基于Anylogic的城市軌道交通樞紐換乘效率評價研究

張美娟,趙一凡,賈 凡,張延珍 ,高 雪

(西安交通工程學(xué)院,西安 710300)

1 軌道交通樞紐站換乘效率評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 軌道交通樞紐站換乘效率的影響因素

在研究軌道交通樞紐站換乘效率的影響因素時綜合考慮外部和內(nèi)部兩方面[1]。

1)外部影響因素。外部影響因素主要包括城市規(guī)劃、交通需求、軌道交通樞紐站功能定位、軌道交通樞紐站與周邊路網(wǎng)能力匹配、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市交通管理體制及行人換乘選擇等。

2)內(nèi)部影響因素。內(nèi)部影響因素主要包括軌道交通樞紐內(nèi)的整體布局、換乘銜接方式的合理性、設(shè)施服務(wù)能力、換乘流線設(shè)計、各換乘交通間運能匹配度、軌道交通樞紐站運營管理水平及軌道交通樞紐站信息系統(tǒng)的建設(shè)。

1.2 換乘效率評價指標(biāo)體系構(gòu)建

從順暢舒適性、運營效率與協(xié)調(diào)有效性三個方面,通過分析各因素間的相互關(guān)系,建立了一套綜合評價指標(biāo)體系(如圖1所示)。

圖1 樞紐站換乘效率評價指標(biāo)體系Fig.1 Transfer efficiency evaluation index system of hub station

2 基于Anylogic的換乘效率評價流程及方法

2.1 換乘效率評價流程

根據(jù)構(gòu)建的評價指標(biāo)體系,利用Anylogic 軟件進(jìn)行仿真模擬,通過仿真結(jié)果,對軌道交通樞紐站的換乘效率進(jìn)行評估并提出反饋建議。評估流程如圖2所示。

圖2 換乘效率評價流程Fig.2 Transfer efficiency evaluation process

2.2 基于Anylogic 的換乘效率評價方法

Anylogic仿真行人模塊是從微觀層面上模擬了大量行人流換乘的特征和行為[2-3],通過Anylogic 軟件建立仿真模型模擬出的客流,得到仿真結(jié)果與數(shù)據(jù)。

1)順暢舒適性。順暢舒適性包括軌道交通樞紐站內(nèi)的擁擠程度、換乘舒適度、繞行系數(shù)與換乘安全性四個方面,順暢舒適主要通過乘客人流密度圖與熱力圖進(jìn)行評價。軌道交通樞紐站內(nèi)擁擠程度可以用站內(nèi)某一時段乘客數(shù)和最大容量的比值、乘客在站內(nèi)的停留時間來判斷是否擁擠。軌道交通站點站內(nèi)的擁擠程度直接影響到乘客的換乘舒適度。換乘安全可以通過標(biāo)志、信號燈設(shè)置是否合理、站臺候車安全距離是否夠長、上下行客流是否沖突等方面進(jìn)行判斷。

2)運營效率。運營效率的評價主要包含平均換乘時間、換乘距離、單位時間換乘量和平均換乘效率四個方面。平均換乘時間可以通過計算乘客從進(jìn)站到上車的時間、站內(nèi)換乘時間與從站內(nèi)下車出站時間得到。換乘距離主要指乘客從進(jìn)站到上車的走行距離、站內(nèi)站臺換乘走行距離、站內(nèi)下車出站走行距離,還需考慮部分乘客去售票機(jī)買票的走行距離。單位時間換乘量可以通過記錄軌道交通樞紐站一段時間內(nèi)換乘乘客的數(shù)量得到單位時間換乘量數(shù)據(jù)。平均換乘效率需要結(jié)合高峰時段大客流的換乘效率與低峰時段客流的換乘效率來判斷出軌道交通站點的平均換乘效率。運營效率可以通過進(jìn)出口擁擠程度與進(jìn)出站時間進(jìn)行評價。

3)協(xié)調(diào)有效性。協(xié)調(diào)有效性包括運能協(xié)調(diào)性、附屬服務(wù)設(shè)施供給、信息服務(wù)程度與軌道交通樞紐站內(nèi)的組織有序度四個方面[4]。案例分析中,協(xié)調(diào)有效性可以通過站廳內(nèi)人口密度進(jìn)行評價。附屬服務(wù)設(shè)施供給主要有車站乘降設(shè)備、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)、消防設(shè)施等。信息服務(wù)程度是軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營順暢有序、提升服務(wù)質(zhì)量和管理效益的重要手段之一。軌道交通樞紐站內(nèi)的組織有序度主要指乘客進(jìn)出站的排隊隊列的劃分、乘客站內(nèi)上下層時的客流劃分、乘客在售票機(jī)買票指引、站內(nèi)工作人員的疏導(dǎo)等。

3 案例分析

3.1 客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

根據(jù)西安地鐵2019年刷卡數(shù)據(jù)及OD 統(tǒng)計報表[5],西安地鐵樞紐C站在工作日全日的換乘客流總量為18.30萬人次/日,而進(jìn)出站的客流總量為17.15萬人次/日,其中換乘客流占據(jù)了本站客流總量的56.91%,也占據(jù)了全網(wǎng)客流總量的8.95%,因此對該站進(jìn)行換乘優(yōu)化是提高疏散效率至關(guān)重要的舉措。

根據(jù)表1 與圖3可知,C站每日客流量大,尤其是扶梯換乘人數(shù)與3號線轉(zhuǎn)2號線站廳換乘乘客數(shù)量較多,換乘壓力較大,對安全性、舒適性與運營效率都有著較高的要求。

表1 車站客流特征統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of station passenger flow characteristics

圖3 西安地鐵樞紐C站平均1 h換乘客流分布Fig.3 Average hourly transfer passenger flow distribution of Xi’an Metro Hub C station

3.2 仿真模型構(gòu)建

運用Anylogic 軟件對C站的空間平面圖進(jìn)行建模仿真,運用行人庫的基本元素構(gòu)建一個仿真環(huán)境,并對模型中各參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置,利用Anylogic 軟件構(gòu)建此站廳層的模型圖,繪制客流通道,并根據(jù)客流流線的分類建立換乘站廳模型。仿真客流為6 個進(jìn)站口,每個口500 人/h,2、3號線換乘1000人/h,建模如圖4所示。

圖4 西安地鐵樞紐C站環(huán)境建模Fig.4 Environmental modeling of Xi’an Metro Hub C station

將進(jìn)出站時間分布圖與人口密度圖置于一側(cè),以用來參考,見圖5。

圖5 進(jìn)出站時間分布與人口密度Fig.5 Time distribution and population density in and out of the station

3.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)圖6搭建的仿真環(huán)境進(jìn)行第一次仿真模擬檢驗,通過可視化仿真動畫,可以有效模擬行人的各個特性,在樓梯、排隊、組群、接受服務(wù)、流線交叉等各方面(如圖7)及仿真動畫中可以直觀發(fā)現(xiàn)車站現(xiàn)有管理方案或設(shè)施布局的不合理及需要改進(jìn)的問題。

圖6 搭建的3D效果圖Fig.6 3D rendering of the structure

圖7 一次仿真結(jié)果Fig.7 Results of primary simulation

根據(jù)第一次仿真模擬結(jié)果可以看出,該站進(jìn)站平均時間在360.99 s,出站時間為230.44 s。2、3號線換乘大廳人流密度平均值在0.04～0.06人/像素塊,按照1 m等于7像素塊換算后,密度為1.96～ 2.94人/m2。在早高峰進(jìn)站安檢處、2、3號線換乘樓梯處等多個地方出現(xiàn)擁擠,運行效率不高,嚴(yán)重影響到乘客的換乘效率,尤其是2、3號線間的換乘路線非常擁擠,協(xié)調(diào)有效性差,換乘效率較低。

為進(jìn)一步解決因客流密度過大導(dǎo)致客流組織瓶頸現(xiàn)象,提出了提高換乘效率的優(yōu)化措施:①通過增加兩條進(jìn)站排隊隊伍和2個安檢服務(wù)窗口達(dá)到疏散客流的目的。②增加通道數(shù)量,提高扶梯運行速度,將上行扶梯速度從0.5 m/s增加到0.7 m/s,以此提高乘客的換乘效率。③對高峰時段客流加以限制,提高乘客從不擁擠扶梯換乘的概率并降低行人選擇擁擠扶梯的概率,提高站內(nèi)換乘效率。

針對第一次仿真模擬后出現(xiàn)的問題進(jìn)行更改和優(yōu)化,通過人流密度圖可以看出亟需提高換乘效率的位置,增加服務(wù)窗口和排隊數(shù)量,減少乘客的排隊時間(如圖8)。

圖8 優(yōu)化后的進(jìn)站截面Fig.8 Optimized inbound section

完成優(yōu)化后,再次進(jìn)行仿真模擬,得到優(yōu)化后的人流密度(如圖9所示)。

圖9 優(yōu)化后的仿真模擬結(jié)果Fig.9 Simulation results after optimization

完成后得到優(yōu)化后的數(shù)據(jù)。優(yōu)化后,C站進(jìn)站平均時間在290.65 s,出站時間為207.09, 2、3號線換乘大廳人流密度平均值在0.03～0.04人/像素塊,換算后為1.47～1.96人/m2。

根據(jù)圖7和圖9以及表2所示的仿真結(jié)果可以明顯觀察到通過優(yōu)化措施,擁堵狀況得到了改善,順暢舒適性、運營效率和協(xié)調(diào)有效性得到了較為明顯的提高。換乘效率得到了提高,說明對此站進(jìn)行優(yōu)化的思路與方向是正確的。

表2 仿真結(jié)果對比Tab.2 Comparison of simulation results