(qiáng)南京南站應(yīng)對(duì)大客流的能力，防止出現(xiàn)節(jié)假日客流大面積擁堵的狀況，應(yīng)針對(duì)較大客流設(shè)計(jì)南京南站三級(jí)客流管控系統(tǒng)，進(jìn)行大客流疏散組織的改善。

三級(jí)客流管控，指的是地鐵車站視客流情況，將管控措施根據(jù)“由內(nèi)至外”的原則分為站臺(tái)、站廳、出入口三級(jí)。

一級(jí)管控即站臺(tái)級(jí)管控，主要以控制站臺(tái)客流，減少乘客積壓為目的，在站臺(tái)與站廳樓梯或扶梯口進(jìn)行限流。

二級(jí)管控為站廳級(jí)管控，主要以控制站廳客流，減少乘客積壓為目的，對(duì)站廳的換乘通道、進(jìn)站閘機(jī)等區(qū)域設(shè)備進(jìn)行限流。

而三級(jí)管控則為出入口級(jí)管控，以控制站外客流，減少站內(nèi)乘客積壓為目的，在出入口通道處及站外進(jìn)行限流。

3.2三級(jí)管控模式的觸發(fā)條件

三級(jí)管控系統(tǒng)中，每一級(jí)的觸發(fā)條件都以對(duì)應(yīng)層的客流密度為基礎(chǔ)。具體措施如下：當(dāng)站臺(tái)層人流擠壓占據(jù)站臺(tái)行人活動(dòng)總面積的2/3時(shí)，采取一級(jí)管控模式;當(dāng)站廳層人流擠壓占據(jù)站廳付費(fèi)區(qū)面積2/3時(shí)，采取二級(jí)管控模式;當(dāng)站房一層人流擠壓占據(jù)站廳層行人活動(dòng)總面積的2/3時(shí)，采取三級(jí)管控模式。

“占據(jù)總面積的2/3”可以量化為單位面積的人數(shù)來進(jìn)一步進(jìn)行推算與確定。《建標(biāo)104-2008 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》第四章第三十七條表明：“站席定員按6人/m2計(jì)，站席擁擠度應(yīng)小于6人/m2。”。因此，當(dāng)站房?jī)?nèi)全部區(qū)域人員密度達(dá)到每平方米6人時(shí)，視為行人占滿區(qū)域的狀態(tài)。因此，“占據(jù)行人活動(dòng)總面積的2/3”則可量化為：

即區(qū)域行人平均密度達(dá)到每平方米4人時(shí)，滿足“占據(jù)總面積的2/3”條件。

利用南京南站CAD施工圖，我們獲得南京南站1，3號(hào)線站臺(tái)層行人活動(dòng)總面積約為1030平方米，站廳層付費(fèi)區(qū)行人活動(dòng)總面積約為3560平方米，站廳層行人活動(dòng)總面積約為8700平方米，下面進(jìn)行三及管控觸發(fā)條件的計(jì)算。

以朱高祥《城市軌道交通換乘站行人疏散時(shí)間優(yōu)化模型》中的行人步行速度為依據(jù)，我們?cè)O(shè)置行人步速服從0.5到1.3的均勻分布，即：

行人的速度均值為0.9m/s。結(jié)合模型運(yùn)行結(jié)果，獲得行人通過站臺(tái)層的平均時(shí)間為497秒，行人通過站廳層（包含付費(fèi)區(qū)）的平均時(shí)間為942秒。

因此，實(shí)行一級(jí)管控時(shí)，南京南站地鐵站臺(tái)層）停留總?cè)藬?shù)為：

行人進(jìn)入站臺(tái)層流率為：

模型中，從站廳層進(jìn)入站臺(tái)層的設(shè)置比例為0.81。因此，實(shí)行一級(jí)管控時(shí)，行人進(jìn)入站廳層的流率約為：

同樣的，實(shí)行二級(jí)管控時(shí)，南京南站地鐵站廳層付費(fèi)區(qū)停留總?cè)藬?shù)為：

行人進(jìn)入站廳層的流率約為：

實(shí)行三級(jí)管控時(shí)，南京南站地鐵站廳層行人活動(dòng)區(qū)域停留總?cè)藬?shù)為：

行人進(jìn)入站廳層的流率約為：

3.3第一級(jí)管控措施

由上文得，當(dāng)行人進(jìn)入站廳層的流率達(dá)到615人/分鐘時(shí)，需要進(jìn)行一級(jí)管控。站臺(tái)層通往站廳層的六個(gè)扶梯即為行人管控的核心區(qū)域。主要的管控措施為在1，3號(hào)線從站廳層向站臺(tái)層傳送的六個(gè)扶梯處設(shè)置S形導(dǎo)流圍欄，減少擁堵人群之間的沖突，繼而確保人流疏散的通暢性。另外，一旦達(dá)到一級(jí)管控的條件，在S行導(dǎo)流圍欄末端設(shè)置工作人員，限制進(jìn)入M1，M3站臺(tái)層的人數(shù)。S形導(dǎo)流圍欄設(shè)置如圖3-1所示。

六個(gè)扶梯都進(jìn)行如上圖所示的S形倒流圍欄設(shè)置，末端有工作人員進(jìn)行人流限制，既可以減少站廳層行人流之間的沖突，也可以有效控制進(jìn)入站臺(tái)層的人數(shù)。

3.4第二級(jí)管控措施

在一級(jí)管控實(shí)施下，無法下樓做地鐵的部分行人會(huì)聚集于站廳層付費(fèi)區(qū)內(nèi)，一定程度上造成站廳層付費(fèi)區(qū)的擁堵。因此，在一級(jí)管控還沒結(jié)束的情況下，若進(jìn)入站廳層的行人流率繼續(xù)增多，達(dá)到907人/分鐘后，就必須啟用第二級(jí)管控。

觸發(fā)第二級(jí)管控時(shí)，地鐵站廳層M1、M3安檢口，以及各個(gè)扶梯旁邊大面積變紅，行人平均密度達(dá)到7.3人/平方米。二級(jí)管控的主要管控措施如下：（1）.抓住最擁堵的1，3號(hào)線路段，在1，3號(hào)線安檢處進(jìn)行人工控流，引導(dǎo)乘客采取其他交通方式出行;（2）.對(duì)換乘通道進(jìn)行上下行人群分割，確乘客通過順暢;（3）.開放S1，S3線站臺(tái)西側(cè)的三個(gè)下行扶梯，進(jìn)行分流，緩解右邊六個(gè)下行扶梯的客流壓力.換乘通道上下行人群的分割如圖3-1所示。

3.5.第三級(jí)管控措施

在第二級(jí)管控還沒結(jié)束的情況下，若進(jìn)入地鐵站廳層的流率繼續(xù)增多，達(dá)到2214人/分鐘后，就必須啟用第三級(jí)管控。

三級(jí)管控的目的便是要整體限制進(jìn)入地鐵站廳層的人數(shù)，主要措施包括封閉位于站房一層中間的三個(gè)向下的扶梯（南京南站地鐵3，4號(hào)出口），引導(dǎo)乘客前往南北廣場(chǎng)采取別的交通方式離開。

第三級(jí)管控是最后一級(jí)管控，一旦觸發(fā)，往往是一個(gè)長(zhǎng)期管控的過程。其管控時(shí)間會(huì)持續(xù)一個(gè)早晚高峰，甚至達(dá)到一天。這樣的管控會(huì)給乘客帶來一定的不便，但卻大大增強(qiáng)了大客流下南京南站的安全性，因此，第三級(jí)管控是非常必要的。

4.方案仿真結(jié)果與評(píng)價(jià)

4.1第一級(jí)管控設(shè)計(jì)結(jié)果與評(píng)價(jià)

下面開始運(yùn)行Anylogic模型，以模擬第一級(jí)管控下的疏散結(jié)果。

仿真模型運(yùn)行10分鐘后（約600秒），基本符合一級(jí)管控條件，此時(shí)實(shí)行一級(jí)管控，禁止行人由扶梯進(jìn)入1，3號(hào)線站臺(tái)層。

仿真時(shí)間3716秒，也就是開始管控3116秒后（約合50分鐘后），M1，M3站臺(tái)層行人平均密度已降至每平方米3人以下，疏散恢復(fù)正常，一級(jí)管控結(jié)束。如下圖所示，行人密度較低，僅小范圍區(qū)域呈現(xiàn)黃色，管控效果良好。

4.2.第二級(jí)管控設(shè)計(jì)結(jié)果與評(píng)價(jià)

同樣的，結(jié)合上文所述的第二級(jí)管控措施，我們利用Anylogic模型，模擬第二級(jí)管控下的疏散結(jié)果。

仿真時(shí)間600秒，達(dá)到一級(jí)管控條件，實(shí)行一級(jí)管控

仿真時(shí)間753秒，達(dá)到二級(jí)管控條件，實(shí)行二級(jí)管控

仿真時(shí)間3716秒，地鐵站臺(tái)層疏散完成，一級(jí)管控解除，二級(jí)管控保留，行人可以從站臺(tái)層進(jìn)入站廳層坐地鐵疏散。

仿真時(shí)間5622秒，地鐵站廳層行人密度降到了3人/平凡米以下，僅有少數(shù)區(qū)域仍呈紅色，二級(jí)管控解除，如圖4-2所示。

二級(jí)管控解除時(shí)，仍有局部區(qū)域行人處于擁擠狀態(tài)。但是，這些擁擠點(diǎn)的面積往往非常小，不會(huì)對(duì)大面積人流的活動(dòng)造成影響。另外，現(xiàn)實(shí)中的行人行為比AnyLogic模型中要更復(fù)雜，擁擠地方的人群會(huì)自發(fā)的向非擁擠地區(qū)疏散，因此實(shí)際情況這些小范圍擁擠點(diǎn)并不存在。

4.3第三級(jí)管控設(shè)計(jì)結(jié)果與評(píng)價(jià)

如上文所述，第三級(jí)管控是最后一級(jí)管控，一旦觸發(fā)，往往是一個(gè)長(zhǎng)期管控的過程。其管控時(shí)間會(huì)持續(xù)一個(gè)早晚高峰，甚至達(dá)到一天。

因此，我們采用穩(wěn)態(tài)仿真的形式，運(yùn)行模型時(shí)間達(dá)到足夠長(zhǎng)（大于18000秒）后，觀察鐵路到達(dá)層、地鐵站廳層行人密度圖結(jié)果，如圖4-2所示。

由站房一層與地鐵站廳層的模型運(yùn)行結(jié)果可知，在三級(jí)管控下，站房一層與地鐵站廳層的行人平均密度都在3人/平方米左右，并不處于擁堵的狀態(tài)。同時(shí)，行人密度圖中不存在大面積擁堵的紅色區(qū)域，管控下整個(gè)站房的行人疏散是井然有序的。第三級(jí)管控一定程度會(huì)給乘客帶來不便，乘客必須要前往南北廣場(chǎng)甚至更遠(yuǎn)的地方坐地鐵，或是使用其他交通方式。但是這樣的管控卻增強(qiáng)了大客流下南京南站的安全性，以及站內(nèi)乘客的舒適性。

5.結(jié)語

經(jīng)過多次的實(shí)地調(diào)查與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們利用Anylogic仿真軟件，完成了對(duì)南京南站的大客流仿真模擬與優(yōu)化，并提出了相應(yīng)本項(xiàng)目難點(diǎn)主要在于模型的構(gòu)建，南京南站規(guī)模龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，構(gòu)建模型需要開展大量的調(diào)研。受到近期疫情的影響，南京南站的硬件設(shè)施與管理方案發(fā)生較大變化，這導(dǎo)致在關(guān)注南京南站多項(xiàng)細(xì)節(jié)的同時(shí)，還要時(shí)刻修改模型，使其符合車站實(shí)際情況。

本項(xiàng)目仍然存在一些缺陷和不足需要完善。本項(xiàng)目在客流組織上主要方向?yàn)榈罔F大客流研究，而城市綜合交通樞紐中交通方式多樣，相互關(guān)系緊密，對(duì)于不同交通方式及相互換乘客流組織方面研究的空缺還有待彌補(bǔ)。其次，受到數(shù)據(jù)限制，對(duì)于南京南站大客流情況下的OD以及乘客出行行為特征還沒有準(zhǔn)確掌握，導(dǎo)致地鐵故障案例分析應(yīng)用價(jià)值不能有效發(fā)揮。在后續(xù)的研究中，在改善這些問題的同時(shí)，還將結(jié)合其他突發(fā)事件下的大客流情況案例，進(jìn)一步完善城市綜合交通樞紐仿真技術(shù)體系。