基于anylogic的閘機(jī)扇門角度設(shè)計(jì)與通行能力研究

扈煥容 全佳 張海波

摘? 要：傳統(tǒng)閘機(jī)物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依舊是限制閘機(jī)單位時(shí)間人流通過的重要因素;尤其是適用于地鐵這種大客流量集散地點(diǎn)，物理結(jié)構(gòu)在通過能力和通過體驗(yàn)方面都存在障礙。設(shè)計(jì)一種新型閘機(jī)，采用斜向內(nèi)合式閉合方式通過使閘門和機(jī)箱的夾角為銳角，大大節(jié)約了閘擺開合時(shí)間，同時(shí)解決現(xiàn)有的擺閘結(jié)構(gòu)限制了在有限空間內(nèi)可安裝的閘機(jī)數(shù)量的問題。利用anylogic軟件建立模型，以地鐵進(jìn)站為例對(duì)比新型閘機(jī)與傳統(tǒng)閘機(jī)通過速率以及優(yōu)化效果，結(jié)果表明，該閘機(jī)能顯著提高通過率，可緩解高峰時(shí)期地鐵進(jìn)站壓力。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;斜向內(nèi)合式;擺閘;anylogic;通過效率

1.閘機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 斜向內(nèi)合式閘機(jī)簡(jiǎn)述

斜向內(nèi)合式閘機(jī)設(shè)計(jì)目的在于解決現(xiàn)有的擺閘結(jié)構(gòu)限制了在有限空間內(nèi)可安裝的閘機(jī)數(shù)量的問題，提供了斜向內(nèi)合式閉合方式，使閘門和機(jī)箱的夾角為銳角，大大節(jié)約了閘擺開合時(shí)間，同時(shí)增大了有限空間內(nèi)可安放閘機(jī)的數(shù)量。

斜向內(nèi)合式閘機(jī)是用來控制乘客進(jìn)出車站，開合距離短，技術(shù)要求低、建造成本低的新式閘機(jī)。針對(duì)地鐵常用的擺閘，進(jìn)行優(yōu)化改良，對(duì)閘機(jī)閘門閉合角度進(jìn)行調(diào)整，較小的閉合角度大大節(jié)約了閘擺開合時(shí)間，同時(shí)增大了有限空間內(nèi)可安放閘機(jī)的數(shù)量。斜向閉合方式使閘機(jī)規(guī)模以及拓展功能更具有靈活性設(shè)計(jì)，減小閘擺的開合角度，特殊的傳動(dòng)方式同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)閘機(jī)的雙向通行，節(jié)約了控制系統(tǒng)的設(shè)置，并簡(jiǎn)化擺門傳動(dòng)裝置，大大節(jié)約閘機(jī)制造成本。本閘機(jī)即具有優(yōu)于翼閘的閉合速度，又具有擺閘的成本優(yōu)勢(shì)。圖1.1是斜向內(nèi)合式閘機(jī)俯視透視圖。

1.2閘機(jī)創(chuàng)新

1、傳動(dòng)方式采用鏈?zhǔn)捷S動(dòng)方式，傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單、造價(jià)成本極低。斜向內(nèi)合式閘機(jī)減弱了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，并簡(jiǎn)化擺門傳動(dòng)裝置，降低了成本。

2、通過設(shè)置擋桿和活動(dòng)擋塊，靈活地控制了閘機(jī)通道的寬度。方便了在有限空間內(nèi)增加或者減少閘機(jī)的臺(tái)數(shù)，使得空間中的閘機(jī)數(shù)量可以按照其對(duì)應(yīng)的人流量來合理調(diào)控。

3、通過使閘門和機(jī)箱的夾角為銳角，大大節(jié)約了閘擺開合時(shí)間，同時(shí)增大了有限空間內(nèi)可安放閘機(jī)的數(shù)量。

4、斜向內(nèi)合式的打開方式，增加了閘擺的抗破壞性，且只需使用一套傳動(dòng)系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)雙向通行，并且因?yàn)橄鄬?duì)的兩個(gè)閘門閉合路徑朝著不同的兩個(gè)方向，且行人右手邊閘門的閉合方向始終和行人行走的方向相同大大的降低了閘機(jī)打到行人的概率。

2閘機(jī)通過能力研究

2.1 模型設(shè)計(jì)

2.1.1 仿真模型的構(gòu)建

建立行人仿真模型及環(huán)境建模，直接調(diào)用any logic模型庫中Subway Entrance Hall模型，地鐵站廳層模型如圖2.2。綠色箭頭表示進(jìn)站乘車流線和出站乘客流線，行人從A、B兩入口進(jìn)入，設(shè)置行人流線隨機(jī)從1號(hào)閘機(jī)組或2號(hào)閘機(jī)組進(jìn)站，閘機(jī)組1設(shè)置4臺(tái)進(jìn)站閘機(jī)，閘機(jī)組2設(shè)置2臺(tái)進(jìn)站閘機(jī)3臺(tái)出站閘機(jī)通道寬度均為1米;根據(jù)此進(jìn)站邏輯，利用行人庫模塊繪制行人進(jìn)站邏輯圖，如圖2.2所示。在1號(hào)閘機(jī)口設(shè)置Vac人數(shù)統(tǒng)計(jì)，用于統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過閘機(jī)組1的人數(shù)。

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)

如2.2.1所述斜向內(nèi)合式閘機(jī)相較于傳統(tǒng)的擺閘90度的閉合角度只有60度，根據(jù)簡(jiǎn)單公式f=ω/θ，角速度ω相同的情況下60度的閉合角度斜向閉合方式比傳統(tǒng)擺閘擺動(dòng)頻率f高約2/3（取0.6）。為測(cè)定閘機(jī)通行能力，采用服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)。設(shè)定行人從A口進(jìn)站，通過閘機(jī)組1由非付費(fèi)區(qū)進(jìn)入付費(fèi)區(qū)，在閘機(jī)組1處設(shè)置的Vac人數(shù)統(tǒng)計(jì)作為閘機(jī)通行能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間通過閘機(jī)組1的人數(shù);對(duì)比運(yùn)用斜向內(nèi)合式閘機(jī)前后通過閘機(jī)組1的人數(shù)情況。

斜向內(nèi)合式閘機(jī)具有可靈活地控制了閘機(jī)通道的寬度，方便了在有限空間內(nèi)增加或者減少閘機(jī)的臺(tái)數(shù)的特點(diǎn)。閘機(jī)組2兩臺(tái)閘機(jī)通道寬度為2米，應(yīng)用斜向內(nèi)合式閘機(jī)可改變通道寬度可移動(dòng)的特點(diǎn)，可將通道寬度縮小為0.65米，在相同面積內(nèi)可設(shè)置三臺(tái)閘機(jī)。但是閘機(jī)通道的減小會(huì)在一定程度上影響乘客的通過效率，利用any logic軟件行人“心理-行為”的設(shè)計(jì)特點(diǎn)可直觀的體現(xiàn)出該效果。因此選用密度類評(píng)價(jià)指標(biāo)來測(cè)評(píng)閘機(jī)在單位面積內(nèi)的通過能力。利用any logic軟件行人庫中提供Pedestrian Density Map模塊，可以直接觀察到所選取仿真區(qū)域內(nèi)的密度隨時(shí)間的變化情況。對(duì)閘機(jī)組2進(jìn)行行人平均密度測(cè)評(píng)，以便于對(duì)斜向內(nèi)合式閘機(jī)使用效能做出評(píng)價(jià)。

2.1.3 參數(shù)設(shè)定

根據(jù)上述構(gòu)建的場(chǎng)景模型，需設(shè)定的參數(shù)以模型參數(shù)和行人參數(shù)為主，其中行人參數(shù)根據(jù)軌道交通站內(nèi)運(yùn)動(dòng)行人描述，包括行人數(shù)量和行人路徑選擇等參數(shù)設(shè)置。模型參數(shù)是地鐵車站設(shè)備具體參數(shù)包括閘機(jī)通過能力、服務(wù)時(shí)間、通道通行能力等;模型結(jié)果詳見下表3.2。

3仿真結(jié)果與優(yōu)化分析

3.1 閘機(jī)組1通行能力結(jié)果分析

模型設(shè)置VAC人數(shù)用于統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間通過閘機(jī)組1的人數(shù)，受站廳長(zhǎng)度、乘客走行距離、乘客走行時(shí)間的影響，乘客從A口入站模擬時(shí)間為36秒時(shí)，閘站組1才開始有乘客通過。為較少站廳長(zhǎng)度等因素對(duì)仿真數(shù)據(jù)的影響，截取模擬時(shí)間100-200秒時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)通過閘機(jī)組1的乘客人數(shù)，仿真10次輸出結(jié)果圖3.1。只計(jì)算通過閘機(jī)閉合時(shí)間不考慮乘客減速、刷卡等時(shí)間的情況下，如圖3.1所示設(shè)置斜向內(nèi)合式閘機(jī)后的閘機(jī)組1的單位時(shí)間內(nèi)通過人數(shù)8.8人明顯高于傳統(tǒng)閘機(jī)通過人數(shù)6人。由此可見，在單位面積內(nèi)設(shè)置相同閘機(jī)數(shù)，只考慮扇門閉合的情況下斜向內(nèi)合式閘機(jī)相較于傳統(tǒng)閘機(jī)的通過速度提升接近46.7%。

3.2 閘機(jī)組2通行優(yōu)化效果分析

乘客從B口進(jìn)入車站站廳層，經(jīng)過閘機(jī)組2進(jìn)入車站付費(fèi)區(qū);通過Pedestion Density Map模塊，直接地觀察仿真區(qū)域地密度隨時(shí)間的變化情況。如圖3.2、3.3所示發(fā)現(xiàn)仿真時(shí)間為100秒時(shí)閘機(jī)組2處出現(xiàn)明顯的乘客排隊(duì)情況，當(dāng)仿真時(shí)間進(jìn)行到300秒時(shí)車站內(nèi)出現(xiàn)明顯擁堵情況。

如圖3.3所示，在閘機(jī)組2改進(jìn)原有方案設(shè)置斜向內(nèi)合式閘機(jī)，同時(shí)縮小通道寬度，增加一臺(tái)閘機(jī)后，當(dāng)乘客到達(dá)時(shí)間到達(dá)速率相同的情況下當(dāng)仿真進(jìn)行到500秒后閘機(jī)口也不會(huì)有乘客排隊(duì)滯留情況的產(chǎn)生;通道通過效率有明顯提高。

4結(jié)論

斜向內(nèi)合式閘機(jī)，包括機(jī)箱和閘門，其特征在于，閘門設(shè)置于機(jī)箱上，閘門閉合時(shí)和機(jī)箱之間形成的角度為銳角，機(jī)箱內(nèi)設(shè)有旋轉(zhuǎn)立柱，閘門固定于旋轉(zhuǎn)立柱上，旋轉(zhuǎn)立柱下端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)立柱上端設(shè)有外殼，旋轉(zhuǎn)立柱的上部嵌入外殼內(nèi)，外殼內(nèi)設(shè)有旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)環(huán)，旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)環(huán)和旋轉(zhuǎn)立柱同軸設(shè)置，旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)環(huán)上設(shè)有固定擋塊和活動(dòng)擋塊，旋轉(zhuǎn)立柱上部設(shè)有垂直于旋轉(zhuǎn)立柱的擋桿，擋桿一端固定于旋轉(zhuǎn)立柱上，其另一端設(shè)置于固定擋塊和活動(dòng)擋塊之間，活動(dòng)擋塊和檔桿接觸的面上設(shè)有行程開關(guān)，通過設(shè)置擋桿和活動(dòng)擋塊，靈活地控制了閘機(jī)通道的寬度，使得空間中的閘機(jī)數(shù)量可以按照其對(duì)應(yīng)的人流量來合理調(diào)控。

將閘機(jī)應(yīng)用于軌道交通系統(tǒng)中，通過AnyLogic仿真可明顯對(duì)比出，閘機(jī)扇門閉合速度快的優(yōu)勢(shì)可提高地鐵乘客進(jìn)出站的通行能力。同時(shí)配合通過閉合角度的調(diào)整，減少通道寬度后增加單位面積內(nèi)的閘機(jī)設(shè)置臺(tái)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可緩解大客流情況下城市軌道交通站廳層的排隊(duì)滯留問題。

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