何必勝，張宏翔，聞克宇，魯工圓

考慮行車因素的軌道交通車站換乘仿真分析

何必勝1,4，張宏翔1，聞克宇2,3，魯工圓1,4

（1. 西南交通大學, 交通運輸與物流學院, 成都 611756; 2. 西南交通大學, 經濟管理學院, 成都 610031; 3. 中國鐵路經濟規(guī)劃研究院, 北京 100038; 4. 綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室, 成都 611756）

在區(qū)域軌道交通一體化的背景下, 為充分發(fā)揮換乘車站作用, 最大程度實現旅客出行無縫銜接, 研究區(qū)域軌道交通換乘車站行車因素對乘客換乘的影響。在分析換乘系統設備設施布置和流線組織沖突基礎上, 提出車站換乘工作組織的評價指標, 并以成都市犀浦站為實際案例, 使用AnyLogic仿真軟件對犀浦站內城際鐵路與地鐵的同站臺換乘系統進行仿真。通過對不同行車因素情境下乘客換乘過程及評價指標的仿真實驗分析, 找出換乘環(huán)節(jié)中的瓶頸環(huán)節(jié), 提出適應行車因素和乘客換乘需求的犀浦站同站臺換乘優(yōu)化方案。所提出的考慮行車因素的行車客運一體化車站仿真模型及分析方法能夠為區(qū)域軌道交通體系下車站的換乘組織、行車作業(yè)和客運作業(yè)提供有效建議。

城際鐵路; 地鐵; 同站臺換乘; 仿真分析

0 引 言

發(fā)展區(qū)域軌道交通一體化是解決我國都市圈交通出行的重要手段，而換乘站的工作組織作為其重要組成環(huán)節(jié)，越來越得到重視。目前區(qū)域軌道交通車站換乘工作組織最大的矛盾在于為滿足日益增長的旅客出行需求，軌道交通行車量不斷增加，另一方面，車站客運能力是有限的，換乘量的增加容易造成乘客在車站滯留，出現運輸瓶頸，無法發(fā)揮區(qū)域軌道交通整體運能。因此，明確行車作業(yè)對乘客換乘的影響，最大化保證乘客無縫銜接，發(fā)揮區(qū)域軌道交通運輸能力，是目前區(qū)域軌道交通一體化建設中亟待解決的問題。

目前，國內外針對軌道交通換乘組織工作的研究中，眾多學者關注到換乘車站時刻表協調性問題。Wong等提出了混合整數規(guī)劃模型，優(yōu)化非周期時刻表同步問題，使乘客的換乘等待時間最小[1]；Aksu等制定了整數倍發(fā)車間隔時間方案，減少乘客的換乘時間[2]；黃明華等構建了以網絡總換乘等待時間最短為目標的數學模型，協調列車在換乘站的換乘時間[3]。但是，時間上的協調并不一定能保證乘客換乘成功，換乘站客運能力在其中扮演著重要的作用。早期研究以關注車站的乘客換乘過程為主，Hutchinson等通過仿真找到導致行人擁堵的瓶頸，并通過改變設備設施的布局減少瓶頸，提高客流換乘效率[4]。陳建宇研究了鐵路與城市軌道交通之間換乘組織的需求特性和換乘樞紐的建設原則，以成都站為例進行仿真，提出有效的改進方案[5]。部分研究開始關注行車作業(yè)對乘客換乘的影響，來評估車站換乘效果，張小芳建立了市域鐵路與城市軌道交通合理銜接的列車到發(fā)間隔計算模型，用VISSIM仿真軟件驗證了犀浦站同站臺換乘的可行性，但只進行了行人仿真，也沒有對換乘方案的合理性進行分析[6]；陳利紅以西安地鐵北大街站的換乘組織為例，將地鐵列車加入到仿真模型中，但并未分析行車因素對換乘組織的影響[7]；Pu以多倫多聯合車站為例，分析了行車作業(yè)與行人活動相互影響，其研究的重點是分析鐵路車站的行車能力，并未重點分析車站客運能力的提升策略[8]。

因此，對換乘車站的時刻表銜接進行協調優(yōu)化的研究已經取得比較豐富的成果，但是優(yōu)化的時刻表需要有與之協調的客運能力才能發(fā)揮作用。而目前對換乘車站客運組織的仿真研究大多只涉及到行車作業(yè)或客運作業(yè)的某一方面，將軌道交通換乘車站的行車作業(yè)與乘客換乘結合起來進行仿真的協調性研究還不多[9]。成都成灌城際鐵路和成都地鐵2號線在犀浦站實現了區(qū)域軌道交通和城市軌道交通系統同站臺換乘，具有很強的代表性。因此，本文以犀浦站為例，將鐵路、地鐵、行人結合起來，使用AnyLogic仿真軟件[10,11]，構建區(qū)域軌道交通一體化背景下考慮行車因素的行車客運一體化車站仿真模型，實現城際鐵路與城市軌道交通同站臺換乘，分析行車因素對客運作業(yè)產生的影響，并選取車站換乘工作組織評價指標，通過仿真實驗為換乘車站作業(yè)效率提升提出有效建議。

1 車站換乘工作組織分析及評價指標

首先在分析換乘車站行車因素對旅客換乘過程影響的基礎上，重點考慮行車因素對換乘工作組織的影響，最后提出考慮行車因素的車站換乘組織評價指標。

1.1 車站旅客換乘過程

對于換乘車站而言，旅客換乘過程是（1）列車到達環(huán)節(jié)，旅客到達車站；（2）旅客下車及走行環(huán)節(jié)，旅客從列車上下車，利用換乘通道或者樓梯等設施走行至換乘設備處；（3）驗票環(huán)節(jié)，旅客持單程票或城市交通卡通過進、出站閘機等換乘設備完成驗票、購票及系統轉換環(huán)節(jié)；（4）旅客候車環(huán)節(jié)，利用換乘設施到達固定區(qū)域內等待上車；（5）列車出發(fā)環(huán)節(jié)，乘降作業(yè)完畢后列車出發(fā)。

因此，換乘過程重點是分析換乘流線上設施設備的效率，以及行車作業(yè)影響乘客的到達和離開規(guī)律所帶來的旅客對設施設備使用效率的變化，具體分析如下：

（1）流線內的設施，指車站內的行人通道、樓梯、自動扶梯等[12]，其通過能力受到行人密度和速度的影響，而行人的產生與消失均受到行車作業(yè)的影響，從而產生不同的行人到達或離開情境。列車的到達作業(yè)會導致換乘通道內行人密度的變化；而換乘旅客的走行速度又受到列車開車時間的影響，如當換乘時間較短或者發(fā)現所要換乘的列車正在進行乘降作業(yè)時，乘客會加快行走速度。目前關于通道換乘能力的分析，大部分采用線性計算方法[13]，忽略了行車因素帶來的速度和密度變化的影響。

（2）流線內設備，指自動售票機、閘機、人工票亭、安檢設備等，其通過能力主要取決于受乘客對設備的熟悉程度、自身的走行速度和是否攜帶行李等因素影響的平均服務時間[14]。列車到達后，換乘乘客會在短時間內聚集在換乘設備前，影響乘客的通行速度和舒適度；同樣，行車作業(yè)可能導致乘客出現改變走行速度和在設備處的服務時間發(fā)生變化的情況，從而影響到設備的通過能力。

（3）流線內的通道和設備之間也會產生相互影響。旅客換乘過程中的設施設備的相互影響會帶來行人走行速度、密度及設備服務時間的變化，從而影響設施設備使用效率。每個設施的通過能力都會影響到流線內下一個設施的乘客到達率和通過能力，進而影響到乘客的密度、速度，加劇設施設備通過能力與乘客之間的非線性關系。

（4）流線之間存在相互影響。旅客換乘流線之間存在交叉干擾的情況，會導致乘客走行時發(fā)生碰撞、沖突和在站臺上的滯留，換乘流線能力低下，從而降低車站的換乘工作組織水平。

從以上分析可知，行車因素會影響旅客換乘工作組織中的諸多環(huán)節(jié)，并由于行車因素變化帶來非線性影響，從而很難進行量化分析。本文將采用仿真方法，分析行車因素對換乘工作帶來的影響，找出瓶頸，并提出相應的調整措施。

1.2 考慮行車因素的車站換乘工作組織評價指標

為充分分析行車因素對乘客換乘等客運作業(yè)的影響，主要選取三類評價指標。換乘人數從整體上描述車站換乘工作的效率，用換乘時間在時間維度上描述換乘效率及服務水平，并從空間維度用區(qū)域服務水平對乘客在換乘過程中的舒適性進行描述。

（1）換乘人數

換乘人數是指換乘流線在單位時間內通過的旅客人數。但是，乘客到達和離開規(guī)律會對設施設備能力構成影響，設施設備在實際運用中也會產生相互影響，在一定乘客條件下所能通過的換乘人數是動態(tài)變化的。該指標計算能有效評估車站所能提供換乘服務水平。換乘流線的理論是換乘人數由流線上通過能力最小的設備決定，可用下式計算：

式中：為理論換乘人數；為單位時間；Q為換乘流線上各設備設施的通過能力，可參考《地鐵設計規(guī)范》得到[15]。

換乘流線單位時間內實際的換乘人數可通過仿真模型的統計數據得到，通過對比通過能力，來分析當前設施設備的使用效率。

（2）乘客換乘時間

換乘時間是指換乘乘客在站內停留的時間。良好的流線組織和合理的設備設施布局能夠引導乘客快速通過換乘流線，防止乘客在某一區(qū)域內發(fā)生聚集，減少乘客換乘時間，使運能能夠得到充分利用。設備設施布局和流線組織水平可用乘客的換乘時間t表示：

t=?（twalk1+tserv+twalk2+twait） （2）

式中：twalk1為第位乘客下車及走行的時間；tserv為第位乘客購票、過閘等驗票的時間；twalk2為第位乘客驗票后走行至候車區(qū)域的時間；twait為第位乘客等候列車的時間。

（3）區(qū)域服務水平

換乘車站的不同區(qū)域的服務水平是旅客換乘時的舒適度直接表現。當服務水平低時，乘客的舒適度降低，走行速度慢，乘客無法在列車停站時間內完成上下車，可能發(fā)生搶上搶下的行為，引發(fā)安全事故。區(qū)域服務水平可用站臺上不同區(qū)域內的乘客密度表示?！渡虾５罔F車站行人設施服務水平標準初探》給出了地鐵車站水平步道的服務水平劃分，如表1所示，本文采用該評價表對服務水平進行評估。

表1 地鐵車站通道服務水平等級對照表

Tab.1 Service level comparison table of passage in metro station

2 犀浦站換乘工作組織分析仿真模型

首先分析犀浦站同站臺換乘工作組織的具體情況，然后使用AnyLogic軟件建立考慮行車因素的行車客運一體化車站仿真模型。

2.1 犀浦站同站臺換乘工作組織

（1）犀浦站同站臺換乘概述

犀浦站是成灌鐵路的中間站，也是成都地鐵2號線的首末站。成灌鐵路本線外包站臺，地鐵線路引入兩島式站臺之間并與成灌鐵路平行布置。成灌鐵路犀浦站和地鐵犀浦站的站廳層分開設置，站臺層共用兩個島式站臺，站臺上用圍欄和閘機將成灌鐵路站臺區(qū)域與地鐵站臺區(qū)域分隔。犀浦站站臺層示意圖及同站臺換乘設施布置如圖1（a）所示。圖1（b）（c）是目前同站臺換乘方案的流線，下面會具體分析其特點。

圖1 犀浦站同站臺換乘系統示意圖

（2）犀浦站同站臺換乘中行車因素的主要影響

犀浦站同站臺換乘系統突出行車因素對旅客換乘的影響，如果無法有效處理行車作業(yè)帶來的不利影響，就會增加乘客的換乘時間，降低車站的服務水平。因此，需要協調分析行車工作特性，從而保證效率最大化。

從圖1（b）中可以看出，成灌鐵路換乘地鐵的乘客從成灌鐵路列車上下車后，先進行鐵路出站檢票，無地鐵票乘客進行購票，然后通過地鐵進站檢票，此處設備較為復雜，不同目的的乘客之間會產生相互影響，從而影響到設備的通過能力。乘客進入地鐵站臺后，換乘流線與站廳層進站流線在換乘區(qū)和換乘通道內發(fā)生重疊，同時，換乘通道占用了一部分候車區(qū)域，且離客流生成處很近，緩沖區(qū)域小，容易積壓旅客，影響通道的通過能力。

對于該換乘工作，是從相對發(fā)車間隔較長的鐵路系統換乘至發(fā)車間隔短的地鐵系統，在給定一定數量乘客后，乘客的換乘時間的長短及換乘服務水平能有效評估換乘系統的能力。比如為了滿足乘客出行需求使鐵路發(fā)車間隔變短時，如果經過一定時間后仍有大量乘客無法及時乘坐地鐵離開車站，乘客換乘時間就會變長，造成乘客滯留，體現出換乘系統設計存在的問題。

在圖1（c）中，地鐵換乘成灌鐵路的乘客從地鐵2號線列車上下車后，購買或取出成灌鐵路車票并候車，開始檢票后，需要通過實名制驗證、鐵路進站檢票、地鐵出站檢票三道閘機，閘機數量多、關系復雜，不利于設備通過能力的發(fā)揮。出站扶梯入口處緩沖區(qū)小，部分換乘流線與出站流線在此處交叉，易導致乘客積壓，從而占用部分檢票區(qū)，對正在排隊檢票的旅客產生影響。

對于該換乘工作，是從相對發(fā)車間隔較短的地鐵系統換乘至發(fā)車間隔長的鐵路系統，其換乘系統能力體現在檢票工作開始后，換乘系統是否能在給定時間內，完成一定數量乘客的換乘工作并保證服務水平。當需要進一步調整發(fā)車間隔時，比如希望壓縮檢票時間來縮短行車間隔，是否能保證所有乘客都能登上列車是評估該系統的關鍵。

由以上分析可知，行人活動受行車因素的影響明顯，站臺上的行人流線存在交叉，換乘流線上閘機較多，設備之間存在相互影響，加劇了量化難度，需要使用仿真手段進行分析。由于犀浦站站臺層未設天橋等跨線設備，因此成灌鐵路換乘地鐵和地鐵換乘成灌鐵路是兩個完全獨立的換乘系統，可以分別進行建模仿真。

2.2 成灌鐵路換乘地鐵2號線仿真模型

根據成灌鐵路換乘地鐵的換乘設備設施布置及換乘流線，在AnyLogic軟件內完成成灌鐵路換乘地鐵仿真模型的建立，如圖2所示。

圖2 成灌鐵路換乘地鐵仿真模型

考慮行車因素的行車客運一體化車站仿真模型由列車仿真和行人仿真組成：

（1）列車行車部分。模型中的三個delay控件控制列車的停站、站臺屏蔽門的開關和乘客上下車，實現行車作業(yè)與客運作業(yè)相結合的仿真。行車系統的時間參數主要是列車到達時間。

（2）旅客下車及走行環(huán)節(jié)。是否換乘地鐵會導致不同目的的乘客在走行中的沖突，影響乘客的走行時間，judge1控件對乘客是否換乘進行設置。

（3）旅客驗票環(huán)節(jié)。部分持有城市交通卡的乘客無需購買地鐵車票，judge2控件對乘客是否需要購票進行設置。

（4）旅客走行及候車環(huán)節(jié)。換乘乘客出閘機后往候車區(qū)域走行時，換乘流線與進站流線交叉，且乘客對于候車車門的選擇會影響到乘客走出換乘通道時的速度，因此仿真中用Wait、GetOn和judge3三個控件對乘客出閘機后的走行和候車進行控制，模擬現實情況實現對客流的引導。

（5）站廳層乘客乘車部分。從站廳層進入站臺的乘客也會對換乘乘客產生影響。

2.3 地鐵2號線換乘成灌鐵路仿真模型

根據地鐵換乘成灌鐵路的換乘設備設施布置及換乘流線，在AnyLogic軟件內完成地鐵換乘成灌鐵路仿真模型的建立，如圖3所示。

圖3 地鐵換乘成灌鐵路仿真模型

同樣的，仿真模型由列車仿真和行人仿真兩部分組成：

（1）列車行車部分與成灌鐵路換乘地鐵2號線仿真模型相同。

（2）旅客下車及走行環(huán)節(jié)。是否換乘鐵路和乘客自身情況會導致不同目的乘客在走行中的沖突，PedJudge1控件對乘客是否換乘、是否需要購票或取票、所乘車次等特性進行設置。

（3）旅客候車環(huán)節(jié)。分為等待驗票的候車環(huán)節(jié)1和等待上車的候車環(huán)節(jié)2，WaitCheck控件對乘客等候檢票進行控制，WaitGetOn控件對乘客檢票后等候上車進行控制。

（4）旅客驗票及走行環(huán)節(jié)。車站的提前檢票可能會影響到乘客的換乘過程。模型中使用動態(tài)事件（Dynamic Event）實現這一邏輯，設置某一事件從當前時刻開始經過一定時間后發(fā)生。仿真模型啟動時，根據列車時刻表，設置每一車次經過T時間后開始檢票，即可完成提前檢票的仿真邏輯，T可用下式計算：

T=T-T- T（3）

式中：T為列車開車時刻；T為當前時刻；T為提前檢票時長。該驗票時間長度在某種程度上決定列車的發(fā)車間隔，是仿真評估的關鍵參數。

3 實驗分析

3.1 仿真方案設置

（1）行車作業(yè)參數設置

行車作業(yè)參考現有成都地鐵2號線和成灌鐵路行車作業(yè)標準進行仿真。為進一步分析行車因素的影響，分別對兩系統中不同的列車開行間隔和不同的提前檢票時間進行仿真實驗。

（2）客運作業(yè)參數設置

犀浦站換乘設備設置情況可參見圖1及文獻[6]。為改善犀浦站節(jié)假日高峰期的擁堵情況，本文根據車站提供的數據，重點進行該情境下研究，成灌鐵路換乘地鐵2號線客流量為15 360人/天，地鐵2號線換乘成灌鐵路客流量為4 500人/天。犀浦站地鐵站廳層的進站客流量為72 800人/天，出站客流量為86 400人/天；犀浦站成灌鐵路的站廳層進站客流量為20 480人/天，出站客流量為30 720人/天。

此外，為驗證仿真模型的可靠性以及分析車站運營組織對不同換乘客流的適應情況，對犀浦站換乘客流進行實地調研獲取數據，并結合文獻[6]的預測數據，構建不同換乘客流量的需求場景。

（3）指標統計時間設置

由于站臺上的乘客人數是動態(tài)的，需要對乘客在站停留時間和站臺服務水平進行全時段的實時監(jiān)測。成灌鐵路換乘地鐵的仿真時段設置為6:15~22:30，為地鐵開站至成都方向地鐵末班車發(fā)出；地鐵換乘成灌鐵路的仿真時段設置為7:15~ 22:30，為犀浦方向地鐵首班車到達至青城山方向成灌鐵路末班車發(fā)出。

3.2 仿真模型的驗證

采用GEH指標對模型進行驗證[8]，保證模型有效性。GEH指標是一種常用于交通建模的測試指標，用于比較兩組交通量的匹配程度。GEH指標可用下式計算：

式中：表示交通模型中的交通量，人/單位時間；表示實際交通量，人/單位時間。

表2 兩個仿真模型的GEH驗證結果

Tab.2 GEH verification results of the two simulation models

3.3 成灌鐵路換乘地鐵2號線評價指標仿真分析

如前所述，該系統的關鍵是分析不同發(fā)車間隔下，乘客的換乘時間和服務水平。

（1）不同開行間隔情況下車站換乘分析

仿真實驗設置6種常見的開行間隔。選取乘客在站內的停留時間中可能產生積壓的下車及走行時間（twalk1）、驗票時間（tserv）、出閘機后走行時間（twalk2）進行統計。由于乘客等候地鐵列車時間（twait）受到地鐵行車間隔的影響，而目前地鐵行車能力已經得到充分運用，故此處不分析該指標。但是總走行時間（t）仍然列出，在整體角度分析，而各個細節(jié)項時間的分析，更容易找出流線上具體的薄弱環(huán)節(jié)。具體仿真結果如表3所示。開行間隔15 min情況下，乘客換乘時間急劇增加，而其他情況下比較平穩(wěn)。下面重點分析各個細節(jié)項：twalk1未發(fā)生明顯變化，表明旅客到達通道能力是充分的；tserv從15 min變?yōu)?0 min后，該時間減少接近一半，在開行間隔為20~40min時也沒有明顯變化；twalk2的平均值隨著開行間隔的增加而持續(xù)減少。進一步結合圖4分析開行間隔15 min的情況。由于換乘區(qū)的換乘客流與進站客流之間交叉明顯，導致大量乘客在出閘機后產生積壓，閘機前方空間無法及時釋放，從而增加乘客的閘機服務時間。具體換乘人數表明，該換乘通道單位時間內的理論換乘人數為1 250人，而仿真所得實際成功換乘人數僅為353人，說明流線交叉導致換乘能力未得到充分發(fā)揮。在服務水平指標上，換乘區(qū)乘客密度最高達到4.68人/m2，一天中有14.0%的時間處于最低服務水平F，乘客換乘體驗差。綜上可知，由于進站客流與換乘客流持續(xù)在換乘區(qū)交叉，非常容易帶來乘客積壓，且會影響到乘客通過驗票環(huán)節(jié)的時間，是整個系統瓶頸環(huán)節(jié)。

表3 不同開行間隔下現有車站布設方案的乘客換乘時間統計

Tab.3 Passenger transfer time for the existing layout plan under different railway headways

圖4 開行間隔15min下成灌鐵路換乘地鐵現有方案仿真效果圖

（2）車站換乘工作優(yōu)化調整

通過分析與實地考察，對流線設置進行調整，提出的調整方案及仿真效果如圖5所示。進站乘客不再進入換乘區(qū)，換乘流線與進站流線用隔離設施分開，加大了換乘通道的寬度，且通道僅供換乘乘客使用。

圖5 成灌鐵路換乘地鐵調整方案設備布置及流線組織

對調整方案在不同列車開行間隔下的表現進行仿真分析，結果如表4所示。出閘機后走行時間明顯降低，且未出現明顯增大的情況。進一步分析空間上服務水平，如圖6所示，換乘區(qū)最大乘客密度僅為0.41人/m2，最低服務水平僅為C，服務水平為A的時間占總時間的比例由現有方案的73%提升至99.9%，換乘區(qū)服務水平提高，表明該瓶頸已經消除。15 min開行間隔下換乘時間大幅降低至303.65 s，且不同開行間隔下的各項時間未發(fā)生明顯變化，說明車站換乘能力得到明顯提升。

表4 不同開行間隔下車站調整布設方案乘客換乘時間統計

Tab.4 Passenger transfer time for adjusted layout plan under different railway headways

同時，為了驗證15 min開行間隔下車站對不同客流的適應情況，根據預測客流設定不同的換乘需求進行實驗，如表5所示。換乘需求從353增加到505人時，基本能保證換乘需求在單位時間內完成換乘，且平均換乘時間在300s到310s內變化，符合車站換乘需求。綜上，當換乘需求在500人以內時，調整方案可以幫助車站將成灌鐵路的行車間隔壓縮至15 min，且滿足乘客快速換乘的需求。

表5 不同換乘量下的車站布設調整方案換乘人數及換乘時間統計（開行間隔15min）

Tab.5 Number of transfer passengers and passenger transfer times for adjusted layout plan under different transfer demand（15 mins headway of railway）

3.4 地鐵2號線換乘成灌鐵路評價指標仿真分析

由于地鐵換乘成灌鐵路的乘客的換乘時間只與乘地鐵到達的時間和鐵路列車開車的時間有關，乘客的主要目標是能夠換乘成功，若乘客無法在規(guī)定的驗票時間內完成驗票手續(xù)，則換乘失敗。因此該系統的關鍵是設計不同的提前驗票時間，分析其換乘人數和服務水平。

（1）不同提前驗票時間下的車站換乘分析

如前所述，不同的提前檢票時間可以提供更多的開行間隔選擇，但也會導致不同的乘客排隊情境和不同的檢票設備使用情況，影響到乘客的換乘成功率。為了研究不同驗票時間下的設備使用情況，提前驗票時間分別設置為10、15、20 min，分別可實現15、20、25 min的開行間隔。仿真結果如表6所示，三種開行間隔下，均存在換乘失敗的情況，會給乘客出行帶來極大不便。其中，提前驗票時間為10 min時的情況最為嚴重，14.7%的乘客無法換乘成功，結合圖7反映的車站服務水平情況，檢票區(qū)的最大乘客密度達到2.09人/m2，最低服務水平為F，服務水平為D~F等級的時間占全天的15%，車站服務水平較低。結合圖1（）可知，乘客的換乘流線與出站乘客的流線交叉導致出站乘客占用部分檢票區(qū)，與換乘乘客在檢票區(qū)相互影響，導致旅客積壓。另一方面，旅客的積壓也會帶來實名制驗證閘機服務能力的下降。此處2臺實名制閘機的設計通過能力為24人/min，仿真得到的結果為12人/min，說明該設備能力未得到充分發(fā)揮，且開行間隔為20 min和25 min時，仍有乘客換乘失敗，說明即使增加驗票時長，實名制驗證閘機的換乘能力也不足，需要增加閘機數量。

表6 不同提前檢票時間下現有車站布設方案換乘人數

Tab.6 Number of transfer passengers for existing layout plan under different beforehand check time

圖7 開行間隔15min下地鐵換乘成灌鐵路現有方案仿真效果圖

綜上分析可知，現有方案中存在流線交叉，車站換乘能力低，容易造成乘客積壓；同時，實名制驗證閘機能力較小，導致乘客在檢票區(qū)和檢票通道中走行速度慢，不能很好地滿足乘客的換乘需求，需要對設備設施進行調整。

（2）車站換乘工作優(yōu)化調整

針對現有方案中的瓶頸，對設施和流線布置進行調整。調整方案的設備設施布置如圖8所示，將換乘流線與出站流線分開，并隔離扶梯進口處與檢票區(qū)，增設兩臺實名制驗證閘機。

圖8 地鐵換乘成灌鐵路調整方案設備布置及流線組織

對調整方案中檢票通道在不同開行間隔和換乘客流下的6種情景進行仿真分析，仿真結果如表7所示。情景1、2、3說明15、20、25 min三種間隔情況下，設定的調整方案將實名制驗證閘機的數量從2臺增加到4臺，其通過能力從12人/min增加至26人/min，擁擠程度的降低使設備能力得到更好的發(fā)揮，乘客換乘成功率均提升至99.5%以上，說明改進方案能適應現有開行間隔情況。

進一步分析換乘時間最為緊張的15 min開行間隔情況下換乘客流帶來的影響。通過文獻[6]的預測客流數據，設定換乘需求分別為4 797、5 008、5 246的情境4、5、6，對15 min開行間隔進行提高換乘需求的仿真實驗。結果表明，換乘需求提高到5 000人以上時換乘成功率仍保持在99%左右的較高水平，說明調整方案能有效適應更多換乘客流。結合開行間隔設置為15 min的仿真效果圖，如圖9所示，出站流線與換乘流線不再有交叉，出站乘客不會影響到檢票區(qū)的換乘乘客，檢票區(qū)的最大乘客密度為0.89人/m2，最低服務水平僅為D，服務水平為D~F等級的時間占全天的比例由15%降至2%，乘客換乘舒適度及安全性得到改善。

表7 不同提前檢票時間下調整車站布設方案換乘人數

Tab.7 Number of transfer passenger for adjusted layout plan under different beforehand check time

圖9 開行間隔15min下地鐵換乘成灌鐵路調整方案仿真效果圖

綜上分析，通過仿真實驗并結合三項指標，能準確判斷乘客換乘過程中瓶頸環(huán)節(jié)，然后有針對性設計調整方案，提升了車站的換乘能力和服務水平，減小了行車因素對設備設施的影響。

4 結 論

本文對犀浦站設備設施及流線組織進行分析，考慮行車因素對乘客換乘的影響，運用AnyLogic仿真軟件對犀浦站同站臺換乘工作組織進行了仿真分析，輸出換乘人數、乘客換乘時間和區(qū)域服務水平三類指標，對車站運營組織進行定量評估。首先通過調研數據，驗證仿真模型的可靠性。進一步，仿真模型的結果表明在現有情況下，犀浦站同站臺換乘系統存在乘客流線交叉、設備設施布置不合理等問題，導致成灌鐵路的開行間隔降至20 min以下時，不能滿足乘客換乘需求。在仿真結果基礎上，獲取車站存在的瓶頸，進而提出了同站臺換乘的調整方案，將產生交叉的乘客流線分開，調整了設備設施的位置及數量。多組多場景的實驗結果表明，調整方案使換乘地鐵的單位時間內換乘人數提高至500人以上，換乘鐵路的換乘成功率提高至99%左右，保證成灌鐵路上下行的開行間隔均可壓縮至15 min，驗證了調整方案的可行性與有效性，提高了犀浦站換乘工作組織水平。因此，考慮行車因素的行車客運一體化車站仿真模型，不但可以分析車站運營表現，優(yōu)化站內流線及設備，也能為運營方在編制列車運行圖和開行計劃時，綜合考慮客流量及車站的承載能力等因素，提出有效建議，防止車站的客流壓力過大，指導車站換乘工作組織。下一步要進一步提高考慮行車因素的行車客運一體化車站仿真模型對更多換乘車站的適應性，為其他城市軌道交通車站的換乘組織提供定量分析參考。

[1] WONG R C W, YUEN T W Y, FUNG W W, et al. Optimizing timetable synchronization for rail mass transit[J]. Transportation science, 2008, 42(1): 57-69.

[2] AKSU T D, AKYOL U. Transit coordination using Integer-ratio headways[J]. IEEE transactions on intelligent transportation systems, 2014, 15(4): 1633- 1642.

[3] [zhx33] 黃明華, 瞿何舟, 劉曉波, 等. 換乘導向的軌道交通網絡發(fā)車時間優(yōu)化研究[J]. 西南交通大學學報, 2017, 52(2): 326-333.

[4] SETTI J R, HUTCHINSON B G. Passenger-terminal simulation model[J]. Journal of Transportation Engineering, 1994, 120(4): 517-535.

[5] 陳建宇. 基于Anylogic的成都北站鐵路客流換乘城市軌道交通仿真研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2014.

[6] 張小芳. 市域鐵路與地鐵同站臺換乘的組織條件研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2014.

[7] 陳利紅. 基于Anylogic的城市軌道交通換乘站仿真研究[D]. 西安: 長安大學, 2015.

[8] PU Y S. Capacity analysis of the union station rail corridor using integrated rail and pedestrian simulation[D]. Toronto: University of Toronto, 2017.

[9] HE B S, ZHANG H X, WEN K Y, et al. Machine learning based integrated pedestrian facilities planning and staff assignment problem in transfer stations[C] // Proceedings of the 8thInternational Conference on Railway Operations Modelling and Analysis. Sweden: IAROR, 2019: 579- 600.

[10] 朱子軒, 魯工圓, 何必勝, 等；單線鐵路網絡列車運行智能調度仿真研究[J]. 計算機仿真, 2019, 36(5): 194-201.

[11] 陳偉, 李宗平. 地鐵換乘站設施布局優(yōu)化仿真研究[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2016, 14(2): 110-115.

[12] 丁曉曉. 旅客換乘組織條件下的高速鐵路大型客運站設施布局研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2016.

[13] 劉俊伯. 高速鐵路與城市軌道交通換乘設施通過能力匹配研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2014.

[14] 楊天陽, 朱志國. 基于AnyLogic的地鐵車站通道設施設備規(guī)模與布局分析[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2017, 15(1): 115-121.

[15] 北京市規(guī)劃委員會, 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. GB50157—2013 地鐵設計規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2013.

Simulation Analysis of Passenger Transfer in Rail Transit Stations by Considering Train Operation

HE Bi-sheng1, 4，ZHANG Hong-xiang1，WEN Ke-yu2, 3，LU Gong-yuan1, 4

（1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. School of Economics and Business Administration, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 3. China Railway Economic and Planning Research Institute, Beijing 100038, China; 4. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China）

To improve the capacity of the transfer station and maximize the passengers’ travel convenience, the passenger transfer performance is analyzed by considering a train operation in an integrated rail transit station. In this study, the key indicators of the performance analysis of passenger transfer are proposed to minimize the problems associated with the layout of transfer equipment and infrastructure as well as the passenger transfer flow. A simulation method based on AnyLogic software was developed and applied to a case study of the Xipu station, which is a multimode station which includes an intercity railway system and a metro system. Based on the performance indicators, the bottlenecks of the transfer progress were analyzed. Then, the adjustment measures of the transfer at the platform were implemented after the transfer progress in different train operation scenarios was simulated. This simulation method can be applied to integrated rail transit systems to improve the transfer organization, train operation, and passenger management.

intercity railway; metro system; transfer at the same platform; simulation analysis

1672-4747（2020）02-0047-13

U125

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.006

2019-08-16

國家重點研發(fā)計劃（2017YFB1200700-1）；國家自然科學基金項目（61603317）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金（2682017CX023）；中國鐵路總公司科技研發(fā)項目（2016X008J，J2018Z403，2017X010-K）

何必勝（1986—），男，漢族，湖北漢川人，博士，講師，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理，E-mail：bishenghe@swjtu.edu.cn

聞克宇（1987—），男，漢族，上海人，博士研究生，副研究員，研究方向為客流預測、鐵路運輸經濟，E-mail：wenkeyu@ vip.qq.com

何必勝，張宏翔，聞克宇，等. 考慮行車因素的軌道交通車站換乘仿真分析[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2020, 18（2）：47-58, 67.

（責任編輯：李愈）