車站客流疏散能力仿真評(píng)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(shè)備安全性能好、節(jié)能環(huán)保、社會(huì)效益明顯，為城市發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。因此，為了更好地服務(wù)乘客，完成一系列的換乘作業(yè)，有必要對(duì)乘客的疏散能力和組織方法進(jìn)行分析。

2 項(xiàng)目線路情況簡(jiǎn)介

太原地鐵2 號(hào)線一期是太原市乃至山西省的首條軌道交通線路，全長(zhǎng)23.647km；北起尖草坪區(qū)尖草坪站，途經(jīng)杏花嶺區(qū)、迎澤區(qū)，南至小店區(qū)西橋站，途經(jīng)人民路、長(zhǎng)治路、解放路等太原中心線路，設(shè)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(jié)編組A 型列車，并于2016年3月全面開(kāi)工，2020年12月26日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

3 城市地鐵車站客流的相關(guān)內(nèi)容

3.1 客流對(duì)運(yùn)輸組織的影響

3.1.1 影響線路列車運(yùn)輸能力與運(yùn)行效率

當(dāng)客流相對(duì)較大時(shí)，上下車時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，容易造成列車臨時(shí)延誤或延誤，直接降低列車運(yùn)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(shí)仍在高速運(yùn)行，存在一定的安全隱患。

3.1.2 影響車站、線路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的性能

巨大的客流將迫使車站運(yùn)輸設(shè)施和固定設(shè)備進(jìn)行高強(qiáng)度的連續(xù)工作，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)施和設(shè)備容易發(fā)生故障。例如，售票機(jī)在高負(fù)荷和頻率下容易發(fā)生故障；列車將在滿載下繼續(xù)高速運(yùn)行，將導(dǎo)致線路和開(kāi)關(guān)的嚴(yán)重磨損[1]。

3.1.3 影響客服質(zhì)量與水平

大量客流的出現(xiàn)必然會(huì)產(chǎn)生大量的客流需求，這使得票務(wù)機(jī)構(gòu)的工作面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。通常，乘客是排隊(duì)買(mǎi)票，考驗(yàn)了自動(dòng)售票機(jī)的性能和售票員的業(yè)務(wù)能力，要求售票員和相關(guān)設(shè)備連續(xù)工作，并確?？焖佟?zhǔn)確、高強(qiáng)度。

3.1.4 乘客的負(fù)面情緒影響運(yùn)輸安全

大客流發(fā)生時(shí)，客流數(shù)量巨大，客流人員構(gòu)成復(fù)雜。在擁擠的站臺(tái)和車廂中，乘客往往會(huì)產(chǎn)生沖動(dòng)和不滿等負(fù)面情緒；而這很可能會(huì)導(dǎo)致乘客沖突，不僅會(huì)危及乘客的人身和財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)直接威脅交通安全。

3.2 客流組織的主要作用

城市地鐵運(yùn)營(yíng)需要承載大量客流，客觀上給相關(guān)管理部門(mén)帶來(lái)一定工作壓力。為保證乘客上下車安全，必須及時(shí)疏散乘客，引導(dǎo)乘客進(jìn)入安全地帶，降低安全事故發(fā)生概率。此外，還需要組織乘客及時(shí)進(jìn)入或離開(kāi)一些重要的公共區(qū)域，以避免乘客路線上的擁堵。不同規(guī)模的城市地鐵客流組織方式存在一定差異，因此要根據(jù)車站實(shí)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(wù)水平。

4 仿真模型現(xiàn)狀分析

目前，城市軌道交通車站疏散能力評(píng)估仿真軟件和模型較多，主流的疏散仿真軟件多為國(guó)外開(kāi)發(fā)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(cè)重性，其參數(shù)也相對(duì)局限，故準(zhǔn)確率也會(huì)有所影響。如Shi Jianyong 等專業(yè)人員研究并提出的疏散仿真模型AIEva 是基于Agent 疏散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的，是規(guī)則推理和數(shù)值計(jì)算的結(jié)合，以此來(lái)模擬分析大型公共建筑疏散中的整體動(dòng)態(tài)過(guò)程；Shi Congling等專業(yè)人員提出的城軌車站涵蓋疏散線路及其安全關(guān)鍵點(diǎn)的疏散策略，主要運(yùn)用基于Agent 的網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)模擬不同火災(zāi)工況下的疏散過(guò)程。

4.1 仿真軟件簡(jiǎn)介

它是根據(jù)我國(guó)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，并結(jié)合軌道交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理者以及乘客方面，從車站客運(yùn)組織的安全、舒適及效率等角度考慮，由全球規(guī)劃和設(shè)計(jì)公司Arup 開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的集成基礎(chǔ)設(shè)施建模、仿真項(xiàng)目管理、客流分布仿真、客流分布及客運(yùn)組織評(píng)價(jià)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(píng)估模型

本文的研究評(píng)估借用了事件驅(qū)動(dòng)的行人流模型、行人動(dòng)力學(xué)模型、疏散驅(qū)動(dòng)模型、乘客疏散行為模型等四種模型。

4.3 評(píng)估過(guò)程

本文的研究選取了太原地鐵2 號(hào)線一期的所有車站，并對(duì)其進(jìn)行大客流疏運(yùn)和疏散能力仿真評(píng)估。其中，大客流疏運(yùn)仿真是對(duì)遠(yuǎn)期客流條件下車站客運(yùn)組織瓶頸進(jìn)行識(shí)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(chǎng)景（即兩個(gè)方向列車同時(shí)到達(dá)、超高峰小時(shí)內(nèi)進(jìn)出站及換乘客流）為背景，在不考慮應(yīng)急疏散措施實(shí)施的條件下，分析站臺(tái)層列車所載乘客及全部候車人員的總疏散時(shí)間。

相應(yīng)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(shè)施設(shè)備模型、設(shè)定仿真參數(shù)（客流量、客流在站事件鏈）、運(yùn)行常態(tài)仿真、間隔仿真后指標(biāo)（車站空間占用頻率、平均密度、最大密度、最大密度持續(xù)時(shí)間等）、列車到達(dá)時(shí)刻手動(dòng)疏散指令、自動(dòng)轉(zhuǎn)入疏散仿真等步驟，最后得出疏散時(shí)間，分析評(píng)估仿真結(jié)果。

5 仿真相關(guān)參數(shù)

5.1 仿真基本參數(shù)

行車組織參數(shù)：根據(jù)工程初步設(shè)計(jì)中行車組織設(shè)計(jì)遠(yuǎn)期2 號(hào)線高峰行車間隔為2.2min。各站停站時(shí)間為普通站30s，預(yù)計(jì)大客流站點(diǎn)35s。設(shè)定乘客常態(tài)下自由走行速度服從正態(tài)分布，均值為1.21m/s；疏散下自由速度同樣服從正態(tài)分布，均值為1.7m/s。根據(jù)高峰行車間隔，仿真預(yù)熱時(shí)間設(shè)定為5min，常態(tài)仿真時(shí)長(zhǎng)為1h。常態(tài)仿真結(jié)束后，重新設(shè)置參數(shù)，開(kāi)始疏散仿真，得到疏散時(shí)間。

5.2 車站客流參數(shù)

根據(jù)《太原市軌道交通2 號(hào)線一期工程初步設(shè)計(jì)總說(shuō)明書(shū)》和《太原市軌道交通2 號(hào)線一期工程運(yùn)營(yíng)初期（2021-2023年）客流預(yù)測(cè)》，由分析可估測(cè)得到各站的客流情況。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)總說(shuō)明書(shū)中的初期與遠(yuǎn)期斷面客流比，可預(yù)估遠(yuǎn)期客流數(shù)約為初期客流的2.2 倍；結(jié)合《太原市軌道交通2 號(hào)線一期工程運(yùn)營(yíng)初期（2021-2023年）客流預(yù)測(cè)》，可得各站的上下客人數(shù)；根據(jù)《太原市軌道交通2 號(hào)線一期工程初步設(shè)計(jì)總說(shuō)明書(shū)》遠(yuǎn)期高峰小時(shí)斷面客流特征，可得各站遠(yuǎn)期高峰小時(shí)斷面客流情況。

6 仿真結(jié)論

各站點(diǎn)最后仿真計(jì)算所得服務(wù)水平均為“大部分LOS A”，疏散客流滿足最大客流預(yù)測(cè)（含到站列車人員），疏散時(shí)間均小于6min。

7 城市地鐵車站客流的組織措施

經(jīng)核驗(yàn)，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)，所有車站均能在6min內(nèi)將站內(nèi)客流全部疏散至站廳公共各區(qū)域或其他安全區(qū)域，公共區(qū)乘客人流密度等參數(shù)符合乘客疏散和安全運(yùn)營(yíng)要求。

在仿真模擬中，各站普遍存在狹小區(qū)域內(nèi)的擁堵問(wèn)題（如閘機(jī)口、樓扶梯拐角、站臺(tái)部分候車區(qū)等地），建議遠(yuǎn)期時(shí)候在客流密集處加裝欄桿等來(lái)引導(dǎo)客流，提高閘機(jī)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(shí)間超過(guò)5min30s，建議在后續(xù)結(jié)合客流實(shí)際情況，進(jìn)一步論證增加車站閘機(jī)等措施，并做好以下兩點(diǎn)來(lái)分散客流。

7.1 增加售檢票能力

售票時(shí)，應(yīng)提前準(zhǔn)備好車票和換票，并設(shè)置臨時(shí)售票亭。驗(yàn)票時(shí)，應(yīng)將雙向檢票口改為單向檢票口，同時(shí)使用手持檢票機(jī)(PCA)加快驗(yàn)票速度；加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)部位的指導(dǎo)和服務(wù)，在重點(diǎn)站點(diǎn)增加售票亭，設(shè)立臨時(shí)售票點(diǎn)售票；加強(qiáng)服務(wù)和客流組織，提高售票能力[2]。

7.2 做好進(jìn)出站客流組織工作

客流組織的指導(dǎo)原則是保證乘客進(jìn)出站路線暢通，加快進(jìn)出站速度，使乘客安全、快速、有序地進(jìn)出站。當(dāng)初期進(jìn)出站客流很大，且平臺(tái)無(wú)法容納和承載更多客流時(shí)，應(yīng)暫?；驕p緩售票，關(guān)閉部分售票機(jī)，暫時(shí)關(guān)閉部分或全部出入口門(mén)，改變扶手方向，采用鐵欄桿引導(dǎo)進(jìn)出；同時(shí)，設(shè)置部分出入口僅供進(jìn)出，限制乘客出入，延長(zhǎng)站臺(tái)疏散時(shí)間。延長(zhǎng)車輛停站時(shí)間，讓盡可能多的乘客上車。當(dāng)平臺(tái)能夠容納和承載更多客流時(shí)，增加充電容量，打開(kāi)車門(mén)入口方向和至平臺(tái)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(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，太原地鐵2 號(hào)線一期各車站總體服務(wù)水平良好，以遠(yuǎn)期早高峰客流數(shù)據(jù)的仿真模擬情況來(lái)看，無(wú)車站出現(xiàn)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的擁堵?tīng)顩r，滿足軌道交通線路的正常運(yùn)營(yíng)要求。