基于AnyLogic的鐵路車站仿真應用研究
——以昆明站南廣場為例

游玲君、張贏、李博藝、楊穎

（1.昆明鐵道職業技術學院，云南 昆明 650208；2.中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司，云南 昆明 650011）

1 概述

昆明站南廣場提質改造工程于2020年10月1日完成。此后，昆明地鐵與國鐵之間的換乘無須再繞行昆明站西側下穿隧道，軌道交通與鐵路實現無縫換乘，大大縮短時間，方便旅客出行。

2 仿真模型和仿真軟件的選擇

目前，對行人交通微觀仿真研究較多，已有不少成果。下面介紹主要的行人仿真模型和仿真軟件，選擇合適的模型和軟件用于軌道交通站臺排隊行為的仿真。

2.1 仿真模型的選擇

微觀仿真模型主要有兩種，分別是連續型仿真模型和離散型仿真模型兩種，連續型仿真模型的時間、行人坐標還有空間都是連續的，并沒有離散，利用微分方程聯系相關量的變化情況。離散型仿真模型的空間、時間還有狀態都呈現離散化，最為出名的就是元胞自動機模型。在滿足仿真模型所需的條件后，能夠對所需的狀況進行模擬，如社會力模型[1]。

利用社會力模型，對行人的行為進行真實模擬，而且對人群的非線性自組織現象進行仿真，從而對行人的運動本質進行解釋。因此，社會力模型的應用極其廣泛[2]。

Anderslz[3]、Helbing 和Molnar[4]這幾位著名物理學家曾經提出了“社會力”這一著名模型，從牛頓力學的角度出發對行人的行為社會學進行描述。

在考慮模型適用性與可操作性的基礎上，選擇了運用社會力模型進行仿真。

2.2 仿真軟件的選擇

在客流組織軟件仿真方面，城市交通仿真、行人仿真、列車運行仿真等都有成熟的商業仿真軟件。

AnyLogic 可輸出密度、速度、行人數量、停留時間等統計數據，還可以生成模擬動畫[5，6]。

AnyLogic 具有優秀的分析組件和優化工具，可以直接在建模環境中使用，建模過程相對簡單和快速。AnyLogic 具有開放的體系結構，支持基于主體建模和二次開發，并且可以與Java 或其他語言編寫的軟件、定制模塊一起工作，為行人交通仿真建模提供了更大的靈活性。也可以與辦公軟件或某些企業軟件集成，如電子表格、數據庫、ERP、CRM 等[7]。

幾款仿真軟件的對比見表1。

表1 四款仿真軟件技術性能對比

基于以上優點，決定采用AnyLogic 軟件進行仿真模擬。

3 車站仿真關鍵流程

針對昆明站南廣場入口大廳客流組織的復雜性，分析了車站功能定位和客流線路，采用任意微動態模擬軟件模擬客流，分析模擬結果，提出了客流組織優化方案，為實際運營管理提供決策支持。

3.1 車站仿真技術流程

在通常情況下，交通設施系統內部的仿真分為基礎資料獲取、模型建立（二維/三維）、仿真效果展示和仿真評估優化4 個主要過程[8]。

3.2 站內功能區位布局分析

昆明站南廣場經過提質改造工程，在既有南廣場站前廣場一層上新建了集散廳。二層進站廳包含實名驗票、安檢大廳，設有20 臺實名驗票機、13 臺安檢機，另預留3 臺安檢機的安裝空間。改造工程新建了16m 寬通道平接既有二層高架候車廳。

3.3 站內客流組織流線分析

流線，即客運站中乘客、行包、交通車等的流動行進的路線。在此例中，主要為不同目的旅客的行進路線。昆明站南廣場的旅客流線主要有進站流線、出站流線和換乘流線。

3.3.1 進站流線

進站流線如圖1所示（南廣場進站預售客流達到約6 萬人時，西驗證口電梯開放）。

圖1 進站流線

3.3.2 出站流線

出站流線如圖2所示。

圖2 出站流線

3.3.3 換乘流線

換乘流線如圖3、圖4所示。

圖3 換乘流線1

圖4 換乘流線2

4 客流組織仿真方法及評價指標研究分析

4.1 AnyLogic 仿真軟件分析研究

AnyLogic 仿真模型是利用行人庫實現的。在行人庫當中，主要有環境對象、全局參數設置對象Ped-Comguration 以及行人對象，算法為社會力模型。AnyLogic 中的行人仿真建模過程如圖5所示。

圖5 仿真建模過程

4.2 客流組織評價指標研究

主要從旅客換乘的流暢性和設備綜合利用率這兩個方面來評價客流組織方案的優劣。其評價指標分析如下所示：

4.2.1 平均逗留時間

平均逗留時間t-，是指一段時間內從某條流線上經過的若干旅客所花費的時間的平均值。在距離相同的情況下，其結果越大說明這條流線越擁堵，旅客走行越不順暢，從而發現流線的瓶頸所在。

式（1）中：ti為站內某條主要流線上某旅客的逗留時間；n 為某條流線上旅客的數量。

4.2.2 平均排隊長度

式（2）中：Li為站內每條主要流線上排隊的長度；n 為站內主要流線的數量。

5 昆明站南廣場客流組織實例仿真分析

5.1 仿真設備參數分析

昆明站南廣場由一層集散廳、地下一層出站廳及二層進站廳組成，各層之間由電扶梯與樓梯相連。一層集散廳主要辦理人工售票、自助售票機售票、問詢等業務；地下一層出站廳設出站閘機、補票處、警衛室以及安檢查驗健康碼等；二層進站廳設進站閘機、人工驗證通道、綠色通道、安檢、警衛室等。出站廳與集散廳主要由扶梯與樓梯相連；進站廳與集散廳主要由扶梯、樓梯以及無障礙電梯相連。南廣場分南驗證口與西驗證口，平時主要開放南驗證口，周末、節假日客流增多時，開放西驗證口。

在南廣場中，所設計的設備主要有售票機、安檢口、樓梯、扶梯還有閘機。閘機標準如下：寬0.53m，長1.86m，速度1.37m/s，服務時間3～8s，通過安檢時間約為10～15s；南廣場工作日人流量約2 萬人；節假日約4～6 萬人。

5.2 建立仿真模型

按照實際情況，依據一定比例來進行仿真底圖的繪制，如圖6所示。

圖6 仿真動畫界面

按照南廣場的流線，利用AnyLogic 仿真軟件表現模塊關系圖，并且構建地下仿真圖，設置各模塊的屬性。

6 仿真評價分析

6.1 仿真數據輸入

根據2021年1月8日實際采集數據，同時在3 個觀測點，通過視頻法獲取進站廳高峰期旅客到達人數、出站廳旅客集中到達人數、地鐵與國鐵換乘人數，根據到達人數波動情況，設定高峰期觀測時間為45min。

6.2 仿真結果分析

在仿真模型中，將仿真結果中各達口對應的時間參數代入公式（1）進行計算從而得出在各個流線上旅客的逗留時間平均值，并分析結果。

通過對各達口相對流線旅客所逗留時間平均值的比較。可知，“進站流線”與“換乘流線1”上存在阻礙旅客走行的瓶頸。

6.3 優化建議

通過分析導致瓶頸的主要原因，以此為基礎提出相關決策，對設備平均排隊長度進行分析，然后優化，從而合理配置設施。

6.3.1 進站流線優化

（1）在進站流線沿途，采用圖像與廣播方式表明前端安檢驗證的方法，提示旅客提前打開相應程序。

（2）增設集散廳平面示意圖，標明各功能區位置。

6.3.2 換乘流線優化

（1）設置隔離欄桿，隔離進、出站旅客，使其不發生交叉干擾。

（2）在閘機口增設值守人員，引導旅客快速過閘，引導部分旅客從人工驗證通道和綠色通道進站。增設安檢人員，部分沒有行李的旅客由人工安檢。

（3）增大指示標志，突出綠色通道，安排專人尋找重點旅客，引導旅客走綠色通道。

6.3.3 出站流線優化

（1）在站臺、出站通道設置地圖，標明南北出站口以及周邊設施和可換乘的交通工具。

（2）優化閘機設置，標明刷身份證的位置，同時增加值守人員，提高過閘效率。

7 結語

利用AnyLogic 仿真軟件，仿真分析昆明站南廣場的客流組織，包括仿真建模、仿真運行、仿真環境分析和仿真結果輸出分析。

通過對仿真數據進行分析，結果發現進站廳的瓶頸在于“換乘流線1”和“進站流線”，提出相應的對策，解決瓶頸問題。

通過進行仿真分析，為昆明站南廣場的運營管理提供決策支持，不斷提高流線的通過能力和設備的利用率。