王賢琛，黃凱

(1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京　100044；2.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川成都　610031)

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北京地鐵13#線西直門站站臺(tái)客流仿真

王賢琛1，黃凱2

(1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京100044；2.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川成都610031)

客流量大、乘客密集是地鐵車站的主要特征，為確保乘客人身安全，提高站臺(tái)服務(wù)水平，以北京地鐵13#線西直門站為例，在對(duì)車站客流特性調(diào)查的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Anylogic仿真軟件對(duì)站臺(tái)乘客流向進(jìn)行模擬仿真，并通過(guò)相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)站臺(tái)服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)仿真結(jié)果，得出該站臺(tái)當(dāng)前存在的不足，并提出改進(jìn)方案。

城市軌道交通；地鐵站臺(tái)；客流；站臺(tái)服務(wù)水平；Anylogic；仿真

城市軌道交通作為城市的運(yùn)輸大動(dòng)脈，承擔(dān)著城市主要的客運(yùn)量，車站不僅是整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，更是集散客流的主要場(chǎng)所[1]。車站一般都與地面交通有大量的換乘，客流量大、人流密集是地鐵車站的主要特征。城市軌道交通車站的主要服務(wù)設(shè)施大致包括通道、扶梯(樓梯)、大廳、售票窗口及自動(dòng)售票機(jī)、閘機(jī)、站臺(tái)等。通過(guò)一定的計(jì)算方法可以計(jì)算出這些設(shè)施的服務(wù)能力，但是在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中這些設(shè)施相互制約，加上行人的選擇各異等，這些因素影響著整個(gè)車站系統(tǒng)的運(yùn)行能力和水平[2]。特別是隨著近年來(lái)城市化進(jìn)程的加快，城市人口急劇上升，原有的地鐵車站是否能滿足日益增加的客流需求，需要對(duì)站臺(tái)的服務(wù)能力做相應(yīng)的評(píng)估[3]。

北京地鐵西直門站是一個(gè)大型換乘車站，2#線、13#線和4#線匯聚于此，也是13#線的西端終點(diǎn)站。13#線連通海淀區(qū)北部與朝陽(yáng)區(qū)北部，并連通回龍觀住宅區(qū)，客流密度較大。13#線西直門站為典型的島式站臺(tái)，存在著站臺(tái)上乘客擁擠等問(wèn)題，本文以13#線西直門站為仿真環(huán)境，運(yùn)用Anylogic仿真軟件，模擬進(jìn)站客流及從2#線和4#線換乘到13#線的客流，分析乘客在站臺(tái)上的行為選擇及現(xiàn)行13#線西直門站存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)意見。

1　13#線西直門站臺(tái)

圖1　地鐵西直門站立體結(jié)構(gòu)圖

13#線西直門站為地上3層高架車站，為一島兩側(cè)兩線站臺(tái)，由2#線、4#線路轉(zhuǎn)乘13#線(始發(fā))的旅客上到第3層中間的島式站臺(tái)，而由13#線(終到)到來(lái)的旅客則在第3層兩側(cè)的站臺(tái)下車出站或換乘，地上二層為站廳層，地面首層為出入口。13#線車站站臺(tái)通過(guò)連續(xù)通道連接位于地下一層的換乘大廳，再與2#線、4#線車站由換乘通道相連[4-5]。西直門站立體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本文仿真只針對(duì)13#線西直門站上車客流，客流來(lái)源包括南進(jìn)站口的進(jìn)站客流1、北進(jìn)站口的進(jìn)站客流2、南側(cè)換乘客流1、北側(cè)換乘客流2。

站臺(tái)的服務(wù)水平受站臺(tái)的布置形式、折返形式、客流強(qiáng)度、設(shè)施設(shè)備布置等的影響[6]。

2　西直門地鐵站臺(tái)仿真

對(duì)上車客流進(jìn)行仿真，仿真環(huán)境為供乘客上車的島式站臺(tái)。進(jìn)站口有2個(gè)，如圖1中①、②所示，分別位于南側(cè)和北側(cè)。

Anylogic是一款應(yīng)用廣泛的對(duì)離散、連續(xù)和混合系統(tǒng)建模和仿真的工具[7]。利用Anylogic實(shí)現(xiàn)地鐵車站設(shè)備設(shè)施的建模，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的仿真場(chǎng)景和設(shè)置不同的參數(shù)，對(duì)乘客在車站內(nèi)的行為進(jìn)行仿真，研究車站設(shè)備設(shè)施的利用情況并進(jìn)行分析評(píng)估，為城市交通車站的優(yōu)化提供支持。首先輸入原始客流強(qiáng)度，通過(guò)數(shù)據(jù)得出反應(yīng)站臺(tái)服務(wù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。然后加大客流強(qiáng)度，分析制約站臺(tái)服務(wù)的瓶頸，提出改進(jìn)建議。

2.1乘客進(jìn)入站臺(tái)流程

乘客分別通過(guò)南、北側(cè)的進(jìn)口①、②進(jìn)入西直門車站，走行過(guò)程如圖2所示。

圖2　乘客進(jìn)入西直門站臺(tái)流程

通過(guò)客流調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行spss分析，確定南側(cè)進(jìn)站客流到達(dá)服從參數(shù)為15.18的poisson分布，南側(cè)進(jìn)站旅客中攜帶行李乘客的比例為76.7%；北側(cè)進(jìn)站客流服從參數(shù)為24.00的poisson分布，攜帶行李乘客的比例為74.7%。

由站內(nèi)隨機(jī)抽取200人做為樣本，對(duì)其年齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將30歲作為青年和中年人的分界點(diǎn)， 60歲作為中年和老年人的分界點(diǎn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出地鐵站內(nèi)乘客年齡的分布情況，其中絕大多數(shù)為青年和中年，分別占70%和26%，老年人僅占4%。

2.2車門選擇模型

乘客進(jìn)入13#線島式站臺(tái)后，需要選擇在合適的車門處等候上車。由于站臺(tái)為一較寬的空間，車門較多，乘客對(duì)車門的選擇規(guī)律是乘客站臺(tái)行為分析的關(guān)鍵。

1)乘客選擇。乘客到達(dá)站臺(tái)時(shí)，不可能立即獲知每一個(gè)車門位置的等候人數(shù)，而是選擇并沿著站臺(tái)某一方向步行，根據(jù)已步行的距離和當(dāng)前車門等候人數(shù)等因素選擇在當(dāng)前車門停留或繼續(xù)前進(jìn)，直到停留為止[8]。

2)實(shí)際調(diào)查。地鐵車站站臺(tái)長(zhǎng)100 m以上，設(shè)置了多個(gè)樓梯、座椅、柱子等設(shè)施設(shè)備，在客流高峰幾乎每1 s都會(huì)有多個(gè)行人抵達(dá)并沿站臺(tái)行走，無(wú)論是人工記錄或視頻拍攝都難以有效記錄站臺(tái)各車門等候行人的數(shù)量。

圖3　乘客對(duì)車門的選擇過(guò)程

基于以上分析，得出乘客實(shí)際選擇車門的流程如圖3所示。

運(yùn)用效用最大化理論，設(shè)定留在當(dāng)前車門處上車的效用為Vs，繼續(xù)前進(jìn)的效用為Vg，車門選擇logit模型的相對(duì)效用函數(shù)為：

Vs-Vg=-1.91+0.344D+2Nx-1.89Nd，

式中：D為當(dāng)前車門距離起點(diǎn)(樓梯出口)的距離；Nx為下一車門處等待乘客數(shù)；Nd為當(dāng)前車門處等待乘客數(shù)。

乘客車門選擇如圖4所示。乘客由圖1中的樓梯出口1、2進(jìn)入站臺(tái)，出口1處乘客走行方向如圖5所示[9-14]。

圖4　車門選擇示意圖　　　　　　　　　　　　　　　圖5　乘客出樓梯口后方向的選擇

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：乘客選擇圖5東側(cè)的概率與選擇西側(cè)的概率相等；而選擇南側(cè)與北側(cè)的概率不相等，即圖5乘客選擇向北(②、④方向)和向南(①、③方向)的概率不一樣，乘客選擇向南的概率約為0.4，選擇向北的概率為0.6。導(dǎo)致這種結(jié)果有2個(gè)原因：一是乘客出電梯時(shí)朝向站臺(tái)中部，乘客傾向于保持原有的行走方向；二是由于圖5中往方向①、③的空間較小，乘客不愿意前往空間較小的車門處等待上車。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)的輸入，基于Anylogic對(duì)西直門地鐵13#線站臺(tái)客流進(jìn)行仿真，如圖6所示。

圖6　系統(tǒng)仿真界面

3　站臺(tái)評(píng)價(jià)及仿真結(jié)果

3.1站臺(tái)評(píng)價(jià)

對(duì)于站臺(tái)服務(wù)水平的評(píng)價(jià)，目前還沒(méi)有具體的評(píng)價(jià)體系。車站站臺(tái)乘客的狀況及限流的客流量臨界點(diǎn)一般依據(jù)主觀判斷，缺少明確、統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)，不利于車站及時(shí)采取相關(guān)措施。因此建立明確的評(píng)價(jià)體系，對(duì)車站站臺(tái)的服務(wù)水平等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便在車站的客流動(dòng)態(tài)管理中及時(shí)掌握車站的運(yùn)營(yíng)安全狀態(tài)，依據(jù)站臺(tái)對(duì)乘客的服務(wù)水平等級(jí)判斷車站限流的時(shí)機(jī)與限流的等級(jí)[14-17]。關(guān)于排隊(duì)及等候區(qū)的服務(wù)水平等級(jí)如表1所示[16-22]。

表1　站臺(tái)的服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)

3.213#線西直門站站臺(tái)存在的問(wèn)題

根據(jù)13#線的客流密度，得出站臺(tái)的服務(wù)水平為B級(jí)，對(duì)于北京這樣一個(gè)人口眾多的城市而言，13#西直門站的服務(wù)水平基本滿足乘客的需求，但這并不代表13#線西直門站的站臺(tái)設(shè)計(jì)完全合理。在仿真過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，乘客在樓梯口處的車門處容易擁堵，這是由于樓梯口位于站臺(tái)平面以內(nèi)，極大地壓縮了該處車門區(qū)域的面積，使得該車門處的空間狹小，當(dāng)乘客經(jīng)過(guò)此區(qū)域時(shí)，很容易發(fā)生擁堵的情況。如圖7圈示區(qū)域所示。

圖7　狹窄區(qū)域出現(xiàn)擁堵

13#線西直門站為終點(diǎn)站，折返方式為站前折返，即折返線設(shè)置于車站前端。從乘客的角度來(lái)說(shuō)，站前折返車時(shí)容易產(chǎn)生疑惑。調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這種疑惑性體現(xiàn)在2個(gè)方面：

1)在一般車站，乘客進(jìn)入站臺(tái)后在選擇等車時(shí)都是依據(jù)站臺(tái)上的指示標(biāo)識(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)的方向選擇在站臺(tái)的一側(cè)等候上車，西直門站這種從島式站臺(tái)兩側(cè)皆可上車的情形非常容易迷惑乘客；

2)乘客選定等車側(cè)后，如果另一側(cè)的車輛先到站臺(tái)，那么很少有乘客會(huì)選擇換到另一邊上車，只有極少部分對(duì)本車站特別熟悉的乘客會(huì)選擇換到站臺(tái)另一側(cè)上車。這就造成了乘客等車時(shí)間的增加，同時(shí)也使得運(yùn)力浪費(fèi)和站臺(tái)擁擠。

13#線西直門站應(yīng)盡快采取措施彌補(bǔ)這種不足，比如可以通過(guò)廣播的形式通知乘客，避免在車輛到站后站臺(tái)另一側(cè)的乘客繼續(xù)等待。

3.3各車門排隊(duì)人數(shù)仿真結(jié)果

在仿真模塊中設(shè)置輸出語(yǔ)句，得出48個(gè)車門處的高峰平均排隊(duì)人數(shù)表如表2所示。

表2　高峰時(shí)段各車門排隊(duì)人數(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)總站臺(tái)人數(shù)為847人，實(shí)測(cè)結(jié)果站臺(tái)人數(shù)為860人，仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)值偏差較小，認(rèn)為仿真效果較好。站臺(tái)面積為1 004 m2，算得密度為1.18 m2/人。

4　結(jié)論

1)13#西直門站的設(shè)計(jì)能夠滿足當(dāng)前乘客的需求，并且能夠達(dá)到令乘客基本滿意的服務(wù)水平。

2)13#線西直門站站臺(tái)的不足：

①樓梯口位于站臺(tái)平面以內(nèi)，使得該車門處的空間狹小，當(dāng)乘客經(jīng)過(guò)此區(qū)域時(shí)，很容易發(fā)生擁堵的情況。

②站前折返的折返方式增加乘客的出行時(shí)間，當(dāng)站臺(tái)一側(cè)的車輛到站時(shí)，站臺(tái)另一側(cè)的乘客不會(huì)換到車輛到站的一側(cè)上車，造成乘客等車時(shí)間的增加，同時(shí)也使得運(yùn)力浪費(fèi)和站臺(tái)擁擠。

3)應(yīng)當(dāng)改進(jìn)13#線西直門站站臺(tái)和樓梯的接駁方式，同時(shí)更好地解決站臺(tái)兩側(cè)均可上車帶來(lái)的弊端。

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(責(zé)任編輯：楊秀紅)

Simulation of Passengers Flow at Xizhimen Station of Beijing Metro Line 13

WANGXianchen1,HUANGKai2

(1.SchoolofTrafficandTransportation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China; 2.SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031，China)

Large flow and overcrowding of passengers are the main characteristics of the subway station. To ensure passenger security and improve service level, Xizhimen station of Beijing Subway Line 13 is taken as an example to simulate the behaviors of the passengers at the platform and to evaluate the services of the platform through the relevant evaluation index by Anylogic simulation software based on the investigation of the characteristics of passenger flow at this station.The simulation results show the existing problems of the station and the improvement plans are put forward.

urban railway transit; subway station; passenger flow; station service level; Anylogic; stimulation

2016-06-24

王賢琛(1994—)，男，土家族，湖北宜昌人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理，E-mail: 543877490@qq.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2016.03.008

U291.6

A

1672-0032(2016)03-0043-07