基于Legion仿真軟件的地鐵車站設(shè)計優(yōu)化

李耿旭，耿 浩，王九州，朱小軍

（天津市政工程設(shè)計研究總院有限公司 全自動運行技術(shù)研究中心，天津 300092）

地鐵換乘站一般具有客流量大、客流流線復雜的特點。由于行人運動的復雜性，在換乘車站設(shè)計時，采用定量計算設(shè)備、設(shè)施能力的方法一般較難預測行人實際運動過程中可能產(chǎn)生的沖突點。通過客流仿真模擬的方法可以更為真實地找出車站中的沖突點，有助于優(yōu)化車站設(shè)計。Legion軟件是一款功能齊全、效果良好的行人仿真軟件。吳海燕等[1]使用軟件對北京地鐵呼家樓站進行客流仿真，分析了該站客流密度較大區(qū)域的形成原因及改進策略。朱文熙[2]研究了地鐵換乘站服務(wù)設(shè)施特點及服務(wù)規(guī)律，確定了基于Legion軟件的地鐵換乘站服務(wù)設(shè)施配置評價指標體系并以蘇州地鐵石湖東路站為例進行了相關(guān)研究。王九州等[3]對地鐵客流仿真應用進行了介紹并通過天津地鐵6號線設(shè)計實例說明了客流仿真驗證地鐵換乘方式等方面設(shè)計的合理性。目前Legion軟件較多用于研究換乘站換乘方式優(yōu)化，缺少對車站整體客流的分析研究。本文使用Legion軟件對天津地鐵8號線土城站進行客流仿真，綜合車站站廳層、站臺層及換乘通道處的客流密度數(shù)據(jù)，分析該站行人活動區(qū)域內(nèi)客流密度過大的部分區(qū)域，以優(yōu)化設(shè)計方案。

1 工程概況

天津地鐵8號線土城站與既有地鐵1號線通道換乘，遠期預留與規(guī)劃Z1線通道換乘條件；共3層，地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層為站臺層。在初步設(shè)計方案中，車站設(shè)有3組出入口、2個換乘通道。見圖1。

圖1 土城站初步設(shè)計方案

2 行人仿真分析

2.1 行人仿真軟件及流程

目前已有多種行人仿真軟件，如Legion、Steps、AnyLogic等。Legion軟件基于智能體理論進行行人交通行為特征建模，提出“代價最小”的理論模型，對行人與環(huán)境、行人與行人間的交互作用進行描述[4]。

Legion軟件主要包括Model Builder及Simulator兩部分。在仿真分析過程中，將車站的方案設(shè)計圖導入Model Builder，設(shè)置站內(nèi)各設(shè)施、設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，輸入客流數(shù)據(jù)，建立仿真模型。使用Simulator可對建立的模型進行仿真模擬，記錄仿真數(shù)據(jù)，通過輸出不同的圖形、圖表體現(xiàn)仿真結(jié)果。通過分析輸出數(shù)據(jù)，結(jié)合各類指標可分析車站設(shè)計的不足。

2.2 仿真評價指標

1）客流密度。在實際設(shè)計過程中，采用Legion軟件輸出的平均客流密度圖尋找車站設(shè)計方案的瓶頸?？土髅芏葓D采用目前國際上較為通用Fruin服務(wù)水平標準，見表1。

表1 服務(wù)水平分級 人/m2

2）高密度持續(xù)時間。以2人/m2作為高密度的臨界值，高密度持續(xù)時間統(tǒng)計高峰小時車站內(nèi)最大密度超過2人/m2的區(qū)域以及持續(xù)時間。

3）側(cè)站臺人流密度、站臺下車乘客疏散時間是對站臺能力進行評價的指標。在仿真模擬中，側(cè)站臺人流密度是一個變化值，一般情況下會隨列車的到達與出發(fā)呈規(guī)律性的波動。參考北京地方標準DB 11/995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計規(guī)范》的評價指標，側(cè)站臺人流密度為1.33～2.5人/m2；站臺下車乘客疏散時間用相對列車到達間隔的疏散時間來衡量，以站臺上下車乘客人數(shù)變化予以體現(xiàn)。本次模擬中，以列車到達間隔時間作為標準，前一趟列車的乘客在下一趟列車到達前全部撤離站臺。

2.3 建模

依據(jù)天津地鐵8號線一期工程客流預測數(shù)據(jù)，選擇遠期早高峰1 h進行模擬。早高峰1 h的中間20 min作為超高峰，該車站的超高峰系數(shù)為1.25。

以8號線車站的各出入口、8號線與1號線的換乘通道和8號線的列車為客流的生成與消失點建立OD客流矩陣。行人活動區(qū)域有站廳層與站臺層，因此只建立這兩層的仿真模型。

2.4 仿真結(jié)果

不包括樓扶梯區(qū)域，站廳層的平均客流密度基本處于1.076人/m2以下，整體可接受；但在2號換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處，有較大區(qū)域平均客流密度超過了1.076人/m2，可能會造成換乘通道內(nèi)的客流流線不流暢。見圖2。

圖2 土城站設(shè)計方案平均密度

2號換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處客流密度超過2人/m2的時間達到了15 min以上，因此認為有產(chǎn)生客流擁堵的可能性。見圖3。

圖3 土城站設(shè)計方案高密度持續(xù)時間

分析側(cè)站臺人流密度數(shù)據(jù)，上下行雙側(cè)站臺人流密度最高不超過0.9人/m2，站臺的客流密度滿足相關(guān)指標要求，同時通過扶梯的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看出，站臺上的乘客均在下一趟列車到達之前全部撤離站臺，表明站臺的能力可滿足要求。

3 設(shè)計方案優(yōu)化及仿真

3.1 優(yōu)化方案

分析初步設(shè)計方案的仿真結(jié)果，結(jié)合工程實際情況，重點對站廳層方案進行優(yōu)化。

分析2號換乘通道轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生較大客流密度的原因：通過D出入口進出站及通過2號換乘通道與既有1號線換乘的客流均需通過此處的樓扶梯，客流量相對較大；同時此處上下行扶梯相鄰布置，上下行的客流流線在此轉(zhuǎn)角處聚集交叉。

針對此處客流密度較大情況，調(diào)整樓扶梯布置方式，將兩個扶梯分開，樓梯布置在兩個扶梯中間，減少扶梯上下行客流的聚集。將原設(shè)計方案中的人工售票及進站檢票閘機調(diào)整至遠離樓扶梯口的位置，避免進站客流與換乘客流直接在樓扶梯口處產(chǎn)生交叉。對換乘通道的轉(zhuǎn)角處進行切角處理，使此處的客流流線更加順暢?？土饕自谏闲蟹鎏菘谔幃a(chǎn)生高密度，其原因是乘客在出扶梯后會直接在扶梯口處選擇路徑，因此在扶梯口處增加欄桿引導乘客，使其出扶梯后繼續(xù)往前移動。見圖4。

圖4 土城站優(yōu)化后設(shè)計方案

3.2 優(yōu)化方案仿真

對優(yōu)化后方案進行仿真模擬。2號換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處客流密度＜1.076人/m2，說明采取的優(yōu)化措施有效。見圖5。

圖5 土城站優(yōu)化后方案平均密度

2號換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處超過2人/m2的時間不超過15 min，是可接受的。見圖6。

圖6 土城站優(yōu)化后方案高密度持續(xù)時間

綜上所述，對設(shè)計方案的優(yōu)化能夠滿足需求，客流流線更加順暢，提高服務(wù)水平。

4 結(jié)語

本文僅對8號線車站進行模擬，不包括既有1號線車站部分，后期研究可考慮將1號線車站也納入到仿真模型中，不僅可以分析新線開通后對已運營線路客流組織情況的影響，還可以對整個車站的客流情況進行分析，有助于設(shè)計的整體考慮。