基于Anylogic仿真技术的城市轨道交通车站站厅布局优化研究

李荣

(西安交通工程学院,交通运输学院,陕西,西安 710300)

0 引言

城市轨道交通作为城市公共交通的重要组成结构,以其大载量、快速、准时、安全、污染少、占用道路资源少等优点,快速地成为各大城市迫切解决交通拥堵问题的首选方式[1]。然而,尽管城市轨道交通具有诸多优点,但是如果城市轨道交通站厅结构及设备设施布置不合理,就会造成车站站厅更加拥堵,乘客乘车效率低下,乘车体验不佳,进一步对轨道交通整体运营服务质量造成更加恶劣的影响[2]。后期对站厅层进行改造又是一项巨大工程,若改造不合理不仅费时费力还会造成资源的浪费。所以需要使用Anylogic仿真技术对优化方案进行模拟,这样就能提高方案的可执行性,为方案的执行进一步提供有利的数据支持[3]。站厅布局优化可以提高乘客的乘车效率,为提升我国轨道交通服务质量提供更加进步的技术指导[4]。

1 韦曲南站情况概述

韦曲南站作为西安地铁2号线南段的最后一个车站,坐落于长安区南长安街与规划路的十字交口,2014年6月16日,2号线南段(会展中心站至韦曲南站)开通运营[5]。本站一共有4个出入口,已有3个出入口投入使用。站台为岛式站台,总建筑面积10 305 m2,全长为 120 m[6]。车站设备设置情况如表1所示。

表1 韦曲南站AFC设备数量

韦曲南站作为2号线终点站,客流量较大,日均客流量达74 674人次。早晚高峰期时段进出站客流差异明显,早高峰时间段一般在8:00到9:30之间,平均每小时进站客流为3150人/小时,出站客流为1180人/小时。晚高峰时间段一般在17:30到19:30之间,平均每小时进站客流为2680人/小时,出站客流为3220人/小时。

2 仿真建模

Anylogic软件的行人库建模包含两部分内容:环境建模和行为建模[7]。行人库的仿真建模流程如下:① 环境建模。环境建模时单位的换算比例:1米=10像素。用面板中行人库里的各种工具来描绘出韦曲南站乘客的活动范围,并且可以改变不同的属性进而改变他们的外形、位置和大小[8];再使用三维物体中的工具描绘出韦曲南站的进出站闸机、自动售票机、安检机、自动扶梯、售票厅等设备,并通过属性设置他们的大小、颜色、位置等;然后使用行人库中的“目标线”对行人的进出位置进行设置[9];最后使用行人库中的“服务线”设置进出站闸机、自动售票机、安检机、售票厅的服务层数、服务数、队列数等属性。② 行人建模。使用行人库中的“模块”设置行人的行为步骤,可以通过属性设置行人到达速率、服务队列、服务的延迟时间等。韦曲南站附近居民小区较多且B、D两个出入口附近设有多个公交站台,在设置行人达到速率参数时还需考虑韦曲南站周围环境及其他交通方式的影响,不同出入口行人到达速率均不相同,结合实地情况,A出口行人到达速率设置为750人/小时、B出口行人到达速率设置为1350人/小时、D出口行人到达速率设置为1050人/小时。服务队列按照实际设备数量设置。不同设备的服务延迟时间也不同,如安检设备的服务延迟时间设置为2～3 s,进站和出站闸机的服务延迟时间设置为2.3～3.6 s,自动售票机的服务延迟时间设置为15～30 s.韦曲南站站厅层的环境建模如图1所示。

3 问题分析

在仿真运行到10 min 时,韦曲南站站厅层的客流密度如图2所示。从图2可以看出,站厅层部分区域已经能够观察到有比较严重的拥堵出现,降低了乘客乘车效率,对其通过能力造成了比较大的影响。拥堵主要出现在安检处、左侧售票厅前侧、自动扶梯口和各出入口。

图2 优化前韦曲南站站厅层客流密度

行人的年龄段不同、性别不同和携带行李的大小、重量、数量的不同等因素,都会影响行人过安检的速度,例如男性的步行速度一般为1.34 m/s,女性的步行速度一般为1.28 m/s[10];携带大件行李的乘客,过安检的时间比一般乘客多5～10 s。通过仿真模拟也可以观察到在D 口人流量还比较小的时候,安检部位已经有了排队拥挤的现象[11-12]。因此可以预见,拥挤现象会随着客流量的不断增加而变得愈发严重,最终对韦曲南站进站通行造成更加严重的影响。

西侧售票厅前侧处的堵塞是由B口乘车客流和出站客流对冲造成的。东侧非付费区售票厅前侧人流量大,但对进出站并没有造成影响。因此,客流量大并不会对人员通行造成很大影响,而人流对冲会对人员通行造成巨大的影响。

A 口、B 口、D口处均产生了不同程度的堵塞现象,主要是因为进出站客流产生冲突导致。

南侧两边上行自动扶梯处出现拥堵现象,主要是因为乘客到站时间相对集中,一时间涌出大量乘客,通过自动检票机需要一定时间,导致拥堵情况的出现[13]。因此可以预见,随着客流量的增加,自动检票机处的排队情况会越来越严重,成为影响进站的另一个关键因素。

4 优化方案与评价

4.1 优化方案

根据韦曲南站站厅层的实际情况,本着节约资源、减少站厅拥堵的目的,已经建成的站厅无法进行大幅度的整修,只能增加少许设备或者更改现有设备的位置,由此提出以下优化建议:① 更改进站闸机的位置,将之前一排的进站闸机分置两侧,以增加付费区的面积;② 增加一出站检票口,将原来进站检票机位置向外移动,改成出站检票位置,这样可以减少站内客流冲突;③ 将原来安检机里侧的部分自动售票机搬至外侧,可增加站厅非付费区的利用率。具体优化方案如图3所示。

4.2 优化方案评价

优化方案的评价主要从优化前后客流密度对比、优化前后站厅人数和优化前后乘客进出站时间这三个方面进行,

(1) 优化前后客流密度对比

优化后韦曲南站站厅层的客流密度如图4所示,与优化前站厅层的客流密度相比较,优化后的客流密度明显下降,且高密度点明显减少。主要因为优化增加了付费区的面积并增加了一检票出口,这样可以减小站厅内客流冲突,充分利用站厅层的有效面积。

图4 改造后韦曲南站站厅层客流密度

(2) 优化前后站厅人数对比

在相同客流量和站厅层的面积,在仿真到10 min时,优化前地铁站厅层人数为187人,优化后地铁站厅层人数为157人。如图5所示,人数减少,预示拥挤度降低。

图5 优化前后站厅层人数

(3) 优化前后进出站平均用时对比

在相同客流量的情况下,在仿真进行10 min后,优化前乘客进站乘车平均用时221.54 s,出站平均用时166.29 s,如图6所示。优化后,乘客进站乘车平均用时207.69 s,比优化前节省13.85 s,出站平均用时156.88 s,比优化前节省9.41 s,如图7所示。乘客进出站用时均在不同程度上减少,侧面乘客乘车效率提升。

图6 优化前旅客进出站平均用时

图7 优化后旅客进出站平均用时

5 总结

直接进行对地铁站站厅层进行改造,有可能会产生资源的浪费。若使用Anylogic仿真技术先对优化方案进行模拟,可以提高优化方案的可执行性,有效避免资源的浪费。仿真结果表明,增大了付费区面积、增加安检设备、改变进出站闸机设置和量位置等可以缓解站厅付费区拥挤,使得站厅层内客流分布密度更加均匀,减少了客流线路对冲点,使得客流线路变得更加通畅,从而减轻进出站客流冲突的压力。