基于AnyLogic的城市軌道交通車站設(shè)施布局仿真與優(yōu)化研究

譚彬彬

摘 要：城市軌道交通車站是城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。車站內(nèi)服務(wù)設(shè)施的布局直接影響乘客流線的選擇，是緩解站內(nèi)擁堵的重要因素。本文分析了不同服務(wù)設(shè)施布局下的客流沖突?；贏nyLogic構(gòu)建不同設(shè)施布局模型模擬客流，總結(jié)不同設(shè)施布局的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)西安地鐵2號(hào)線小寨站布局，模擬了某工作日的低峰期客流。針對(duì)乘客密度圖的瓶頸所在，提出優(yōu)化方案并再次建模仿真，并提出了緩解車站擁堵的建設(shè)性建議。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通 車站設(shè)施布局 仿真 AnyLogic

1 引言

關(guān)于城市軌道交通車站設(shè)施布局優(yōu)化的文獻(xiàn)較多。這些模型主要利用元胞自動(dòng)機(jī)模型和社會(huì)力模型來描述不同設(shè)施的乘客分布，優(yōu)化設(shè)施布局方案。例如，張[1]針對(duì)城市軌道交通車站服務(wù)設(shè)施的集散特點(diǎn)，建立了一套LOS評(píng)價(jià)體系。這套評(píng)價(jià)體系創(chuàng)造性地從乘客和運(yùn)營(yíng)商兩個(gè)方面設(shè)置了具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。張[2]定義了城市軌道交通車站“集散能力瓶頸”的概念，并對(duì)瓶頸進(jìn)行了詳細(xì)分類，并找出了相應(yīng)的識(shí)別方法。鐘和紀(jì)[3]利用蜂窩的概念對(duì)城市軌道交通車站的車站環(huán)境和乘客行為進(jìn)行建模，研究了乘客與車站服務(wù)設(shè)施之間的關(guān)系。

本文基于 AnyLogic 模擬車站內(nèi)的乘客行為，并根據(jù)不同設(shè)施布局下的乘客密度圖識(shí)別客流瓶頸。針對(duì)設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)一步提出優(yōu)化方案，并應(yīng)用仿真程序驗(yàn)證了優(yōu)化方案的有效性。

2 乘客服務(wù)設(shè)施布局特點(diǎn)

本節(jié)從單一或組合設(shè)施的角度，分析客運(yùn)服務(wù)設(shè)施的布局。

2.1 單一服務(wù)設(shè)施的布局

自動(dòng)檢票機(jī)的布局如圖1所示。即I.“兩邊進(jìn)，中間出”型，II.“中間進(jìn)兩邊出”型，III.“長(zhǎng)邊排列”型和IV.“短邊排列”型。對(duì)于布局I，進(jìn)站乘客從站廳兩側(cè)進(jìn)站，出站乘客從站廳中間出站。這種布局內(nèi)部沒有沖突和相互干擾。此外，進(jìn)站閘機(jī)向付費(fèi)區(qū)凹陷，客流空間較豐富。出站閘機(jī)集中布置，乘客選擇更多。II的布局與I正好相反。對(duì)于布局III，進(jìn)出站閘機(jī)沿站廳長(zhǎng)邊依次排列。這種閘機(jī)排列最為集中。乘客很容易找到檢票口。此外，閘機(jī)的通行方向可根據(jù)進(jìn)出站客流的相對(duì)量進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于布局IV，進(jìn)出站閘機(jī)沿站廳短邊對(duì)稱布置。因此很容易設(shè)置信息導(dǎo)向標(biāo)志。但是，非付費(fèi)區(qū)域未連接，不能用作地下通道。

2.2 組合服務(wù)設(shè)施一體化布局

本節(jié)主要論述安檢設(shè)施、售票設(shè)施和自動(dòng)檢票口的整體組合布局。布局分為四種類型，如圖2所示?！绊樍行汀睂矙z設(shè)施、售票設(shè)施和檢票設(shè)施沿直線布置。進(jìn)出站流線基本平行，有效隔離客流。但當(dāng)客流量較大時(shí)，排隊(duì)取票的乘客會(huì)干擾直接進(jìn)站的乘客?！安⒘行汀笔前矙z設(shè)施、售票設(shè)施和檢票設(shè)施分別位于三條平行線上。這種布局允許乘客在安檢之后或之前購(gòu)買機(jī)票。因此，安檢設(shè)施與售票設(shè)施之間的客流交叉嚴(yán)重。與“順列型”相比，排隊(duì)取票的乘客對(duì)直接進(jìn)站的乘客影響較小?！按怪毙汀笔侵钙渲幸粋€(gè)或兩個(gè)設(shè)施同時(shí)垂直于其余設(shè)施。進(jìn)站客流根據(jù)是否購(gòu)票在出入口通道附近分流，減少碰撞和沖突?！叭切汀保窗矙z設(shè)施、售票設(shè)施和檢票設(shè)施呈三角形布局。安檢后，一部分乘客到自動(dòng)售票機(jī)處購(gòu)票，另一部分乘客到檢票機(jī)處檢票，減少進(jìn)出站乘客之間的干擾。

3 城市軌道交通車站設(shè)施布局仿真與評(píng)價(jià)

本節(jié)主要采用軟件對(duì)城市軌道交通車站內(nèi)一些典型設(shè)施布局的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)，找出客流的關(guān)鍵瓶頸。分析的目的是為后期的復(fù)雜案例研究提供基礎(chǔ)的理論支持。

3.1 AnyLogic的仿真原理和過程

具體建模分析過程包括：

● 根據(jù)車站布局對(duì)環(huán)境進(jìn)行建模。

● 使用流程圖根據(jù)進(jìn)站和出站流線對(duì)乘客行為進(jìn)行建模。

● 設(shè)置流量參數(shù)。

● 開始仿真，輸出行人密度圖。

● 分析行人密度圖的紅點(diǎn)，找出客流瓶頸。

3.2 組合服務(wù)設(shè)施布局仿真與評(píng)價(jià)

進(jìn)出站客流量為每小時(shí)1000人次。安檢設(shè)施服務(wù)時(shí)間統(tǒng)一設(shè)置為2-3秒。售票機(jī)1-2分鐘，自動(dòng)檢票機(jī)1-2秒。仿真得到的長(zhǎng)期乘客密度圖如圖3所示。

“順列型”布局中的客流高密度點(diǎn)一般沿進(jìn)站流線分布，在安檢設(shè)施、售票機(jī)和進(jìn)站閘機(jī)附近形成高密度區(qū)域。這種布置形式較為簡(jiǎn)單，在城市軌道交通車站中較為常見?！安⒘行汀辈季值目土髌款i主要集中在進(jìn)出站閘機(jī)附近，自動(dòng)售票機(jī)前的客流密度較高。即使是沒有服務(wù)設(shè)施的地區(qū)，也顯示出一定的人流密度。因?yàn)槌丝涂梢赃x擇多種路線?！按怪毙汀焙汀安⒘行汀辈季质菢O其相似的。只是改變安檢設(shè)施的方向。不過該布局規(guī)定了安檢和購(gòu)票的先后順序。所以進(jìn)站流線比前者更順暢。三角形布局最差，客流密度高的區(qū)域最大。

4 實(shí)際案例的仿真和優(yōu)化

本文選擇位于西安市小寨商圈的小寨地鐵站作為優(yōu)化目標(biāo)。小寨地鐵站是西安地鐵2、3號(hào)線的換乘站。該站為三層地下車站，有六個(gè)出入口。

現(xiàn)有設(shè)施布局簡(jiǎn)介： 2號(hào)線站廳是典型的“中間進(jìn)，兩側(cè)出”的形式。 A、D通道各配備一臺(tái)安檢設(shè)備，B、C通道共用一臺(tái)安檢設(shè)備。車站大廳北面有八臺(tái)自動(dòng)售票機(jī)。售票亭設(shè)置在對(duì)面。北面的安檢設(shè)施、售票機(jī)、進(jìn)出站閘機(jī)整體布局呈典型的三角型。在南面，是典型的順列型。北有6個(gè)進(jìn)站閘機(jī)，南有5個(gè)出站閘機(jī)。兩側(cè)各有7個(gè)出站閘機(jī)。3號(hào)線的站廳比較特別。首先，自動(dòng)售票機(jī)、安檢設(shè)施和進(jìn)站閘機(jī)的整體布局是一種特殊的垂直型。北面有7個(gè)出站閘機(jī)。中間有4個(gè)進(jìn)站閘機(jī)。在南面，有7個(gè)閘機(jī)。安檢設(shè)施設(shè)置為前一后一。售票機(jī)位于車站中央。售票亭與它們垂直。

當(dāng)前設(shè)施布局的仿真和評(píng)估：首先將CAD背景圖導(dǎo)入AnyLogic軟件，為車站環(huán)境建模提供基礎(chǔ)支持。環(huán)境建模結(jié)果如圖5所示，然后建立乘客行為邏輯流程圖如圖6所示，結(jié)束建模過程?？土鲾?shù)據(jù)以實(shí)際調(diào)查為準(zhǔn)。從仿真模型中得到未來一小時(shí)的乘客密度圖，如圖7所示。

從上圖可以看出，2號(hào)線站廳主要客流瓶頸集中在A、D通道自動(dòng)售票機(jī)前和進(jìn)站閘機(jī)，以及B通道附近。3號(hào)線站廳主要客流瓶頸集中在E通道附近的安檢設(shè)施、進(jìn)出站閘機(jī)。

優(yōu)化設(shè)施布局的仿真與評(píng)價(jià)：為與自動(dòng)售票機(jī)保持較遠(yuǎn)距離，A、D通道附近安檢設(shè)施將移至出入口方向，避免客流過度集中，降低客流密度。同時(shí)取消A、D通道之間的鐵馬，這里的鐵馬是為了將乘客與過街乘客隔開。然后，在通道A和D附近的進(jìn)站閘機(jī)處增加一列閘機(jī)。由于進(jìn)站閘機(jī)與扶梯入口之間的距離難以改變，無法降低扶梯入口前的客流密度。此外，面向B、C通道的安檢設(shè)施分開設(shè)置，不再像以前那樣共用一臺(tái)安檢設(shè)備。同時(shí)，拆除鐵馬。

F通道附近的安檢設(shè)備將短距離移動(dòng)至站廳，與出入口保持較遠(yuǎn)距離。然后在最近的進(jìn)站閘機(jī)處增加兩列，取消西邊的進(jìn)站閘機(jī)。改變閘機(jī)的通過方向，使它們成為出站閘機(jī)。同樣，在實(shí)際中也不可能改變自動(dòng)扶梯與進(jìn)站閘機(jī)之間的相對(duì)距離。最后，優(yōu)化設(shè)施布局后的小寨站模擬客流密度圖如圖8所示。從圖中可以看出，客流密度略有下降。優(yōu)化設(shè)施布局有效緩解了站廳擁堵。

5 結(jié)論

本文通過行人仿真軟件AnyLogic的仿真評(píng)價(jià)，探討城市軌道交通不同設(shè)施布局的適用性、優(yōu)缺點(diǎn)。以西安地鐵小寨站為例進(jìn)行布局優(yōu)化。未來的研究可以涉及微觀的乘客行為選擇模型，使研究更加深入和細(xì)致。

參考文獻(xiàn)：

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