楊德明 楊 麗 馬愛芳

(1.深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計研究中心有限公司 廣東 深圳 518021;2.深圳市地鐵集團有限公司 廣東 深圳 518026)

1 研究背景

2011年6月，深圳地鐵二期工程正式建成通車，正式邁入網(wǎng)絡(luò)化運營時代，軌道交通里程共計約178 km，設(shè)站131座，其中13座換乘站。目前深圳地鐵運營線路情況如圖1所示。

2 仿真手段

2.1 仿真目標(biāo)

通過地鐵網(wǎng)絡(luò)化運營仿真要達到以下目標(biāo):

1)運能匹配。通過模擬、優(yōu)化各線的運營計劃，使線路間運能配置均衡，并對每條線路的運用車數(shù)(配車數(shù))、高峰小時列車開行對數(shù)等提出建議。

2)首末班車協(xié)調(diào)。通過協(xié)調(diào)各線的首末班車開行時刻，確保首班車進城方向和末班車出城方向的大部分乘客能順利抵達目的站。

3)換乘站列車時刻協(xié)調(diào)。通過網(wǎng)絡(luò)運營協(xié)調(diào)，優(yōu)化換乘站列車到發(fā)時刻，避免乘客在站臺發(fā)生擁堵，提高運營服務(wù)水平。

2.2 仿真手段及作業(yè)流程

此次研究選取的兩款仿真工具分別是網(wǎng)絡(luò)化行車仿真軟件Opentrac和車站行人仿真工具Legion。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)化行車仿真工具

圖1 深圳地鐵運營線網(wǎng)

Opentrac來源于20世紀(jì)90年代中期瑞士聯(lián)邦研究院(Swiss Federal Institute of Technology)。在軌道交通應(yīng)用中，采用面向?qū)ο蟮乃枷耄瑩碛杏押玫挠脩艚缑?，主要用來解決軌道交通運營仿真問題。Opentrac廣泛應(yīng)用于軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的需求分析與規(guī)劃、線路和車站的運營能力分析、列車牽引分析、構(gòu)建列車時刻表并分析其適應(yīng)性和魯棒性、多種信號系統(tǒng)分析(如離散阻塞系統(tǒng)和移動閉塞系統(tǒng)等)、系統(tǒng)故障和延遲模擬分析［1］。

2.2.2 車站行人仿真工具

英國Legion公司開發(fā)的Legion Studio 2006行人模擬軟件，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、奧運場館、機場和大型活動等人流聚集區(qū)域的步行人流模擬。Legion仿真模擬系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)和圖形輸出接口，能夠獲得人流密度、步行時間、乘客疏散時間、最大排隊長度、最大等候時間等分析數(shù)據(jù)。同時，也可以輸出行人活動區(qū)域內(nèi)的人流密度分布和最大密度的持續(xù)時間分布等直觀圖形。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及規(guī)定，對行人空間密度、步行速度、步行時間以及應(yīng)急疏散時間等指標(biāo)進行評價［2］。

2.2.3 作業(yè)流程

鑒于以上兩種仿真系統(tǒng)在地鐵運營仿真方面的優(yōu)勢，本研究采取這兩種仿真手段對深圳地鐵網(wǎng)絡(luò)進行模擬，采用的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 仿真作業(yè)流程

3 線網(wǎng)及車站仿真

地鐵網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是開展仿真工作的基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括深圳地鐵網(wǎng)絡(luò)(車站及線路)組成、配車數(shù)、列車運營特征、開行計劃及發(fā)車對數(shù)、客流分析(全日及高峰)等方面(如表1～表3所示)。

表1 深圳地鐵網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成基本特征

3.1 網(wǎng)絡(luò)客流預(yù)測

通過對深圳地鐵全網(wǎng)5條線的客流分析，預(yù)計2012年6月至年底，全網(wǎng)出行量達到180.7萬人次/d，客運強度為 1.43萬人次/km，全網(wǎng)客運量達到255.9萬人次/d，詳細(xì)客流預(yù)測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 深圳地鐵2012年底全網(wǎng)客流預(yù)測

3.2 網(wǎng)絡(luò)行車仿真

網(wǎng)絡(luò)行車仿真就是將線路、車輛及設(shè)備特征數(shù)字化，模擬列車在網(wǎng)絡(luò)中運行的實際情況，進而判斷網(wǎng)絡(luò)化運營列車開行計劃及運營服務(wù)水平的優(yōu)劣，并提出相關(guān)措施，以優(yōu)化列車運能與客流的匹配度，從而提高網(wǎng)絡(luò)化運營的服務(wù)水平。

下面主要從運能匹配、首末班車協(xié)調(diào)及換乘站協(xié)調(diào)三方面進行優(yōu)化。

1)優(yōu)化各線的運營計劃，使線路間運能配置均衡，并優(yōu)化每條線路的運用車數(shù)、高峰小時列車開行對數(shù)。

2)確保大部分對外客流(口岸、火車站、機場等)和市郊往市區(qū)的通勤客流能及時搭乘軌道交通并順利抵達目的地，首班車換乘其他線路主要方向的等待時間盡量不大于20 min。

3)在換乘站優(yōu)先滿足骨干線路的換乘，使換乘條件差的車站以及換乘客流大的方向換乘匹配，同時根據(jù)換乘客流的大小，確定換乘方向的優(yōu)先順序。

通過對配車、客流需求、運營計劃等情況下的仿真分析(見表3)可知:

表3 深圳地鐵網(wǎng)絡(luò)化開行計劃

1)1、2號線的配車數(shù)和運營計劃均可滿足運能要求;

2)3號線配車數(shù)尚缺7列，運營計劃缺少8.7對/h的運能;

3)4號線配車數(shù)尚缺10列，運營計劃缺少8.7對/h的運能;

4)5號線配車數(shù)滿足運能要求，運營計劃尚缺0.7對/h的運能。

建議增設(shè)備車，密切監(jiān)控大站周邊及網(wǎng)絡(luò)重要換乘節(jié)點的客流情況，隨時調(diào)度備車上線，疏散客流。

3.3 車站行人仿真

開展車站客流仿真分析，主要是為評估車站設(shè)施布局及客流組織是否合理，提出車站設(shè)施布局和客流組織的改善建議。在已有的預(yù)測需求基礎(chǔ)上，使用計算機行人模擬軟件Legion，建立高品質(zhì)的計算機仿真模型［3-4］，充分反映研究時段內(nèi)的站點運營狀況，來對高峰時段站內(nèi)乘客的常規(guī)活動進行模擬，從而對車站的運行情況進行預(yù)判。

3.3.1 車站客流預(yù)測

1)車站出入口客流分布。分析車站出入口客流分布與周邊人口及就業(yè)崗位數(shù)量之間的關(guān)系(見圖3)，可以得出以下關(guān)系:

圖3 車站出入口的人口與崗位分布

晚高峰進站客流與周邊就業(yè)崗位正相關(guān);出站客流與周邊居住人口和商業(yè)就業(yè)崗位正相關(guān);早高峰進站客流與周邊居住人口正相關(guān);出站客流與周邊就業(yè)崗位正相關(guān)。

2)車站出入口客流時變特征。分析高峰時段進站客流隨時間變化的規(guī)律，為客流輸入提供依據(jù)，進站客流工作日晚高峰呈先增后減趨勢，周末晚高峰呈遞減趨勢。

3)換乘客流時變特征。分析高峰時段換乘客流隨時間變化的規(guī)律，為客流輸入提供依據(jù)，換乘客流呈現(xiàn)與進站客流基本相同的時變特征。

4)車站內(nèi)客流OD分布特征。為仿真時車站內(nèi)的客流流向分析提供依據(jù)。

3.3.2 仿真參數(shù)與評價指標(biāo)

為了使Legion軟件更好地適應(yīng)中國地區(qū)項目的需要，在地鐵站及其他各類地點采集了大量的中國行人實測數(shù)據(jù)，并進行了統(tǒng)計分析。在此基礎(chǔ)上，對Legion模型進行標(biāo)定，從而實現(xiàn)了模型的中國本土化。通過模型標(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)值進行了對比［5-6］。

1)車站設(shè)施及行人仿真參數(shù)。通過對地鐵車站服務(wù)設(shè)施調(diào)查統(tǒng)計及行人特征分析，得出仿真所需參數(shù)，如表4所示。

表4 車站設(shè)施及行人仿真參數(shù) s

2)評價指標(biāo)。選取客流密度作為評價指標(biāo)，即單位面積內(nèi)乘客的數(shù)量，評價標(biāo)準(zhǔn)參照地鐵設(shè)計規(guī)范與其他城市的經(jīng)驗制定(見圖4)。

圖4 地鐵車站客流仿真評價指標(biāo)

3.3.3 車站仿真分析

選取深圳地鐵車站客流最多的老街站進行仿真模擬，老街站位于深圳商業(yè)繁華地區(qū)，為1號線和3號線的換乘車站，也是內(nèi)地第1個同站臺換乘車站，客流大，換乘客流特征明顯且比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)混亂，老街站的客流預(yù)測如表5所示。

表5 老街站客流預(yù)測 人次/h

通過legion仿真軟件的模擬，得到車站站廳的客流擁擠度分析及站臺客流密度變化(見圖5～圖6)。

圖5 老街站站廳客流擁擠度分析

圖6 老街站站臺客流密度變化

輸出仿真測試界面及行人最大密度如圖6所示，依據(jù)Fruin的行人運動、等候區(qū)域服務(wù)水平評價體系，老街站內(nèi)部總體行人密度均在E級以上服務(wù)水平，各類設(shè)施通行能力基本滿足車站旅客乘降及換乘需要，設(shè)施之間銜接有序，在高峰期間，3號線東行站臺以及換乘扶梯處擁堵區(qū)域較為明顯，需要采取特殊的客流組織方案。

3.3.4 客流組織建議

從圖6可以看出，老街站在早高峰時段的整體運行狀況良好，B3、B4層出站及換乘樓扶梯口會出現(xiàn)短時擁擠，可自行消散;北側(cè)出站閘機前會出現(xiàn)排隊現(xiàn)象，排隊時長較短。晚高峰3號線東行站臺乘客滯留嚴(yán)重，站臺最大密度超過4人/m2，滯留乘客數(shù)量超過4000人，必須采取一定措施，以減少站臺乘客數(shù)量?？紤]到3號線有較好的開行小交路條件，建議在高峰時段加大關(guān)鍵區(qū)間的行車密度。

4 結(jié)語

地鐵成網(wǎng)運營以后，各條線路的運營必須符合網(wǎng)絡(luò)化運營的整體技術(shù)要求，單線或單站一旦出現(xiàn)運營的問題，將會波及整個網(wǎng)絡(luò)。本研究利用數(shù)字模擬技術(shù)，模擬深圳地鐵網(wǎng)絡(luò)化運營的實際情況，建立評價指標(biāo)體系，對網(wǎng)絡(luò)化運營水平進行評價。根據(jù)評價結(jié)果，判斷網(wǎng)絡(luò)化運營存在的問題，并提出改善建議，這將更好地為地鐵規(guī)劃、設(shè)計、運營等工作提供有力的技術(shù)支持。

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