趙光華 張廣厚

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院1） 北京 100082）

（北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2） 北京 100022）

0 引 言

發(fā)展以軌道交通為骨干、地面公交為主體、多種交通方式相互協(xié)調(diào)的綜合客運(yùn)體系是我國大城市解決日益嚴(yán)重的交通問題的關(guān)鍵．交通樞紐作為不同交通方式、不同方向客流的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，在復(fù)雜而多元化的城市交通系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用［1］．設(shè)計(jì)方便、快捷的綜合交通樞紐行人運(yùn)動(dòng)空間，科學(xué)、合理地組織各交通方式間客流換乘，可以提高樞紐站運(yùn)營管理水平和旅客服務(wù)質(zhì)量．

近年來，隨著城市交通樞紐地位的日益增強(qiáng)，有關(guān)城市交通樞紐仿真方面的研究也越來越多，主要包括：北京交通大學(xué)的張建勛等人，利用VISSIM軟件對地鐵樞紐客流進(jìn)行微觀仿真分析；北京工業(yè)大學(xué)，利用Legion行人仿真軟件對奧運(yùn)場館周邊地鐵站觀眾到達(dá)／離開進(jìn)行微觀仿真分析．總的來說，利用計(jì)算機(jī)仿真研究樞紐交通問題越來越受到重視．本文利用英國Legion Studio 2006步行人流模擬軟件為平臺(tái)，對北苑樞紐內(nèi)部行人交通組織與空間換乘情況進(jìn)行了仿真模擬研究．

1 北苑交通樞紐概述

北苑交通樞紐位于北京城中心區(qū)的北部，昌平區(qū)北苑邊緣集團(tuán)（天通西苑）的北側(cè)，與現(xiàn)狀地鐵5號線終點(diǎn)站天通苑北站相接，是一處集地鐵、長途汽車、公共汽車、快速公交、出租汽車、小汽車等多種交通方式于一體的綜合客運(yùn)樞紐［2］．

圖1 北苑樞紐位置示意圖

2 微觀行人交通仿真技術(shù)

2．1 Legion行人交通仿真軟件

英國Legion公司開發(fā)的Legion Studio 2006步行人流模擬軟件，目前被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是最有效的行人仿真與分析工具，廣泛用于交通樞紐、地鐵車站、奧運(yùn)場館、機(jī)場和大型活動(dòng)等人流聚集區(qū)域的步行人流模擬．該技術(shù)在2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)、2004年雅典奧運(yùn)會(huì)、2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2012年倫敦申奧、紐約地鐵規(guī)劃和香港地鐵站規(guī)劃等項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用，收到了非常好的效果，得到了國際奧委會(huì)及業(yè)內(nèi)專家的充分認(rèn)可和肯定．

Legion人流模擬軟件，由 Model Builder，Simulator和Analyser 3個(gè)應(yīng)用模塊組成，具有直觀友好的可視化人機(jī)交互界面，軟件模擬系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和圖形輸出接口，能夠獲得人流密度、步行時(shí)間、觀眾輸散時(shí)間、最大排隊(duì)長度、最大等候時(shí)間等分析數(shù)據(jù)．

行人仿真測試工作步驟見圖2．

圖2 行人仿真測試工作步驟圖

2．2 行人仿真建模關(guān)鍵參數(shù)

行人需求數(shù)據(jù)是行人仿真建模的基礎(chǔ)．根據(jù)調(diào)查交通樞紐上下班高峰時(shí)段行人到達(dá)量分布數(shù)據(jù)積累，歸納、總結(jié)相關(guān)地鐵車站需求數(shù)據(jù)規(guī)律．行人仿真建模關(guān)鍵參數(shù)，見表1．

表1 行人仿真建模關(guān)鍵參數(shù)列表

2．3 仿真結(jié)果分析與評價(jià)

Legion仿真模擬系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和圖形輸出接口，能夠獲得人流密度、步行時(shí)間、觀眾疏散時(shí)間、最大排隊(duì)長度、最大等候時(shí)間等分析數(shù)據(jù)，同時(shí)，也可以輸出行人活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的人流密度分布和最大密度的持續(xù)時(shí)間分布等直觀圖形，仿真輸出結(jié)果如表2所示，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及規(guī)定，對行人空間進(jìn)行密度、步行速度、步行時(shí)間以及應(yīng)急疏散時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)．

表2 仿真輸出結(jié)果分析表

3 北苑交通樞紐行人仿真模擬

在本文的研究中，對現(xiàn)有地鐵天通苑北站進(jìn)行仿真分析，仿真輸出結(jié)果驗(yàn)證了天通苑北站現(xiàn)況的站臺(tái)、樓梯、進(jìn)出站閘機(jī)服務(wù)水平無法滿足遠(yuǎn)期交通功能的需求，需要對車站的相應(yīng)部分進(jìn)行改造．對北苑樞紐設(shè)計(jì)方案運(yùn)用仿真手段進(jìn)行驗(yàn)證，得到樞紐設(shè)計(jì)方案行人密度均在E級以上服務(wù)水平，各類設(shè)施通行能力滿足換乘及運(yùn)營需求．

3．1 地鐵天通苑北站仿真分析

圖3 現(xiàn)況天通苑北站站仿真最大人流密度圖

依據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》、Fruin的行人服務(wù)水平評價(jià)體系［3］，以及北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《公共汽電車場站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，站臺(tái)、樓梯設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到D級以上服務(wù)水平［4］．如圖3所示，天通苑北站現(xiàn)況的站臺(tái)、樓梯、進(jìn)出站閘機(jī)服務(wù)水平無法滿足遠(yuǎn)期交通功能的需要，最大密度圖中灰度區(qū)域表示部分樓梯、站臺(tái)服務(wù)水平已接近F級．在這種狀況下，行人行走、等候過程中感覺極不舒適，存在安全隱患，因此需要對車站的相應(yīng)部分進(jìn)行改造．

3．2 北苑樞紐設(shè)計(jì)方案仿真分析

3．2．1 仿真區(qū)域 仿真區(qū)域主要為北苑樞紐一層、二層換乘大廳，見圖4．面積約23 700 m2．

3．2．2 仿真基本參數(shù)設(shè)置及標(biāo)定

表3 地鐵站行人設(shè)施的參數(shù)表

地鐵站內(nèi)行人步速，為了使Legion軟件更好地適應(yīng)中國地區(qū)項(xiàng)目的需要，項(xiàng)目組對北京多個(gè)地鐵站及樞紐采集了大量的中國行人實(shí)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，在此基礎(chǔ)上對Legion模型行人步速進(jìn)行了標(biāo)定，確定了中國行人的一些重要參數(shù)值，并與國外相關(guān)研究得到的參數(shù)值進(jìn)行了對比．例如：地鐵站內(nèi)封閉空間調(diào)查結(jié)果表明，中國行人自由流速度大致為1．3 m／s，比美國ITE推薦的1．2 m／s略高；地鐵站內(nèi)樓梯上下行乘客速度統(tǒng)計(jì)，速度均值上行為0．73 m／s，下行為0．77 m／s，均與國外相關(guān)測試結(jié)果相當(dāng)．

3．2．3 仿真結(jié)果與分析 輸出仿真測試界面如圖4所示，行人最大密度見圖5．依據(jù)Fruin的行人運(yùn)動(dòng)、等候區(qū)域服務(wù)水平評價(jià)體系，換乘樞紐內(nèi)部行人密度均在E級以上服務(wù)水平，各類設(shè)施通行能力基本滿足換乘需要，設(shè)施之間銜接有序，沒有較為明顯的擁堵區(qū)域，高峰小時(shí)期間，樞紐內(nèi)部行人空間整體運(yùn)行效果良好．

圖4 仿真測試圖

圖5 樞紐空間行人最大密度圖

本文簡要列舉樞紐地鐵站西側(cè)站臺(tái)及北樓梯分析圖表情況．

如圖6為樞紐地鐵站西側(cè)站臺(tái)等候區(qū)密度情況，等候區(qū)行人最大密度為1．25人／m2，大于D級服務(wù)水平，整體情況良好，但由于局部點(diǎn)人群聚集，造成站臺(tái)乘客分布不均勻，局部區(qū)域密度偏大．建議在早高峰期間適量增加工作人員對乘客進(jìn)行引導(dǎo)，避免乘客積聚．

圖7為樞紐北側(cè)站臺(tái)密度情況，樓梯處行人最大密度為1．6人／m2，處于E級服務(wù)水平以上，沒有明顯的擁堵現(xiàn)象，基本滿足早高峰期間大量公交乘客的換乘需要，樓梯與公交站臺(tái)、進(jìn)口閘機(jī)之間的銜接良好．

圖6 西側(cè)站臺(tái)等候區(qū)密度組成圖

圖7 北側(cè)樓梯密度組成圖

4 結(jié)束語

本研究對北京北苑交通樞紐方案設(shè)計(jì)內(nèi)部行人空間的微觀人流仿真建模與分析，介紹了北苑樞紐方案設(shè)計(jì)概括及現(xiàn)狀天通苑北站基本情況，以及Legion行人交通仿真技術(shù)及微觀行人仿真搭建流程．在此基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有地鐵天通苑北站和北苑樞紐設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真分析，仿真輸出結(jié)果驗(yàn)證了天通苑北站現(xiàn)況部分設(shè)施服務(wù)水平無法滿足遠(yuǎn)期交通功能的需求，以及樞紐設(shè)計(jì)方案行人密度均在D級以上服務(wù)水平，各類設(shè)施通行能力滿足換乘及運(yùn)營需求．

通過對綜合交通樞紐進(jìn)行人流仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)樞紐設(shè)計(jì)方案人流系統(tǒng)、換乘系統(tǒng)、不同交通設(shè)施的問題和不足，幫助相關(guān)人員從設(shè)施設(shè)計(jì)和運(yùn)營方面做出相應(yīng)的改進(jìn)．隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國際交通工程界的推廣，微觀人流仿真作為一種有效的研究方法［5］，將更好地為綜合交通樞紐規(guī)劃與設(shè)計(jì)相關(guān)工作提供有力的技術(shù)支持分析策依據(jù)．

［1］史建港．大型活動(dòng)行人交通特性研究［D］．北京：北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2007．

［2］北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院．北苑客運(yùn)交通樞紐設(shè)計(jì)方案［Z］．北京：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，2008．

［3］Fruin J J．Pedestrian and planning design［M］．New York：Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners，United States，1971．

［4］Davis A L．Managing large events and perturbations at stations．passenger flow modeling technical review RS021／R．03［R］．Rail Safety and Standards Board，2003．

［5］商 蕾．城市道路交通流仿真系統(tǒng)研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2010，34（3）：587－590．