基于Anylogic仿真技術(shù)的城市軌道交通車站站廳布局優(yōu)化研究

李榮

(西安交通工程學(xué)院,交通運(yùn)輸學(xué)院,陜西,西安 710300)

0 引言

城市軌道交通作為城市公共交通的重要組成結(jié)構(gòu),以其大載量、快速、準(zhǔn)時(shí)、安全、污染少、占用道路資源少等優(yōu)點(diǎn),快速地成為各大城市迫切解決交通擁堵問(wèn)題的首選方式[1]。然而,盡管城市軌道交通具有諸多優(yōu)點(diǎn),但是如果城市軌道交通站廳結(jié)構(gòu)及設(shè)備設(shè)施布置不合理,就會(huì)造成車站站廳更加擁堵,乘客乘車效率低下,乘車體驗(yàn)不佳,進(jìn)一步對(duì)軌道交通整體運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量造成更加惡劣的影響[2]。后期對(duì)站廳層進(jìn)行改造又是一項(xiàng)巨大工程,若改造不合理不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力還會(huì)造成資源的浪費(fèi)。所以需要使用Anylogic仿真技術(shù)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行模擬,這樣就能提高方案的可執(zhí)行性,為方案的執(zhí)行進(jìn)一步提供有利的數(shù)據(jù)支持[3]。站廳布局優(yōu)化可以提高乘客的乘車效率,為提升我國(guó)軌道交通服務(wù)質(zhì)量提供更加進(jìn)步的技術(shù)指導(dǎo)[4]。

1 韋曲南站情況概述

韋曲南站作為西安地鐵2號(hào)線南段的最后一個(gè)車站,坐落于長(zhǎng)安區(qū)南長(zhǎng)安街與規(guī)劃路的十字交口,2014年6月16日,2號(hào)線南段(會(huì)展中心站至韋曲南站)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)[5]。本站一共有4個(gè)出入口,已有3個(gè)出入口投入使用。站臺(tái)為島式站臺(tái),總建筑面積10 305 m2,全長(zhǎng)為 120 m[6]。車站設(shè)備設(shè)置情況如表1所示。

表1 韋曲南站AFC設(shè)備數(shù)量

韋曲南站作為2號(hào)線終點(diǎn)站,客流量較大,日均客流量達(dá)74 674人次。早晚高峰期時(shí)段進(jìn)出站客流差異明顯,早高峰時(shí)間段一般在8:00到9:30之間,平均每小時(shí)進(jìn)站客流為3150人/小時(shí),出站客流為1180人/小時(shí)。晚高峰時(shí)間段一般在17:30到19:30之間,平均每小時(shí)進(jìn)站客流為2680人/小時(shí),出站客流為3220人/小時(shí)。

2 仿真建模

Anylogic軟件的行人庫(kù)建模包含兩部分內(nèi)容:環(huán)境建模和行為建模[7]。行人庫(kù)的仿真建模流程如下:① 環(huán)境建模。環(huán)境建模時(shí)單位的換算比例:1米=10像素。用面板中行人庫(kù)里的各種工具來(lái)描繪出韋曲南站乘客的活動(dòng)范圍,并且可以改變不同的屬性進(jìn)而改變他們的外形、位置和大小[8];再使用三維物體中的工具描繪出韋曲南站的進(jìn)出站閘機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、安檢機(jī)、自動(dòng)扶梯、售票廳等設(shè)備,并通過(guò)屬性設(shè)置他們的大小、顏色、位置等;然后使用行人庫(kù)中的“目標(biāo)線”對(duì)行人的進(jìn)出位置進(jìn)行設(shè)置[9];最后使用行人庫(kù)中的“服務(wù)線”設(shè)置進(jìn)出站閘機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、安檢機(jī)、售票廳的服務(wù)層數(shù)、服務(wù)數(shù)、隊(duì)列數(shù)等屬性。② 行人建模。使用行人庫(kù)中的“模塊”設(shè)置行人的行為步驟,可以通過(guò)屬性設(shè)置行人到達(dá)速率、服務(wù)隊(duì)列、服務(wù)的延遲時(shí)間等。韋曲南站附近居民小區(qū)較多且B、D兩個(gè)出入口附近設(shè)有多個(gè)公交站臺(tái),在設(shè)置行人達(dá)到速率參數(shù)時(shí)還需考慮韋曲南站周圍環(huán)境及其他交通方式的影響,不同出入口行人到達(dá)速率均不相同,結(jié)合實(shí)地情況,A出口行人到達(dá)速率設(shè)置為750人/小時(shí)、B出口行人到達(dá)速率設(shè)置為1350人/小時(shí)、D出口行人到達(dá)速率設(shè)置為1050人/小時(shí)。服務(wù)隊(duì)列按照實(shí)際設(shè)備數(shù)量設(shè)置。不同設(shè)備的服務(wù)延遲時(shí)間也不同,如安檢設(shè)備的服務(wù)延遲時(shí)間設(shè)置為2～3 s,進(jìn)站和出站閘機(jī)的服務(wù)延遲時(shí)間設(shè)置為2.3～3.6 s,自動(dòng)售票機(jī)的服務(wù)延遲時(shí)間設(shè)置為15～30 s.韋曲南站站廳層的環(huán)境建模如圖1所示。

3 問(wèn)題分析

在仿真運(yùn)行到10 min 時(shí),韋曲南站站廳層的客流密度如圖2所示。從圖2可以看出,站廳層部分區(qū)域已經(jīng)能夠觀察到有比較嚴(yán)重的擁堵出現(xiàn),降低了乘客乘車效率,對(duì)其通過(guò)能力造成了比較大的影響。擁堵主要出現(xiàn)在安檢處、左側(cè)售票廳前側(cè)、自動(dòng)扶梯口和各出入口。

圖2 優(yōu)化前韋曲南站站廳層客流密度

行人的年齡段不同、性別不同和攜帶行李的大小、重量、數(shù)量的不同等因素,都會(huì)影響行人過(guò)安檢的速度,例如男性的步行速度一般為1.34 m/s,女性的步行速度一般為1.28 m/s[10];攜帶大件行李的乘客,過(guò)安檢的時(shí)間比一般乘客多5～10 s。通過(guò)仿真模擬也可以觀察到在D 口人流量還比較小的時(shí)候,安檢部位已經(jīng)有了排隊(duì)擁擠的現(xiàn)象[11-12]。因此可以預(yù)見(jiàn),擁擠現(xiàn)象會(huì)隨著客流量的不斷增加而變得愈發(fā)嚴(yán)重,最終對(duì)韋曲南站進(jìn)站通行造成更加嚴(yán)重的影響。

西側(cè)售票廳前側(cè)處的堵塞是由B口乘車客流和出站客流對(duì)沖造成的。東側(cè)非付費(fèi)區(qū)售票廳前側(cè)人流量大,但對(duì)進(jìn)出站并沒(méi)有造成影響。因此,客流量大并不會(huì)對(duì)人員通行造成很大影響,而人流對(duì)沖會(huì)對(duì)人員通行造成巨大的影響。

A 口、B 口、D口處均產(chǎn)生了不同程度的堵塞現(xiàn)象,主要是因?yàn)檫M(jìn)出站客流產(chǎn)生沖突導(dǎo)致。

南側(cè)兩邊上行自動(dòng)扶梯處出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象,主要是因?yàn)槌丝偷秸緯r(shí)間相對(duì)集中,一時(shí)間涌出大量乘客,通過(guò)自動(dòng)檢票機(jī)需要一定時(shí)間,導(dǎo)致?lián)矶虑闆r的出現(xiàn)[13]。因此可以預(yù)見(jiàn),隨著客流量的增加,自動(dòng)檢票機(jī)處的排隊(duì)情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重,成為影響進(jìn)站的另一個(gè)關(guān)鍵因素。

4 優(yōu)化方案與評(píng)價(jià)

4.1 優(yōu)化方案

根據(jù)韋曲南站站廳層的實(shí)際情況,本著節(jié)約資源、減少站廳擁堵的目的,已經(jīng)建成的站廳無(wú)法進(jìn)行大幅度的整修,只能增加少許設(shè)備或者更改現(xiàn)有設(shè)備的位置,由此提出以下優(yōu)化建議:① 更改進(jìn)站閘機(jī)的位置,將之前一排的進(jìn)站閘機(jī)分置兩側(cè),以增加付費(fèi)區(qū)的面積;② 增加一出站檢票口,將原來(lái)進(jìn)站檢票機(jī)位置向外移動(dòng),改成出站檢票位置,這樣可以減少站內(nèi)客流沖突;③ 將原來(lái)安檢機(jī)里側(cè)的部分自動(dòng)售票機(jī)搬至外側(cè),可增加站廳非付費(fèi)區(qū)的利用率。具體優(yōu)化方案如圖3所示。

4.2 優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

優(yōu)化方案的評(píng)價(jià)主要從優(yōu)化前后客流密度對(duì)比、優(yōu)化前后站廳人數(shù)和優(yōu)化前后乘客進(jìn)出站時(shí)間這三個(gè)方面進(jìn)行,

(1) 優(yōu)化前后客流密度對(duì)比

優(yōu)化后韋曲南站站廳層的客流密度如圖4所示,與優(yōu)化前站廳層的客流密度相比較,優(yōu)化后的客流密度明顯下降,且高密度點(diǎn)明顯減少。主要因?yàn)閮?yōu)化增加了付費(fèi)區(qū)的面積并增加了一檢票出口,這樣可以減小站廳內(nèi)客流沖突,充分利用站廳層的有效面積。

圖4 改造后韋曲南站站廳層客流密度

(2) 優(yōu)化前后站廳人數(shù)對(duì)比

在相同客流量和站廳層的面積,在仿真到10 min時(shí),優(yōu)化前地鐵站廳層人數(shù)為187人,優(yōu)化后地鐵站廳層人數(shù)為157人。如圖5所示,人數(shù)減少,預(yù)示擁擠度降低。

圖5 優(yōu)化前后站廳層人數(shù)

(3) 優(yōu)化前后進(jìn)出站平均用時(shí)對(duì)比

在相同客流量的情況下,在仿真進(jìn)行10 min后,優(yōu)化前乘客進(jìn)站乘車平均用時(shí)221.54 s,出站平均用時(shí)166.29 s,如圖6所示。優(yōu)化后,乘客進(jìn)站乘車平均用時(shí)207.69 s,比優(yōu)化前節(jié)省13.85 s,出站平均用時(shí)156.88 s,比優(yōu)化前節(jié)省9.41 s,如圖7所示。乘客進(jìn)出站用時(shí)均在不同程度上減少,側(cè)面乘客乘車效率提升。

圖6 優(yōu)化前旅客進(jìn)出站平均用時(shí)

圖7 優(yōu)化后旅客進(jìn)出站平均用時(shí)

5 總結(jié)

直接進(jìn)行對(duì)地鐵站站廳層進(jìn)行改造,有可能會(huì)產(chǎn)生資源的浪費(fèi)。若使用Anylogic仿真技術(shù)先對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行模擬,可以提高優(yōu)化方案的可執(zhí)行性,有效避免資源的浪費(fèi)。仿真結(jié)果表明,增大了付費(fèi)區(qū)面積、增加安檢設(shè)備、改變進(jìn)出站閘機(jī)設(shè)置和量位置等可以緩解站廳付費(fèi)區(qū)擁擠,使得站廳層內(nèi)客流分布密度更加均勻,減少了客流線路對(duì)沖點(diǎn),使得客流線路變得更加通暢,從而減輕進(jìn)出站客流沖突的壓力。