基于Anylogic的高速鐵路換乘接續(xù)客流仿真優(yōu)化

黨維婧 宋嘉杰 李應(yīng)兵

(蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院 蘭州 730070)

大型鐵路客運(yùn)樞紐匯集了來(lái)自各個(gè)方向，不同目的的出行旅客，使得站內(nèi)流線錯(cuò)綜復(fù)雜，形式多樣。為了不同出行方式的功能設(shè)施在空間上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，真正意義上實(shí)現(xiàn)“零距離”換乘，所以車站內(nèi)的行人流線是作為各個(gè)大型鐵路客運(yùn)站總體布局的主要依據(jù)?；谀壳俺墒斓母哞F站均銜接多條地鐵線及公交線路，基本實(shí)現(xiàn)“零換乘”需求。然而接續(xù)換乘流線較為復(fù)雜，由于需求不同，可能會(huì)分別匯入其他流線造成交叉干擾，影響旅客出行舒適度。本文旨在從旅客需求[1-2]出發(fā)，針對(duì)接續(xù)換乘流線進(jìn)行分析，利用微觀仿真研究模擬在日常客流、大客流及突發(fā)客流三種情景下，現(xiàn)有的流線是否滿足旅客需求，盡可能的避免接續(xù)換乘流線與進(jìn)出站流線交叉，盡可能的減少旅客的走行和等待行為[3]。

1 西安北站旅客接續(xù)換乘流線分析

1.1 車站結(jié)構(gòu)

西安北客運(yùn)樞紐屬于立體布置的高鐵樞紐，主要結(jié)構(gòu)為二層候車區(qū)，一層站臺(tái)區(qū)，地下一層換乘區(qū)，以及地下二層地鐵區(qū)共四層。站內(nèi)共設(shè)有22個(gè)人工售票窗口，站外設(shè)86臺(tái)自助取票機(jī)，南北廣場(chǎng)分別銜接地鐵二號(hào)線和地鐵四號(hào)線、城際鐵路線站外設(shè)10種接泊公交線路。因此單一的進(jìn)站旅客和出站旅客基本可以實(shí)現(xiàn)出行“零換乘”[1]。

1.2 旅客換乘接續(xù)分析

旅客為了到達(dá)目的地往往要經(jīng)過(guò)一次或多次換乘，本文將可以滿足旅客進(jìn)行換乘接續(xù)的兩列列車分別定義為換乘列車和接續(xù)列車，其中換乘列車指中轉(zhuǎn)換乘旅客完成前段旅程乘坐的列車，接續(xù)列車指中轉(zhuǎn)換乘旅客完成后段旅程乘坐的列車[4]。根據(jù)換乘方式的不同，旅客在高速鐵路車站內(nèi)的換乘可分為三類，站外換乘：→站臺(tái)扶梯→出站閘機(jī)→站前廣場(chǎng)→實(shí)名制檢票→安檢儀→檢票閘機(jī)→站臺(tái)扶梯；站廳換乘：→站臺(tái)無(wú)障礙電梯→候車廳反向檢票閘機(jī)→檢票閘機(jī)→站臺(tái)扶梯；站臺(tái)換乘：→站臺(tái)1扶梯→站臺(tái)2扶梯三種換乘方式[5]。

1.3 設(shè)施設(shè)備

站廳換乘方式，便捷換乘通道共兩架無(wú)障礙電梯，每個(gè)通道口進(jìn)入候車廳開(kāi)放一個(gè)反向閘機(jī)，無(wú)扶手電梯，進(jìn)入候車廳有三個(gè)售票窗口供乘客取票或改簽，據(jù)實(shí)際觀測(cè)，日常只開(kāi)放一個(gè)窗口[6]；站外換乘方式，出站閘機(jī)為6到8臺(tái)，換乘廳內(nèi)布置有大量自動(dòng)取票機(jī)和南北各4個(gè)人工售票窗口，乘客經(jīng)由南1，南2兩出口乘扶手電梯進(jìn)入站前廣場(chǎng)進(jìn)行換乘。

2 客流組織評(píng)價(jià)及指標(biāo)

2.1 平均排隊(duì)長(zhǎng)度

主要測(cè)量出站閘機(jī)、反向閘機(jī)、直梯及售取票口等設(shè)備處的排隊(duì)人數(shù)，每條流線處的排隊(duì)人數(shù)取平均值，其中L排隊(duì)越大代表排隊(duì)人數(shù)越多，便于設(shè)備能力分析和不同換乘方式比對(duì)。式中Li為每個(gè)設(shè)備前每條流線的排隊(duì)人數(shù)，n為流線的數(shù)量。

(1)

2.2 平均設(shè)備利用能力

換乘通道內(nèi)的設(shè)備利用情況如式(2):

Sk=Qk/Pk×100%

(2)

式中Sk為設(shè)備利用率，Qk為通過(guò)該設(shè)備的總客流量，Pk為該設(shè)備的固有通過(guò)能力。

本文主要通過(guò)換乘通道設(shè)備利用率的對(duì)比，反應(yīng)設(shè)備利用率是否足夠甚至均衡。

2.3 服務(wù)等級(jí)劃分

本文主要研究從換乘列車下車起至候車廳檢票通過(guò)閘機(jī)止，認(rèn)為這一時(shí)間為旅客的關(guān)注點(diǎn)，從而影響旅客的選擇行為。旅客在此期間的總消耗時(shí)間如式(3):

T=T服+T等候+T走行

(3)

式中T為旅客換乘總消耗時(shí)間，T服為旅客接受服務(wù)時(shí)間，T等候?yàn)槁每团抨?duì)等候時(shí)間，T走行為旅客走行行為所消耗的時(shí)間。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研顯示，影響旅客換乘行為的關(guān)鍵性因素是排隊(duì)時(shí)間，因此本文以排隊(duì)時(shí)間作為服務(wù)水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為旅客服務(wù)劃分等級(jí)。接續(xù)換乘要求盡可能短的換乘時(shí)間，通常旅客能忍耐時(shí)間為20分鐘，超過(guò)此限度可能會(huì)引起旅客的煩躁或不滿。因此本文將服務(wù)水平由高到低劃分為A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)，隨消耗時(shí)間遞增，服務(wù)水平依次遞減[7]，如表1所示。

表1 服務(wù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 基于Anylogic的仿真建模過(guò)程

3.1 建立仿真環(huán)境

本文利用Anylogic軟件的行人庫(kù)模塊對(duì)旅客行為進(jìn)行仿真，通過(guò)社會(huì)力模型進(jìn)行建模。西安北站現(xiàn)有的接續(xù)換乘流線主要分為站廳換乘和站外換乘。站外換乘的旅客主要由站臺(tái)下車，通過(guò)扶梯和樓梯等連接設(shè)備進(jìn)入負(fù)一層經(jīng)由出站閘機(jī)(每個(gè)出站口設(shè)有6臺(tái)出站閘機(jī))進(jìn)入換乘大廳，可進(jìn)行購(gòu)票、購(gòu)物、咨詢等活動(dòng)。后經(jīng)由南1、南2、北1、北二四個(gè)出站口出站進(jìn)入站前廣場(chǎng)；站廳換乘的旅客通過(guò)直梯和兩處樓梯通往候車大廳，經(jīng)由一臺(tái)反向閘機(jī)進(jìn)入候車廳，可根據(jù)車票信息進(jìn)入指定區(qū)域候車或在開(kāi)放的三個(gè)售票窗口處進(jìn)行購(gòu)取票工作后進(jìn)入指定區(qū)域候車[8]。

表1 仿真參數(shù)表

3.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

3.3 仿真環(huán)境建立

建立仿真模型，并設(shè)置相關(guān)屬性如圖2。

4 仿真場(chǎng)景研究數(shù)據(jù)

4.1 場(chǎng)景一：日?？土鞲叻鍟r(shí)段接續(xù)換乘研究

選取2020年九月進(jìn)行調(diào)研，經(jīng)調(diào)查顯示除節(jié)假日外西安北站的高峰日在9月19日，發(fā)送旅客共計(jì)96182人、下車人數(shù)102680。選取11:30至12:30一個(gè)小時(shí)的客流時(shí)段，運(yùn)行仿真模型，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間并達(dá)到穩(wěn)定后輸出后可得到如下數(shù)據(jù)。

如圖1所示分別為站廳換乘和站外換乘的時(shí)間分布，代入公式(3)由圖可知站廳換乘時(shí)間從300s至1520s均值約為700s可達(dá)到C級(jí)服務(wù)水平；站外換乘的時(shí)間分布從650s至2450s均值為1460s，達(dá)到E級(jí)服務(wù)水平，乘客易產(chǎn)生不滿情緒。如圖2分析直梯等待人數(shù)最大值為3人，圖3分析出站閘機(jī)處排隊(duì)人數(shù)和反向閘機(jī)處等待人數(shù)，均代入公式(1)可知站內(nèi)換乘設(shè)施滿足旅客換乘需求。帶入公式(2)的仿真結(jié)果分析得總利用率為100%的條件下，高架層設(shè)備利用率為26.9%，出發(fā)層設(shè)備利用率為73.1%，約為高架層的3倍。無(wú)論是檢票設(shè)備還是取票設(shè)備的利用率，出站換乘流線的設(shè)備利用明顯高于站廳換乘流線。

圖1 不同換乘方式時(shí)間分布圖

圖3 直梯等待人數(shù) 圖3 檢票設(shè)備等待人數(shù)

以上數(shù)據(jù)分析可知西安北站的兩種接續(xù)換乘流線上的設(shè)備能力充足，二層反向閘機(jī)及購(gòu)取票設(shè)備的利用率較低，大部分換乘旅客選擇站外換乘的方式，通過(guò)實(shí)地走訪發(fā)現(xiàn)站臺(tái)上“由此出站”的廣播和標(biāo)識(shí)相比站廳換乘更為醒目和便于理解，通過(guò)一定量的調(diào)查問(wèn)卷得出出行旅客尤其是第一次到達(dá)該客運(yùn)樞紐的旅客由于對(duì)站內(nèi)布置不夠清楚，列車接續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致旅客選擇站外換乘這種走行距離最長(zhǎng)，換乘時(shí)間最長(zhǎng)的換乘方式。

由此得由于大型客運(yùn)站流量大，旅客需求不同，要求車站客運(yùn)服務(wù)設(shè)備配置時(shí)充分考慮到旅客需求，增加旅客對(duì)于流線的識(shí)別性充分給與旅客心理上的認(rèn)同感和視覺(jué)上的方向感[9]。

4.2 場(chǎng)景二：大客流高峰時(shí)段接續(xù)換乘研究

選取2020年10月1日為研究日期，發(fā)送旅客共計(jì)177413人，其中下車144098萬(wàn)人次。選取11:30至12:30一個(gè)小時(shí)的客流時(shí)段，運(yùn)行仿真模型，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間并達(dá)到穩(wěn)定后輸出后可得到如下數(shù)據(jù)。在列車到站900s內(nèi)，旅客分別對(duì)扶梯、出站閘機(jī)造成一定的壓力，與出站流線交叉。900s之后會(huì)對(duì)進(jìn)站流線的旅客購(gòu)取票設(shè)備造成壓力，增加旅客的等待時(shí)間[10]。

如圖4所示為檢票設(shè)備排隊(duì)人數(shù)折線圖，大客流時(shí)期，負(fù)一層和二層的檢票設(shè)備均有增加，出站閘機(jī)處的排隊(duì)人數(shù)增幅明顯。如圖5所示為直梯等待人數(shù)折線統(tǒng)計(jì)圖，對(duì)比日常客流時(shí)期圖5并無(wú)明顯增加。將圖4-5的數(shù)據(jù)帶入公式(1)結(jié)果大于場(chǎng)景一計(jì)算結(jié)果，但仍能滿足旅客需求。

圖4 檢票設(shè)備等待人數(shù) 圖5 直梯等待人數(shù)

4.3 場(chǎng)景三：特殊情況旅客接續(xù)換乘研究

本文主要針對(duì)雨雪天氣等特殊情況下造成旅客列車晚點(diǎn)情況下，研究現(xiàn)有的旅客流線能否在15min甚至更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)換乘[11]。

參考場(chǎng)景一圖1，站廳換乘需平均消耗時(shí)間為1460s，站臺(tái)換乘平均消耗時(shí)間為700s。分析數(shù)據(jù)可知兩種換乘方式均無(wú)法滿足旅客換乘需求，很可能造成大批乘客改簽或退票現(xiàn)象，為旅客造成極大的不便。因此特殊情況下可提前告知接續(xù)列車站臺(tái)，旅客直接經(jīng)由站臺(tái)換乘流線實(shí)現(xiàn)快速換乘。

5 仿真優(yōu)化及輸出

5.1 針對(duì)旅客行為選擇進(jìn)行的站內(nèi)布置優(yōu)化結(jié)果輸出

分析數(shù)據(jù)可知西安北高鐵客運(yùn)樞紐站作為新建車站，站內(nèi)設(shè)備能力能夠滿足正常運(yùn)營(yíng)需求。分析場(chǎng)景一場(chǎng)景二均由于旅客對(duì)站內(nèi)設(shè)備及通道不夠了解，導(dǎo)致大量換乘旅客涌入出站通道，造成日常情況下便捷換乘通道設(shè)備虛糜，大客流情況下對(duì)進(jìn)站客流產(chǎn)生影響。不僅增加旅客尋路行為、走行行為、排隊(duì)行為和等候行為，影響旅客下一次出行的行為選擇。同時(shí)對(duì)站內(nèi)換乘大廳的設(shè)備利用及空間承載能力造成不利的影響。因此，針對(duì)此類現(xiàn)象可通過(guò)完善站內(nèi)導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，增加媒體宣傳和增加站廳換乘的連接設(shè)備(如通往候車廳的扶梯)等方式使得初次到達(dá)的旅客了解車站布局使用站廳換乘。

仿真實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)站內(nèi)設(shè)施改進(jìn)、旅客正確引導(dǎo)后，站外換乘與站廳換乘設(shè)備利用率的理想狀態(tài)，即出站閘機(jī)與反向閘機(jī)利用率相當(dāng)，二層取票設(shè)備與負(fù)一層取票設(shè)備效率相當(dāng)。

如場(chǎng)景三中，一旦列車晚點(diǎn)，或接續(xù)時(shí)間過(guò)短，這將大大影響到接續(xù)需換乘旅客的出行，如不能組織旅客快速高效換乘，則會(huì)有大批旅客因列車延誤而退票改簽行為，大大增加了出行阻礙及影響乘客的出行體驗(yàn)。因此，針對(duì)此類情景可做如下改進(jìn)：

①控制合適站臺(tái)接車

為使得旅客換乘時(shí)間最短，車站在接入列車時(shí)使得接續(xù)列車在距離換乘列車最近的站臺(tái)?？浚M可能的減少旅客走行時(shí)間和走行距離。如果可能的情況下，將接續(xù)列車與換乘列車?？吭谕徽九_(tái)，使得旅客從換乘列車下車直接進(jìn)入接續(xù)列車，實(shí)現(xiàn)同站臺(tái)換乘，有效減少換乘時(shí)間。

②組織旅客站臺(tái)換乘

短時(shí)間內(nèi)站廳換乘不足以滿足旅客的換乘時(shí)間需求時(shí)，需設(shè)綠色通道，旅客不經(jīng)由出站閘機(jī)，直接通過(guò)連接設(shè)備進(jìn)入接續(xù)列車所?？康恼九_(tái)入口，通過(guò)樓梯實(shí)現(xiàn)異站臺(tái)換乘。

優(yōu)化后的數(shù)據(jù)輸出為旅客站臺(tái)換乘的時(shí)間范圍約為420s至850s，此實(shí)驗(yàn)最大換乘消耗時(shí)間為850s，均值為650s；站廳換乘由當(dāng)前站臺(tái)到目標(biāo)站臺(tái)所需的時(shí)間范圍約380s至980s，均值為780s，大大減少旅客平均換乘時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Anylogic仿真軟件對(duì)西安北站接續(xù)換乘旅客流線進(jìn)行仿真優(yōu)化研究。針對(duì)西安北站現(xiàn)有的兩條接續(xù)換乘流線的時(shí)間分布，排隊(duì)人數(shù)，設(shè)備利用率客流熱力圖進(jìn)行分析。

得出在日?？土鞲叻鍟r(shí)段和節(jié)假日大客流時(shí)段站內(nèi)設(shè)備能夠滿足旅客換乘需求，但由于站內(nèi)導(dǎo)向不足，站廳換乘流線的設(shè)備利用情況較為虛糜，在大客流時(shí)期會(huì)對(duì)出站流線的出站閘機(jī)和進(jìn)站流線產(chǎn)生交叉，增加旅客等待時(shí)間，需加強(qiáng)站臺(tái)旅客引導(dǎo)；在列車晚點(diǎn)的特殊情況下現(xiàn)有的兩條流線不能滿足旅客換乘需求，需增加站臺(tái)換乘流線，可考慮控制接車站臺(tái)同站臺(tái)換乘或設(shè)置換乘綠色通道。從而提高旅客出行滿意度。