李耿旭，耿 浩，王九州，朱小軍

（天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)研究中心，天津 300092）

地鐵換乘站一般具有客流量大、客流流線復(fù)雜的特點(diǎn)。由于行人運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，在換乘車站設(shè)計(jì)時(shí)，采用定量計(jì)算設(shè)備、設(shè)施能力的方法一般較難預(yù)測(cè)行人實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能產(chǎn)生的沖突點(diǎn)。通過(guò)客流仿真模擬的方法可以更為真實(shí)地找出車站中的沖突點(diǎn)，有助于優(yōu)化車站設(shè)計(jì)。Legion軟件是一款功能齊全、效果良好的行人仿真軟件。吳海燕等[1]使用軟件對(duì)北京地鐵呼家樓站進(jìn)行客流仿真，分析了該站客流密度較大區(qū)域的形成原因及改進(jìn)策略。朱文熙[2]研究了地鐵換乘站服務(wù)設(shè)施特點(diǎn)及服務(wù)規(guī)律，確定了基于Legion軟件的地鐵換乘站服務(wù)設(shè)施配置評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并以蘇州地鐵石湖東路站為例進(jìn)行了相關(guān)研究。王九州等[3]對(duì)地鐵客流仿真應(yīng)用進(jìn)行了介紹并通過(guò)天津地鐵6號(hào)線設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明了客流仿真驗(yàn)證地鐵換乘方式等方面設(shè)計(jì)的合理性。目前Legion軟件較多用于研究換乘站換乘方式優(yōu)化，缺少對(duì)車站整體客流的分析研究。本文使用Legion軟件對(duì)天津地鐵8號(hào)線土城站進(jìn)行客流仿真，綜合車站站廳層、站臺(tái)層及換乘通道處的客流密度數(shù)據(jù)，分析該站行人活動(dòng)區(qū)域內(nèi)客流密度過(guò)大的部分區(qū)域，以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

天津地鐵8號(hào)線土城站與既有地鐵1號(hào)線通道換乘，遠(yuǎn)期預(yù)留與規(guī)劃Z1線通道換乘條件；共3層，地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層為站臺(tái)層。在初步設(shè)計(jì)方案中，車站設(shè)有3組出入口、2個(gè)換乘通道。見圖1。

圖1 土城站初步設(shè)計(jì)方案

2 行人仿真分析

2.1 行人仿真軟件及流程

目前已有多種行人仿真軟件，如Legion、Steps、AnyLogic等。Legion軟件基于智能體理論進(jìn)行行人交通行為特征建模，提出“代價(jià)最小”的理論模型，對(duì)行人與環(huán)境、行人與行人間的交互作用進(jìn)行描述[4]。

Legion軟件主要包括Model Builder及Simulator兩部分。在仿真分析過(guò)程中，將車站的方案設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入Model Builder，設(shè)置站內(nèi)各設(shè)施、設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，輸入客流數(shù)據(jù)，建立仿真模型。使用Simulator可對(duì)建立的模型進(jìn)行仿真模擬，記錄仿真數(shù)據(jù)，通過(guò)輸出不同的圖形、圖表體現(xiàn)仿真結(jié)果。通過(guò)分析輸出數(shù)據(jù)，結(jié)合各類指標(biāo)可分析車站設(shè)計(jì)的不足。

2.2 仿真評(píng)價(jià)指標(biāo)

1）客流密度。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用Legion軟件輸出的平均客流密度圖尋找車站設(shè)計(jì)方案的瓶頸?？土髅芏葓D采用目前國(guó)際上較為通用Fruin服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 服務(wù)水平分級(jí) 人/m2

2）高密度持續(xù)時(shí)間。以2人/m2作為高密度的臨界值，高密度持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)高峰小時(shí)車站內(nèi)最大密度超過(guò)2人/m2的區(qū)域以及持續(xù)時(shí)間。

3）側(cè)站臺(tái)人流密度、站臺(tái)下車乘客疏散時(shí)間是對(duì)站臺(tái)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)。在仿真模擬中，側(cè)站臺(tái)人流密度是一個(gè)變化值，一般情況下會(huì)隨列車的到達(dá)與出發(fā)呈規(guī)律性的波動(dòng)。參考北京地方標(biāo)準(zhǔn)DB 11/995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的評(píng)價(jià)指標(biāo)，側(cè)站臺(tái)人流密度為1.33～2.5人/m2；站臺(tái)下車乘客疏散時(shí)間用相對(duì)列車到達(dá)間隔的疏散時(shí)間來(lái)衡量，以站臺(tái)上下車乘客人數(shù)變化予以體現(xiàn)。本次模擬中，以列車到達(dá)間隔時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)，前一趟列車的乘客在下一趟列車到達(dá)前全部撤離站臺(tái)。

2.3 建模

依據(jù)天津地鐵8號(hào)線一期工程客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，選擇遠(yuǎn)期早高峰1 h進(jìn)行模擬。早高峰1 h的中間20 min作為超高峰，該車站的超高峰系數(shù)為1.25。

以8號(hào)線車站的各出入口、8號(hào)線與1號(hào)線的換乘通道和8號(hào)線的列車為客流的生成與消失點(diǎn)建立OD客流矩陣。行人活動(dòng)區(qū)域有站廳層與站臺(tái)層，因此只建立這兩層的仿真模型。

2.4 仿真結(jié)果

不包括樓扶梯區(qū)域，站廳層的平均客流密度基本處于1.076人/m2以下，整體可接受；但在2號(hào)換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處，有較大區(qū)域平均客流密度超過(guò)了1.076人/m2，可能會(huì)造成換乘通道內(nèi)的客流流線不流暢。見圖2。

圖2 土城站設(shè)計(jì)方案平均密度

2號(hào)換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處客流密度超過(guò)2人/m2的時(shí)間達(dá)到了15 min以上，因此認(rèn)為有產(chǎn)生客流擁堵的可能性。見圖3。

圖3 土城站設(shè)計(jì)方案高密度持續(xù)時(shí)間

分析側(cè)站臺(tái)人流密度數(shù)據(jù)，上下行雙側(cè)站臺(tái)人流密度最高不超過(guò)0.9人/m2，站臺(tái)的客流密度滿足相關(guān)指標(biāo)要求，同時(shí)通過(guò)扶梯的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看出，站臺(tái)上的乘客均在下一趟列車到達(dá)之前全部撤離站臺(tái)，表明站臺(tái)的能力可滿足要求。

3 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化及仿真

3.1 優(yōu)化方案

分析初步設(shè)計(jì)方案的仿真結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際情況，重點(diǎn)對(duì)站廳層方案進(jìn)行優(yōu)化。

分析2號(hào)換乘通道轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生較大客流密度的原因：通過(guò)D出入口進(jìn)出站及通過(guò)2號(hào)換乘通道與既有1號(hào)線換乘的客流均需通過(guò)此處的樓扶梯，客流量相對(duì)較大；同時(shí)此處上下行扶梯相鄰布置，上下行的客流流線在此轉(zhuǎn)角處聚集交叉。

針對(duì)此處客流密度較大情況，調(diào)整樓扶梯布置方式，將兩個(gè)扶梯分開，樓梯布置在兩個(gè)扶梯中間，減少扶梯上下行客流的聚集。將原設(shè)計(jì)方案中的人工售票及進(jìn)站檢票閘機(jī)調(diào)整至遠(yuǎn)離樓扶梯口的位置，避免進(jìn)站客流與換乘客流直接在樓扶梯口處產(chǎn)生交叉。對(duì)換乘通道的轉(zhuǎn)角處進(jìn)行切角處理，使此處的客流流線更加順暢。客流易在上行扶梯口處產(chǎn)生高密度，其原因是乘客在出扶梯后會(huì)直接在扶梯口處選擇路徑，因此在扶梯口處增加欄桿引導(dǎo)乘客，使其出扶梯后繼續(xù)往前移動(dòng)。見圖4。

圖4 土城站優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案

3.2 優(yōu)化方案仿真

對(duì)優(yōu)化后方案進(jìn)行仿真模擬。2號(hào)換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處客流密度＜1.076人/m2，說(shuō)明采取的優(yōu)化措施有效。見圖5。

圖5 土城站優(yōu)化后方案平均密度

2號(hào)換乘通道與站廳的連接轉(zhuǎn)角處超過(guò)2人/m2的時(shí)間不超過(guò)15 min，是可接受的。見圖6。

圖6 土城站優(yōu)化后方案高密度持續(xù)時(shí)間

綜上所述，對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化能夠滿足需求，客流流線更加順暢，提高服務(wù)水平。

4 結(jié)語(yǔ)

本文僅對(duì)8號(hào)線車站進(jìn)行模擬，不包括既有1號(hào)線車站部分，后期研究可考慮將1號(hào)線車站也納入到仿真模型中，不僅可以分析新線開通后對(duì)已運(yùn)營(yíng)線路客流組織情況的影響，還可以對(duì)整個(gè)車站的客流情況進(jìn)行分析，有助于設(shè)計(jì)的整體考慮。