穆禮彬 吳改選

摘 要：城市軌道交通是城市公共交通的重要組成部分，有效緩解了地面交通擁堵的現(xiàn)狀。由于軌道站內(nèi)存在流線交叉等問(wèn)題，高峰時(shí)期極易出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，因此對(duì)車站的交通組織進(jìn)行優(yōu)化顯得很有必要。本文分析了MassMotion仿真平臺(tái)的特點(diǎn)及仿真實(shí)現(xiàn)的具體步驟，確定了可用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并總結(jié)了軌道站交通組織優(yōu)化的基本方法。運(yùn)用優(yōu)化方法中的空間分離優(yōu)化，以重慶軌道交通兩路口站為研究對(duì)象，結(jié)合單日高峰時(shí)間段17：30-19：30的實(shí)際客流情況，利用MassMotion仿真軟件實(shí)現(xiàn)了兩路口站的物理設(shè)施和乘客運(yùn)行動(dòng)態(tài)的模擬重現(xiàn)，依據(jù)平均密度等指標(biāo)評(píng)價(jià)交通組織現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)車站系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出優(yōu)化方案，并評(píng)價(jià)優(yōu)化后的效果。通過(guò)文中提出的方案進(jìn)行交通組織優(yōu)化后，站廳站臺(tái)交通擁堵得到一定緩解。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通車站;行人仿真;交通組織優(yōu)化;MassMotion軟件

0 引言

城市軌道交通是一種快捷、舒適、大運(yùn)量的交通方式。而軌道交通車站作為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的重要運(yùn)營(yíng)節(jié)點(diǎn)，是乘客完成城市內(nèi)部出行的主要場(chǎng)所，與旅客有關(guān)的進(jìn)出站服務(wù)、站內(nèi)的流線引導(dǎo)，都是在軌道交通車站內(nèi)完成的[1]。因此，做好軌道車站交通組織優(yōu)化，有利于提高車站的工作效率，緩解高峰期車站內(nèi)部的交通擁堵現(xiàn)象。

目前城市軌道交通車站交通組織優(yōu)化的研究主要采用兩種手段。一是基于傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行流線預(yù)測(cè)，如周楠、殷守革利用時(shí)間序列理論對(duì)乘客在站廳內(nèi)的分形規(guī)則進(jìn)行分析， 再基于隨機(jī)均衡的客流動(dòng)態(tài)分配完成流向軌道交通車站組織的策略[2];陳慧等人從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)研究車站客流控制策略優(yōu)化方法，對(duì)車站客流流動(dòng)及控制進(jìn)行研究，引入客流控制系數(shù)，構(gòu)建車站客流控制模型[3]。二是基于仿真軟件平臺(tái)的使用進(jìn)行預(yù)測(cè)，如傅志妍等人基于 Anylogic 軟件平臺(tái)，提出行人自組織行為、行李攜帶狀況和服務(wù)與等待過(guò)程模擬的實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)重慶軌道交通南坪站進(jìn)行仿真建模，尋找車站系統(tǒng)的瓶頸點(diǎn)并提出改進(jìn)措施[4];李景瑞基于行人交通特性、軌道交通換乘車站建筑結(jié)構(gòu)以及高峰時(shí)段客流特點(diǎn)，結(jié)合大型換乘車站實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，提出分區(qū)換乘的大客流疏運(yùn)組織方法，提出并建立了基于LEGION仿真技術(shù)的高峰時(shí)段大客流疏運(yùn)組織仿真模型[5] ;高龍、繆立新等人以北京地鐵四號(hào)線北京南站為例，運(yùn)用Vissim仿真軟件搭建站臺(tái)客流集散仿真環(huán)境，探討了高峰時(shí)段內(nèi)基于不同發(fā)車間隔和不同上下行時(shí)間差的站臺(tái)客流集散變化規(guī)律[6]。

綜合上述學(xué)者的研究可看出，軌道交通車站的交通優(yōu)化組織仿真已成為車站優(yōu)化研究的熱點(diǎn)。但學(xué)者既有的研究大多僅呈現(xiàn)出不同客流在宏觀或微觀的控制方案下的效果，缺乏建立車站中聯(lián)合行人運(yùn)動(dòng)微觀模型和空間宏觀的模型。因此，本文選用物理環(huán)境真實(shí)且功能齊全的MassMotion仿真軟件，通過(guò)對(duì)軌道交通兩路口站進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，模擬乘客行為;基于仿真指標(biāo)對(duì)軌道站交通組織現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出優(yōu)化方案。

1 MassMotion仿真平臺(tái)簡(jiǎn)述

1.1 仿真軟件對(duì)比分析

目前與MassMotion仿真平臺(tái)方面有關(guān)的研究較少，國(guó)外主要是對(duì)該軟件的簡(jiǎn)要介紹、功能驗(yàn)證和評(píng)估網(wǎng)格建立[7];國(guó)內(nèi)利用MassMotion進(jìn)行客流仿真分析，得出在軌道交通環(huán)境中，行人行為受客觀環(huán)境因素的影響。

該模擬軟件采用宏觀與微觀相結(jié)合的模型模擬疏散過(guò)程。在交通流動(dòng)態(tài)仿真中，微觀模型能更接近現(xiàn)實(shí)世界中單個(gè)旅客的行為特征，更準(zhǔn)確的反映空間內(nèi)高密度旅客的交通流線。通過(guò)仿真軟件的對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，MassMotion軟件相較于其他仿真軟件更能夠解決多事件多路徑下復(fù)雜流線交叉的問(wèn)題，其原理常應(yīng)用于社會(huì)力模型，最終呈現(xiàn)出三維動(dòng)畫圖像。但其研究成果偏少，只適用于簡(jiǎn)單的建筑模型。城市軌道交通車站交通組織優(yōu)化仿真的對(duì)象通常涉及到站內(nèi)的建筑設(shè)施布置，同時(shí)需要模擬出不同環(huán)境下站內(nèi)人員流動(dòng)的流線問(wèn)題，根據(jù)動(dòng)態(tài)流向最終確定站內(nèi)的疏散過(guò)程，在交通流動(dòng)態(tài)仿真中更接近現(xiàn)實(shí)世界地去描述旅客的行為特征，是一種處理城市軌道交通車站人員流線組織優(yōu)化的辦法。

1.2 MassMotion仿真平臺(tái)特點(diǎn)分析

MassMotion是一種基于代理的高級(jí)行人模擬和人群分析軟件，具有強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析功能和離散事件仿真功能，應(yīng)用范圍非常廣泛。

MassMotion中使用的3D環(huán)境可以在軟件中直接創(chuàng)建或者從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CAD和BIM工具導(dǎo)入，再在scene里建筑內(nèi)部環(huán)境，通過(guò)設(shè)置組件的屬性，可以使它們達(dá)到與仿真對(duì)象在真實(shí)場(chǎng)景中所具有的功能。使用activities中的事件發(fā)生工具，輸入根據(jù)計(jì)劃時(shí)間在其位置中的每個(gè)活動(dòng)區(qū)域隨機(jī)生成的旅客代理的數(shù)量，可以執(zhí)行建筑元素和活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)過(guò)程。

1.3 仿真建模步驟

MassMotion項(xiàng)目的建模過(guò)程主要有三個(gè)階段：創(chuàng)建場(chǎng)景和代理、運(yùn)行模型和數(shù)據(jù)分析。其仿真實(shí)現(xiàn)流程。

2 軌道車站交通組織優(yōu)化方法

軌道車站的交通組織優(yōu)化需要從整體線網(wǎng)與車站設(shè)施布局的角度分析，并通過(guò)改進(jìn)站內(nèi)流線布局與站外路線調(diào)度等交通組織方式措施來(lái)增加軌道車站通行能力，以改善組織秩序。

交通優(yōu)化方案和交通措施的制定主要通過(guò)模擬仿真以說(shuō)明方案的必要性、可行性和有效性。基本的優(yōu)化方法有以下幾種：

2.1 交通分離組織優(yōu)化

軌道站內(nèi)有不同種類、不同流向的交通流混合在一起，易產(chǎn)生交叉沖突。主要通過(guò)空間分離和時(shí)間分離處理人流沖突。

2.1.1 空間分離

通過(guò)對(duì)行人流線組織的優(yōu)化，減少交通流的交叉沖突。常見(jiàn)的方法是設(shè)置導(dǎo)向線、導(dǎo)流欄桿等。

2.1.2 時(shí)間分離

軌道站的時(shí)間分離主要靠列車到發(fā)時(shí)間的安排，將不同人流的行動(dòng)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)?？梢酝ㄟ^(guò)編排更加合理的列車到發(fā)時(shí)刻表等實(shí)現(xiàn)。

2.2 交通信息組織優(yōu)化

交通信息的基本要求是及時(shí)、有效、準(zhǔn)確和全面。需要對(duì)軌道站的引導(dǎo)標(biāo)志進(jìn)行優(yōu)化，使其更加準(zhǔn)確、全面。

2.3 潮汐交通組織優(yōu)化

潮汐交通組織，是指在不同的時(shí)間段變換某些路段的流線方向和流線種類。需要對(duì)現(xiàn)狀客流、交通組織方式進(jìn)行分析，找到更合理的潮汐交通組織。

3 現(xiàn)狀分析

3.1 重慶軌道交通兩路口站概況

兩路口站位于重慶市渝中區(qū)兩路口長(zhǎng)江一路、中山三路交匯處，北接兩路口環(huán)道，南鄰菜園壩大橋、菜園壩火車站。該站于2011年7月28日投入使用，是重慶地鐵1號(hào)線，重慶單軌3號(hào)線的一座重要換乘車站，同時(shí)也是重慶軌道交通日均換乘客流量最大的車站。

車站共有三層，負(fù)一層為站廳層，乘客在此完成購(gòu)票、安檢、進(jìn)出站;負(fù)二層為地鐵1號(hào)線的站臺(tái)層，負(fù)三層為單軌3號(hào)線的站臺(tái)層，站臺(tái)類型均為島式站臺(tái)，主要功能是完成乘客上下車作業(yè)。

3.2 兩路口站現(xiàn)狀流線分析

兩路口站乘客流線可以分為三類：進(jìn)站流線、出站流線和換乘流線。

3.3 兩路口站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)狀調(diào)查的主要內(nèi)容是站廳站臺(tái)層的物理參數(shù)，以及主要設(shè)施設(shè)備的位置和數(shù)量，還有進(jìn)出站、換乘的乘客流量、乘客流線等。

3.3.1 站廳站臺(tái)層的物理參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得了站廳站臺(tái)層的長(zhǎng)度和寬度、三個(gè)樓層之間的高度及主要設(shè)施設(shè)備的位置和數(shù)量。

3.3.2 晚高峰小時(shí)客流量

調(diào)查車站晚高峰小時(shí)的客流量主要是為構(gòu)建行人事件時(shí)設(shè)置不同流線和不同區(qū)域的“agent total”提供依據(jù)。高峰小時(shí)客流量大小決定了站臺(tái)最大的客流量承載能力，研究此環(huán)境下的客流量能夠?yàn)樽顝?fù)雜的組織流線優(yōu)化提供重要的依據(jù)。詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.1。

3.3.3 列車到發(fā)時(shí)間

為設(shè)置“vehicle”對(duì)象里的車門開(kāi)閉時(shí)間，需調(diào)查各站臺(tái)各方向的列車到發(fā)時(shí)刻，以此來(lái)控制乘客的上下車行為。根據(jù)調(diào)查得出，乘客的安檢比例為70%，購(gòu)票比例為20%。乘客在車站的平均走行速度約為1.45 m/s。

4 仿真模型建立

4.1 現(xiàn)狀交通組織仿真建模

在進(jìn)行車站優(yōu)化方案前需用MassMotion軟件運(yùn)行出當(dāng)前狀況下兩路口站的交通組織效果，通過(guò)環(huán)境建模、創(chuàng)建行人事件、創(chuàng)建車輛事件以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，分別得到兩路口站仿真開(kāi)始后0 s、2 min、30 min現(xiàn)狀交通組織仿真結(jié)果如下：

通過(guò)分析兩路口站的現(xiàn)狀仿真結(jié)果可知，站廳層北側(cè)通往3號(hào)線站臺(tái)的樓梯口存在進(jìn)出流線交叉，引起小面積擁堵;南側(cè)樓梯口的大部分乘客會(huì)選擇最短路徑導(dǎo)致南北側(cè)樓梯口客流分布不均。具體表現(xiàn)為3號(hào)線站臺(tái)左側(cè)樓梯平均密度小于右側(cè)，同時(shí)右側(cè)樓梯口的流線交叉復(fù)雜，擁堵情況嚴(yán)重。1號(hào)線站臺(tái)的中間樓梯處人流過(guò)于集中，形成了站內(nèi)的交通擁堵。

4.2 優(yōu)化建模

現(xiàn)針對(duì)以上問(wèn)題，基于站內(nèi)交通組織的空間分離、潮汐交通組織等優(yōu)化原則和優(yōu)化方法，首先對(duì)旅客的邏輯流線進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置好行人邏輯流線圖后，對(duì)兩路口站的站臺(tái)站廳作出如下優(yōu)化方案：

4.2.1 站廳層

北側(cè)樓梯處的導(dǎo)流欄桿增長(zhǎng)至梯口處，完全隔離進(jìn)出客流。西側(cè)樓梯處的導(dǎo)流欄桿向東延長(zhǎng)數(shù)米，南側(cè)樓梯處增設(shè)導(dǎo)流欄桿，提高乘客前往北側(cè)樓梯處的通行難度，以此引導(dǎo)乘客由西側(cè)樓梯前往3號(hào)線站臺(tái)。

4.2.2 1號(hào)線站臺(tái)

在中間樓梯處增設(shè)長(zhǎng)短不一的兩個(gè)導(dǎo)流欄桿，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站臺(tái)的客流和從西側(cè)換乘通道前往東側(cè)車門的客流與出站臺(tái)客流的分離;將中間樓梯設(shè)為高峰時(shí)期僅上行。右側(cè)樓梯處增設(shè)兩個(gè)導(dǎo)流欄桿。

4.2.3 3號(hào)線站臺(tái)

右側(cè)樓梯處增設(shè)“L”形導(dǎo)流欄桿，將扶梯全部設(shè)為在高峰時(shí)期僅上行。

4.3 效果評(píng)價(jià)

4.3.1 站廳層優(yōu)化

由圖4.6可以發(fā)現(xiàn)，增長(zhǎng)北側(cè)和西側(cè)樓梯處的導(dǎo)流欄桿，在南側(cè)樓梯處增設(shè)導(dǎo)流欄桿后，不僅分離了進(jìn)出客流，還使西、北側(cè)樓梯的人流分布均勻。

4.3.2 1號(hào)線與3號(hào)線站臺(tái)優(yōu)化

由圖4.7可知，1號(hào)線站臺(tái)兩樓梯口處增加導(dǎo)流欄桿后，流線交叉減少，出站臺(tái)的速率提高，交通擁堵情況得到進(jìn)一步緩解;3號(hào)線站臺(tái)右側(cè)樓梯處的進(jìn)站臺(tái)區(qū)域部分客流導(dǎo)向了左側(cè)樓梯通道;出站臺(tái)區(qū)域由于增設(shè)了導(dǎo)流欄桿，減少了乘客沖突。

5 總結(jié)與改進(jìn)

本文以重慶軌道交通具有代表性的換乘站點(diǎn)兩路口站為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，利用MassMotion仿真軟件模擬了兩路口站的物理設(shè)施和乘客運(yùn)行動(dòng)態(tài)，依據(jù)平均密度等指標(biāo)評(píng)價(jià)交通組織現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)車站存在的問(wèn)題，提出優(yōu)化方案，并分析優(yōu)化前后的交通組織，發(fā)現(xiàn)MassMotion仿真軟件能較好地實(shí)現(xiàn)微觀行人運(yùn)動(dòng)的模擬，建立的模型能夠推廣到其它對(duì)應(yīng)的換乘車站中，為軌道集團(tuán)提供有效的車站流線組織優(yōu)化方案。

但根據(jù)實(shí)際情況可知，旅客的換乘路徑往往是不一致的，站內(nèi)的流線還對(duì)乘客的心理進(jìn)行摸查，并結(jié)合旅客的便捷性、準(zhǔn)時(shí)性等影響站內(nèi)路徑選擇行為的心理因素，從中建立乘客的路徑選擇模型，在MassMotion仿真軟件中設(shè)置好對(duì)應(yīng)的選擇參數(shù)。同時(shí)本文僅研究了工作日晚高峰小時(shí)段車站的仿真模擬情況，具有一定的局限性，應(yīng)當(dāng)分析工作日一整天的三個(gè)高峰時(shí)段：早高峰時(shí)段（07： 30-08： 30）、午高峰時(shí)段 （12： 30-13： 30）及晚高峰時(shí)段（18： 30-19： 30）客流量的值，根據(jù)最高峰時(shí)段的客流量制定相應(yīng)的仿真模型與優(yōu)化方案。希望以上提出的問(wèn)題在接下來(lái)的研究中得以完善。

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