郭佳樑 吳哲凌

（中國建筑設(shè)計院有限公司 北京 100044）

引言

隨著地鐵建設(shè)的推廣及快速開發(fā)，越來越多的地鐵車站需要與已建成線路進(jìn)行接駁換乘，考慮新老線路今后共同運營需求，需要在設(shè)計層面對新建地鐵站進(jìn)行客流、運營、消防疏散等方面的模擬分析，對新建車站提出切實可行的改善建議。本文通過對武漢地鐵大智路換乘站進(jìn)行行人仿真模擬分析，利用Legion軟件建立車站空間布局及設(shè)施模型，反映乘客在車站內(nèi)運動規(guī)律。

大智路站是武漢市地鐵1號線、6號線的換乘站，由6號線地下二層和1號線高架一層組成：共有6個進(jìn)出口，其中4個進(jìn)出口位于地下一層、2個進(jìn)出口位于高架層；6號線與1號線換乘客流通過4部超長的自動扶梯相連。

1 研究目標(biāo)及主要工作內(nèi)容

1.1 研究目標(biāo)

在已有的預(yù)測需求基礎(chǔ)上，建立高品質(zhì)的計算機(jī)仿真模型，對車站未來年（2042年）早高峰時段的站內(nèi)乘客的活動進(jìn)行模擬，從而對車站的運行情況進(jìn)行預(yù)判，為建筑方案的詳細(xì)設(shè)計和優(yōu)化提供建議和依據(jù)。

1.2 主要工作內(nèi)容

（1）收集相關(guān)數(shù)據(jù)，對已有的預(yù)測需求數(shù)據(jù)進(jìn)行理性分析，并將其轉(zhuǎn)化為計算機(jī)模型的輸入。

（2）根據(jù)已有初步建筑設(shè)計的方案，對未來年建立高品質(zhì)的行人仿真模型。

（3）獲取重要的模型輸出數(shù)據(jù)、分析圖、視頻演示等方面的資料。主要包括：站臺和站廳層的行人空間使用率圖、密度圖、乘客換乘時間等。

（4）根據(jù)系統(tǒng)仿真測試，分析方案的運營狀態(tài)，提供方案優(yōu)化設(shè)計建議。

（5）對優(yōu)化后的車站設(shè)計方案進(jìn)行仿真，觀察優(yōu)化設(shè)計效果，對需要進(jìn)一步改善的地方提出建議。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

2.1 遠(yuǎn)期高峰小時需求數(shù)據(jù)

根據(jù)收集的早高峰客流需求，如表1所示。

2.2 未來年交通需求矩陣推算方法

需求矩陣可以分為兩個部分：①地鐵的進(jìn)站、出站客流；②地鐵不同線路站臺之間的換乘客流。交通需求矩陣計算過程可以拆分為以下幾個步驟：

第1步：各線路不同站臺進(jìn)、出站客流總量；

第2步：地鐵同線路不同站臺之間的換乘；

第3步：地鐵不同線路之間的換乘；

第4步：各出入口進(jìn)、出地鐵客流總量。

2.3 進(jìn)、出站客流比例

根據(jù)提供的分向客流預(yù)測，四個出入口的分向比例基本都在25%左右，差別不大。

2.4 遠(yuǎn)期早高峰小時需求矩陣

根據(jù)各個進(jìn)出口的客流比例，將早高峰小時的進(jìn)出站總客流分配到每個出入口，得到早高峰小時完成需求矩陣如下。早高峰小時總客流量22324。

表2 大智路站遠(yuǎn)期早高峰小時完成需求矩陣

2.5 列車運營相關(guān)數(shù)據(jù)

根據(jù)提供的資料，模型中對遠(yuǎn)期1、6號線的列車發(fā)車頻率做如下設(shè)定：1號線：30對/h；6號線：30對/h；6號線均為6A編組，1號線采用4節(jié)編組。

3 模型的建立

3.1 模型建立的方法

Legion模型基于設(shè)計單位提供的CAD圖建立。運用現(xiàn)有的最先進(jìn)的計算機(jī)行人模擬軟件Legion Spaceworks建立模型。車站需求基于預(yù)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行的一些假設(shè)（見第2章）來確定。

3.2 模型的主要假設(shè)

計算機(jī)模型的建立，往往需要對一些重要輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的假設(shè)，作為已有數(shù)據(jù)的良好補充。這些假設(shè)依照國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)研數(shù)據(jù)來確定。

本研究中采用的主要假設(shè)有：

（1）購票比例為10%；

（2）自動售票機(jī)的平均交易時間為30s；

（3）閘機(jī)的通過能力采用30人/min；

（4）自動扶梯運行速度為0.6m/s；

（5）自動扶梯的通過能力上行約為110人/min，下行約為95人/min。這個取值是通過對國內(nèi)幾個繁忙的地鐵站點的現(xiàn)場觀測而確定的；

（6）單向/雙向樓梯、通道的通過能力不超過相關(guān)規(guī)范的最大通過能力。

4 模型的輸出數(shù)據(jù)及分析

4.1 模型成果輸出的格式簡介

大智路站Legion模型輸出數(shù)據(jù)的格式主要包括下列形式：

（1）模型運行情況視頻文件。

（2）空間使用率圖。顯示車站內(nèi)部空間被乘客使用的情況。

（3）平均密度圖。顯示車站內(nèi)部空間的平均行人密度，密度越高則色彩越偏紅色，密度越低則越偏藍(lán)色。

（4）最大密度圖。顯示車站內(nèi)部空間瞬時的最大行人密度。

大智路站Legion模擬還采用以下圖表進(jìn)行分析和統(tǒng)計：

（1）換乘時間統(tǒng)計圖，擬對兩條地鐵線路之間的換乘時間進(jìn)行統(tǒng)計。這里換乘時間是指從乘客下車到達(dá)另外一條地鐵線的站臺所需要的時間。

（2）站臺密度圖，主要用來觀察站臺上的服務(wù)水平。

4.2 早高峰小時模型

平均密度圖、最大密度圖如圖1。

4.2.1 空間密度分析

圖1 早高峰小時模型平均密度圖

從圖中可以看出換乘自動扶梯的密度很大，1號線站臺樓扶梯密度很大。

4.2.2 重要換乘自動扶梯通行流率分析

6號線和1號線之間換乘的自動扶梯在高峰時段持續(xù)以通行能力運行，兩部下行自動扶梯的使用率也比較高。

4.2.3 換乘時間統(tǒng)計圖

該處換乘時間是從一站臺的上行扶梯底端出發(fā)，到達(dá)另一站臺的下行扶梯底端行程時間。6號線換1號線約為4min，1號線換6號線的時間約為5min。

5 初步結(jié)論和建議

5.1 初步結(jié)論

整體來說，在未來年高峰小時需求條件下：

（1）進(jìn)出站閘機(jī)數(shù)量能夠滿足未來年預(yù)測客流的需求，未發(fā)現(xiàn)明顯的由于閘機(jī)通行能力不足造成的乘客進(jìn)出站延誤；

（2）站臺樓扶梯數(shù)量能夠滿足未來年預(yù)測客流的需求；

（3）換乘樓梯滿足換乘客流的需求，換乘時間穩(wěn)定。

5.2 方案調(diào)整的建議

地鐵站仿真模擬帶來的優(yōu)化建議主要集中在以下幾個方面：

建議一：擴(kuò)大人行空間卡口

本例中建議去除通道接口區(qū)域的欄桿，擴(kuò)大進(jìn)入接口。

建議二：通道及通廊避免異形結(jié)構(gòu)

換乘通道設(shè)計的過于曲折，造成局部區(qū)域行人擁堵，建議在結(jié)構(gòu)允許的條件下，拉至部分通道。

建議三：合理均勻布設(shè)垂直設(shè)施

目前設(shè)計的垂直設(shè)施布置明顯偏右，建議可以考慮擴(kuò)大付費區(qū)的范圍，并均勻合理布置垂直設(shè)計。

建議四：人流沖突點設(shè)置隔離分流設(shè)施

建議在換乘扶梯的底端放置可移動欄桿（可調(diào)節(jié)長度），分隔對向人流，保護(hù)下電梯的人流，避免沖突。

建議五：結(jié)合垂直設(shè)施及人流方向布設(shè)閘機(jī)

建議調(diào)整6號線站廳北邊三組閘機(jī)，中間的閘機(jī)組為出站閘機(jī)，左右的閘機(jī)組為進(jìn)站閘機(jī)，并結(jié)合閘機(jī)方向布置自動扶梯的上下行方向，以減少交織區(qū)域。

6 最終模型輸出結(jié)果

6.1 最終測試設(shè)計介紹

根據(jù)初步的仿真成果對原設(shè)計方案進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，在這一章節(jié)中將對優(yōu)化方案中所采取的調(diào)整進(jìn)行詳細(xì)的分析。

6.2 最終早高峰小時模型

6.2.1 空間密度分析

圖2 早高峰小時模型平均密度圖

由圖中可以看出，修改后的方案局部改善了擁擠情況，換乘通道上局部的最大密度有明顯改善。并且進(jìn)出流線更加清晰，減少了沖突點和交織區(qū)。

6.2.2 換乘時間統(tǒng)計圖

修改方案的換乘時間穩(wěn)定，6號線換1號線約為4min，1號線換乘6號線時間約為5min。沒有出現(xiàn)明顯的延誤和排隊。

7 結(jié)論

優(yōu)化后的方案能夠基本滿足預(yù)測的未來年早高峰小時客流的使用要求，主要體現(xiàn)在下述方面：

（1）進(jìn)出站閘機(jī)的數(shù)量能夠滿足客流需求，未發(fā)現(xiàn)明顯的由于閘機(jī)服務(wù)能力不足而導(dǎo)致的延誤；

（2）站臺區(qū)域的客流密度，基本保持在合適的密度水平下；

（3）站內(nèi)樓扶梯的通行能力能夠滿足遠(yuǎn)期早高峰小時客流需求；

（4）站廳區(qū)域的平均客流密度基本保持在合適的密度水平。

經(jīng)過改善后的設(shè)計，優(yōu)化了原有的局部沖突區(qū)域，早高峰運行良好，沒有出現(xiàn)大面積的擁擠和排隊，模擬顯示有明顯改善。

[1]張建勛，韓寶明，張繼菁.動態(tài)仿真技術(shù)在城軌交通車站設(shè)計中的應(yīng)用[J].都市快軌，2008，28（1）：37～40.

[2]沈景炎.城市軌道交通客流預(yù)測內(nèi)容和應(yīng)用[J].城市交通，2008，6（6）：9～15，20.

[3]徐俊峰.行人仿真模擬在地鐵換乘站設(shè)計中的應(yīng)用.隧道建設(shè)，2010，30（1）：24～32.

[4]韓麗飛，代 琦，孫小麗.基于Legion的地鐵換乘站客流組織仿真研究——以武漢市軌道交通武昌火車站為例[J].交通與運輸（學(xué)術(shù)版），2015（01）：44～48.