北京地鐵13#線西直門站站臺客流仿真

王賢琛，黃凱

(1.北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，北京　100044；2.西南交通大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院，四川成都　610031)

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北京地鐵13#線西直門站站臺客流仿真

王賢琛1，黃凱2

(1.北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，北京100044；2.西南交通大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院，四川成都610031)

客流量大、乘客密集是地鐵車站的主要特征，為確保乘客人身安全，提高站臺服務(wù)水平，以北京地鐵13#線西直門站為例，在對車站客流特性調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用Anylogic仿真軟件對站臺乘客流向進行模擬仿真，并通過相關(guān)評價指標對站臺服務(wù)水平進行評價。根據(jù)仿真結(jié)果，得出該站臺當(dāng)前存在的不足，并提出改進方案。

城市軌道交通；地鐵站臺；客流；站臺服務(wù)水平；Anylogic；仿真

城市軌道交通作為城市的運輸大動脈，承擔(dān)著城市主要的客運量，車站不僅是整個城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，更是集散客流的主要場所[1]。車站一般都與地面交通有大量的換乘，客流量大、人流密集是地鐵車站的主要特征。城市軌道交通車站的主要服務(wù)設(shè)施大致包括通道、扶梯(樓梯)、大廳、售票窗口及自動售票機、閘機、站臺等。通過一定的計算方法可以計算出這些設(shè)施的服務(wù)能力，但是在實際運營中這些設(shè)施相互制約，加上行人的選擇各異等，這些因素影響著整個車站系統(tǒng)的運行能力和水平[2]。特別是隨著近年來城市化進程的加快，城市人口急劇上升，原有的地鐵車站是否能滿足日益增加的客流需求，需要對站臺的服務(wù)能力做相應(yīng)的評估[3]。

北京地鐵西直門站是一個大型換乘車站，2#線、13#線和4#線匯聚于此，也是13#線的西端終點站。13#線連通海淀區(qū)北部與朝陽區(qū)北部，并連通回龍觀住宅區(qū)，客流密度較大。13#線西直門站為典型的島式站臺，存在著站臺上乘客擁擠等問題，本文以13#線西直門站為仿真環(huán)境，運用Anylogic仿真軟件，模擬進站客流及從2#線和4#線換乘到13#線的客流，分析乘客在站臺上的行為選擇及現(xiàn)行13#線西直門站存在的問題，并提出改進意見。

1　13#線西直門站臺

圖1　地鐵西直門站立體結(jié)構(gòu)圖

13#線西直門站為地上3層高架車站，為一島兩側(cè)兩線站臺，由2#線、4#線路轉(zhuǎn)乘13#線(始發(fā))的旅客上到第3層中間的島式站臺，而由13#線(終到)到來的旅客則在第3層兩側(cè)的站臺下車出站或換乘，地上二層為站廳層，地面首層為出入口。13#線車站站臺通過連續(xù)通道連接位于地下一層的換乘大廳，再與2#線、4#線車站由換乘通道相連[4-5]。西直門站立體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本文仿真只針對13#線西直門站上車客流，客流來源包括南進站口的進站客流1、北進站口的進站客流2、南側(cè)換乘客流1、北側(cè)換乘客流2。

站臺的服務(wù)水平受站臺的布置形式、折返形式、客流強度、設(shè)施設(shè)備布置等的影響[6]。

2　西直門地鐵站臺仿真

對上車客流進行仿真，仿真環(huán)境為供乘客上車的島式站臺。進站口有2個，如圖1中①、②所示，分別位于南側(cè)和北側(cè)。

Anylogic是一款應(yīng)用廣泛的對離散、連續(xù)和混合系統(tǒng)建模和仿真的工具[7]。利用Anylogic實現(xiàn)地鐵車站設(shè)備設(shè)施的建模，通過設(shè)計不同的仿真場景和設(shè)置不同的參數(shù)，對乘客在車站內(nèi)的行為進行仿真，研究車站設(shè)備設(shè)施的利用情況并進行分析評估，為城市交通車站的優(yōu)化提供支持。首先輸入原始客流強度，通過數(shù)據(jù)得出反應(yīng)站臺服務(wù)的評價指標。然后加大客流強度，分析制約站臺服務(wù)的瓶頸，提出改進建議。

2.1乘客進入站臺流程

乘客分別通過南、北側(cè)的進口①、②進入西直門車站，走行過程如圖2所示。

圖2　乘客進入西直門站臺流程

通過客流調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并進行spss分析，確定南側(cè)進站客流到達服從參數(shù)為15.18的poisson分布，南側(cè)進站旅客中攜帶行李乘客的比例為76.7%；北側(cè)進站客流服從參數(shù)為24.00的poisson分布，攜帶行李乘客的比例為74.7%。

由站內(nèi)隨機抽取200人做為樣本，對其年齡進行統(tǒng)計。將30歲作為青年和中年人的分界點， 60歲作為中年和老年人的分界點。根據(jù)統(tǒng)計得出地鐵站內(nèi)乘客年齡的分布情況，其中絕大多數(shù)為青年和中年，分別占70%和26%，老年人僅占4%。

2.2車門選擇模型

乘客進入13#線島式站臺后，需要選擇在合適的車門處等候上車。由于站臺為一較寬的空間，車門較多，乘客對車門的選擇規(guī)律是乘客站臺行為分析的關(guān)鍵。

1)乘客選擇。乘客到達站臺時，不可能立即獲知每一個車門位置的等候人數(shù)，而是選擇并沿著站臺某一方向步行，根據(jù)已步行的距離和當(dāng)前車門等候人數(shù)等因素選擇在當(dāng)前車門停留或繼續(xù)前進，直到停留為止[8]。

2)實際調(diào)查。地鐵車站站臺長100 m以上，設(shè)置了多個樓梯、座椅、柱子等設(shè)施設(shè)備，在客流高峰幾乎每1 s都會有多個行人抵達并沿站臺行走，無論是人工記錄或視頻拍攝都難以有效記錄站臺各車門等候行人的數(shù)量。

圖3　乘客對車門的選擇過程

基于以上分析，得出乘客實際選擇車門的流程如圖3所示。

運用效用最大化理論，設(shè)定留在當(dāng)前車門處上車的效用為Vs，繼續(xù)前進的效用為Vg，車門選擇logit模型的相對效用函數(shù)為：

Vs-Vg=-1.91+0.344D+2Nx-1.89Nd，

式中：D為當(dāng)前車門距離起點(樓梯出口)的距離；Nx為下一車門處等待乘客數(shù)；Nd為當(dāng)前車門處等待乘客數(shù)。

乘客車門選擇如圖4所示。乘客由圖1中的樓梯出口1、2進入站臺，出口1處乘客走行方向如圖5所示[9-14]。

圖4　車門選擇示意圖　　　　　　　　　　　　　　　圖5　乘客出樓梯口后方向的選擇

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：乘客選擇圖5東側(cè)的概率與選擇西側(cè)的概率相等；而選擇南側(cè)與北側(cè)的概率不相等，即圖5乘客選擇向北(②、④方向)和向南(①、③方向)的概率不一樣，乘客選擇向南的概率約為0.4，選擇向北的概率為0.6。導(dǎo)致這種結(jié)果有2個原因：一是乘客出電梯時朝向站臺中部，乘客傾向于保持原有的行走方向；二是由于圖5中往方向①、③的空間較小，乘客不愿意前往空間較小的車門處等待上車。

通過以上數(shù)據(jù)的輸入，基于Anylogic對西直門地鐵13#線站臺客流進行仿真，如圖6所示。

圖6　系統(tǒng)仿真界面

3　站臺評價及仿真結(jié)果

3.1站臺評價

對于站臺服務(wù)水平的評價，目前還沒有具體的評價體系。車站站臺乘客的狀況及限流的客流量臨界點一般依據(jù)主觀判斷，缺少明確、統(tǒng)一的管理標準，不利于車站及時采取相關(guān)措施。因此建立明確的評價體系，對車站站臺的服務(wù)水平等級進行評價，以便在車站的客流動態(tài)管理中及時掌握車站的運營安全狀態(tài)，依據(jù)站臺對乘客的服務(wù)水平等級判斷車站限流的時機與限流的等級[14-17]。關(guān)于排隊及等候區(qū)的服務(wù)水平等級如表1所示[16-22]。

表1　站臺的服務(wù)水平標準

3.213#線西直門站站臺存在的問題

根據(jù)13#線的客流密度，得出站臺的服務(wù)水平為B級，對于北京這樣一個人口眾多的城市而言，13#西直門站的服務(wù)水平基本滿足乘客的需求，但這并不代表13#線西直門站的站臺設(shè)計完全合理。在仿真過程中可以發(fā)現(xiàn)，乘客在樓梯口處的車門處容易擁堵，這是由于樓梯口位于站臺平面以內(nèi)，極大地壓縮了該處車門區(qū)域的面積，使得該車門處的空間狹小，當(dāng)乘客經(jīng)過此區(qū)域時，很容易發(fā)生擁堵的情況。如圖7圈示區(qū)域所示。

圖7　狹窄區(qū)域出現(xiàn)擁堵

13#線西直門站為終點站，折返方式為站前折返，即折返線設(shè)置于車站前端。從乘客的角度來說，站前折返車時容易產(chǎn)生疑惑。調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)這種疑惑性體現(xiàn)在2個方面：

1)在一般車站，乘客進入站臺后在選擇等車時都是依據(jù)站臺上的指示標識，根據(jù)標識的方向選擇在站臺的一側(cè)等候上車，西直門站這種從島式站臺兩側(cè)皆可上車的情形非常容易迷惑乘客；

2)乘客選定等車側(cè)后，如果另一側(cè)的車輛先到站臺，那么很少有乘客會選擇換到另一邊上車，只有極少部分對本車站特別熟悉的乘客會選擇換到站臺另一側(cè)上車。這就造成了乘客等車時間的增加，同時也使得運力浪費和站臺擁擠。

13#線西直門站應(yīng)盡快采取措施彌補這種不足，比如可以通過廣播的形式通知乘客，避免在車輛到站后站臺另一側(cè)的乘客繼續(xù)等待。

3.3各車門排隊人數(shù)仿真結(jié)果

在仿真模塊中設(shè)置輸出語句，得出48個車門處的高峰平均排隊人數(shù)表如表2所示。

表2　高峰時段各車門排隊人數(shù)

據(jù)統(tǒng)計總站臺人數(shù)為847人，實測結(jié)果站臺人數(shù)為860人，仿真結(jié)果與實際測值偏差較小，認為仿真效果較好。站臺面積為1 004 m2，算得密度為1.18 m2/人。

4　結(jié)論

1)13#西直門站的設(shè)計能夠滿足當(dāng)前乘客的需求，并且能夠達到令乘客基本滿意的服務(wù)水平。

2)13#線西直門站站臺的不足：

①樓梯口位于站臺平面以內(nèi)，使得該車門處的空間狹小，當(dāng)乘客經(jīng)過此區(qū)域時，很容易發(fā)生擁堵的情況。

②站前折返的折返方式增加乘客的出行時間，當(dāng)站臺一側(cè)的車輛到站時，站臺另一側(cè)的乘客不會換到車輛到站的一側(cè)上車，造成乘客等車時間的增加，同時也使得運力浪費和站臺擁擠。

3)應(yīng)當(dāng)改進13#線西直門站站臺和樓梯的接駁方式，同時更好地解決站臺兩側(cè)均可上車帶來的弊端。

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(責(zé)任編輯：楊秀紅)

Simulation of Passengers Flow at Xizhimen Station of Beijing Metro Line 13

WANGXianchen1,HUANGKai2

(1.SchoolofTrafficandTransportation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China; 2.SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031，China)

Large flow and overcrowding of passengers are the main characteristics of the subway station. To ensure passenger security and improve service level, Xizhimen station of Beijing Subway Line 13 is taken as an example to simulate the behaviors of the passengers at the platform and to evaluate the services of the platform through the relevant evaluation index by Anylogic simulation software based on the investigation of the characteristics of passenger flow at this station.The simulation results show the existing problems of the station and the improvement plans are put forward.

urban railway transit; subway station; passenger flow; station service level; Anylogic; stimulation

2016-06-24

王賢琛(1994—)，男，土家族，湖北宜昌人，碩士研究生，主要研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理，E-mail: 543877490@qq.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2016.03.008

U291.6

A

1672-0032(2016)03-0043-07