游玲君、張贏、李博藝、楊穎

（1.昆明鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650208；2.中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，云南 昆明 650011）

1 概述

昆明站南廣場(chǎng)提質(zhì)改造工程于2020年10月1日完成。此后，昆明地鐵與國(guó)鐵之間的換乘無(wú)須再繞行昆明站西側(cè)下穿隧道，軌道交通與鐵路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫換乘，大大縮短時(shí)間，方便旅客出行。

2 仿真模型和仿真軟件的選擇

目前，對(duì)行人交通微觀仿真研究較多，已有不少成果。下面介紹主要的行人仿真模型和仿真軟件，選擇合適的模型和軟件用于軌道交通站臺(tái)排隊(duì)行為的仿真。

2.1 仿真模型的選擇

微觀仿真模型主要有兩種，分別是連續(xù)型仿真模型和離散型仿真模型兩種，連續(xù)型仿真模型的時(shí)間、行人坐標(biāo)還有空間都是連續(xù)的，并沒(méi)有離散，利用微分方程聯(lián)系相關(guān)量的變化情況。離散型仿真模型的空間、時(shí)間還有狀態(tài)都呈現(xiàn)離散化，最為出名的就是元胞自動(dòng)機(jī)模型。在滿(mǎn)足仿真模型所需的條件后，能夠?qū)λ璧臓顩r進(jìn)行模擬，如社會(huì)力模型[1]。

利用社會(huì)力模型，對(duì)行人的行為進(jìn)行真實(shí)模擬，而且對(duì)人群的非線性自組織現(xiàn)象進(jìn)行仿真，從而對(duì)行人的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)進(jìn)行解釋。因此，社會(huì)力模型的應(yīng)用極其廣泛[2]。

Anderslz[3]、Helbing 和Molnar[4]這幾位著名物理學(xué)家曾經(jīng)提出了“社會(huì)力”這一著名模型，從牛頓力學(xué)的角度出發(fā)對(duì)行人的行為社會(huì)學(xué)進(jìn)行描述。

在考慮模型適用性與可操作性的基礎(chǔ)上，選擇了運(yùn)用社會(huì)力模型進(jìn)行仿真。

2.2 仿真軟件的選擇

在客流組織軟件仿真方面，城市交通仿真、行人仿真、列車(chē)運(yùn)行仿真等都有成熟的商業(yè)仿真軟件。

AnyLogic 可輸出密度、速度、行人數(shù)量、停留時(shí)間等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還可以生成模擬動(dòng)畫(huà)[5，6]。

AnyLogic 具有優(yōu)秀的分析組件和優(yōu)化工具，可以直接在建模環(huán)境中使用，建模過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單和快速。AnyLogic 具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，支持基于主體建模和二次開(kāi)發(fā)，并且可以與Java 或其他語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件、定制模塊一起工作，為行人交通仿真建模提供了更大的靈活性。也可以與辦公軟件或某些企業(yè)軟件集成，如電子表格、數(shù)據(jù)庫(kù)、ERP、CRM 等[7]。

幾款仿真軟件的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 四款仿真軟件技術(shù)性能對(duì)比

基于以上優(yōu)點(diǎn)，決定采用AnyLogic 軟件進(jìn)行仿真模擬。

3 車(chē)站仿真關(guān)鍵流程

針對(duì)昆明站南廣場(chǎng)入口大廳客流組織的復(fù)雜性，分析了車(chē)站功能定位和客流線路，采用任意微動(dòng)態(tài)模擬軟件模擬客流，分析模擬結(jié)果，提出了客流組織優(yōu)化方案，為實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理提供決策支持。

3.1 車(chē)站仿真技術(shù)流程

在通常情況下，交通設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部的仿真分為基礎(chǔ)資料獲取、模型建立（二維/三維）、仿真效果展示和仿真評(píng)估優(yōu)化4 個(gè)主要過(guò)程[8]。

3.2 站內(nèi)功能區(qū)位布局分析

昆明站南廣場(chǎng)經(jīng)過(guò)提質(zhì)改造工程，在既有南廣場(chǎng)站前廣場(chǎng)一層上新建了集散廳。二層進(jìn)站廳包含實(shí)名驗(yàn)票、安檢大廳，設(shè)有20 臺(tái)實(shí)名驗(yàn)票機(jī)、13 臺(tái)安檢機(jī)，另預(yù)留3 臺(tái)安檢機(jī)的安裝空間。改造工程新建了16m 寬通道平接既有二層高架候車(chē)廳。

3.3 站內(nèi)客流組織流線分析

流線，即客運(yùn)站中乘客、行包、交通車(chē)等的流動(dòng)行進(jìn)的路線。在此例中，主要為不同目的旅客的行進(jìn)路線。昆明站南廣場(chǎng)的旅客流線主要有進(jìn)站流線、出站流線和換乘流線。

3.3.1 進(jìn)站流線

進(jìn)站流線如圖1所示（南廣場(chǎng)進(jìn)站預(yù)售客流達(dá)到約6 萬(wàn)人時(shí)，西驗(yàn)證口電梯開(kāi)放）。

圖1 進(jìn)站流線

3.3.2 出站流線

出站流線如圖2所示。

圖2 出站流線

3.3.3 換乘流線

換乘流線如圖3、圖4所示。

圖3 換乘流線1

圖4 換乘流線2

4 客流組織仿真方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究分析

4.1 AnyLogic 仿真軟件分析研究

AnyLogic 仿真模型是利用行人庫(kù)實(shí)現(xiàn)的。在行人庫(kù)當(dāng)中，主要有環(huán)境對(duì)象、全局參數(shù)設(shè)置對(duì)象Ped-Comguration 以及行人對(duì)象，算法為社會(huì)力模型。AnyLogic 中的行人仿真建模過(guò)程如圖5所示。

圖5 仿真建模過(guò)程

4.2 客流組織評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

主要從旅客換乘的流暢性和設(shè)備綜合利用率這兩個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)客流組織方案的優(yōu)劣。其評(píng)價(jià)指標(biāo)分析如下所示：

4.2.1 平均逗留時(shí)間

平均逗留時(shí)間t-，是指一段時(shí)間內(nèi)從某條流線上經(jīng)過(guò)的若干旅客所花費(fèi)的時(shí)間的平均值。在距離相同的情況下，其結(jié)果越大說(shuō)明這條流線越擁堵，旅客走行越不順暢，從而發(fā)現(xiàn)流線的瓶頸所在。

式（1）中：ti為站內(nèi)某條主要流線上某旅客的逗留時(shí)間；n 為某條流線上旅客的數(shù)量。

4.2.2 平均排隊(duì)長(zhǎng)度

式（2）中：Li為站內(nèi)每條主要流線上排隊(duì)的長(zhǎng)度；n 為站內(nèi)主要流線的數(shù)量。

5 昆明站南廣場(chǎng)客流組織實(shí)例仿真分析

5.1 仿真設(shè)備參數(shù)分析

昆明站南廣場(chǎng)由一層集散廳、地下一層出站廳及二層進(jìn)站廳組成，各層之間由電扶梯與樓梯相連。一層集散廳主要辦理人工售票、自助售票機(jī)售票、問(wèn)詢(xún)等業(yè)務(wù)；地下一層出站廳設(shè)出站閘機(jī)、補(bǔ)票處、警衛(wèi)室以及安檢查驗(yàn)健康碼等；二層進(jìn)站廳設(shè)進(jìn)站閘機(jī)、人工驗(yàn)證通道、綠色通道、安檢、警衛(wèi)室等。出站廳與集散廳主要由扶梯與樓梯相連；進(jìn)站廳與集散廳主要由扶梯、樓梯以及無(wú)障礙電梯相連。南廣場(chǎng)分南驗(yàn)證口與西驗(yàn)證口，平時(shí)主要開(kāi)放南驗(yàn)證口，周末、節(jié)假日客流增多時(shí)，開(kāi)放西驗(yàn)證口。

在南廣場(chǎng)中，所設(shè)計(jì)的設(shè)備主要有售票機(jī)、安檢口、樓梯、扶梯還有閘機(jī)。閘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)如下：寬0.53m，長(zhǎng)1.86m，速度1.37m/s，服務(wù)時(shí)間3～8s，通過(guò)安檢時(shí)間約為10～15s；南廣場(chǎng)工作日人流量約2 萬(wàn)人；節(jié)假日約4～6 萬(wàn)人。

5.2 建立仿真模型

按照實(shí)際情況，依據(jù)一定比例來(lái)進(jìn)行仿真底圖的繪制，如圖6所示。

圖6 仿真動(dòng)畫(huà)界面

按照南廣場(chǎng)的流線，利用AnyLogic 仿真軟件表現(xiàn)模塊關(guān)系圖，并且構(gòu)建地下仿真圖，設(shè)置各模塊的屬性。

6 仿真評(píng)價(jià)分析

6.1 仿真數(shù)據(jù)輸入

根據(jù)2021年1月8日實(shí)際采集數(shù)據(jù)，同時(shí)在3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)視頻法獲取進(jìn)站廳高峰期旅客到達(dá)人數(shù)、出站廳旅客集中到達(dá)人數(shù)、地鐵與國(guó)鐵換乘人數(shù)，根據(jù)到達(dá)人數(shù)波動(dòng)情況，設(shè)定高峰期觀測(cè)時(shí)間為45min。

6.2 仿真結(jié)果分析

在仿真模型中，將仿真結(jié)果中各達(dá)口對(duì)應(yīng)的時(shí)間參數(shù)代入公式（1）進(jìn)行計(jì)算從而得出在各個(gè)流線上旅客的逗留時(shí)間平均值，并分析結(jié)果。

通過(guò)對(duì)各達(dá)口相對(duì)流線旅客所逗留時(shí)間平均值的比較?？芍斑M(jìn)站流線”與“換乘流線1”上存在阻礙旅客走行的瓶頸。

6.3 優(yōu)化建議

通過(guò)分析導(dǎo)致瓶頸的主要原因，以此為基礎(chǔ)提出相關(guān)決策，對(duì)設(shè)備平均排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行分析，然后優(yōu)化，從而合理配置設(shè)施。

6.3.1 進(jìn)站流線優(yōu)化

（1）在進(jìn)站流線沿途，采用圖像與廣播方式表明前端安檢驗(yàn)證的方法，提示旅客提前打開(kāi)相應(yīng)程序。

（2）增設(shè)集散廳平面示意圖，標(biāo)明各功能區(qū)位置。

6.3.2 換乘流線優(yōu)化

（1）設(shè)置隔離欄桿，隔離進(jìn)、出站旅客，使其不發(fā)生交叉干擾。

（2）在閘機(jī)口增設(shè)值守人員，引導(dǎo)旅客快速過(guò)閘，引導(dǎo)部分旅客從人工驗(yàn)證通道和綠色通道進(jìn)站。增設(shè)安檢人員，部分沒(méi)有行李的旅客由人工安檢。

（3）增大指示標(biāo)志，突出綠色通道，安排專(zhuān)人尋找重點(diǎn)旅客，引導(dǎo)旅客走綠色通道。

6.3.3 出站流線優(yōu)化

（1）在站臺(tái)、出站通道設(shè)置地圖，標(biāo)明南北出站口以及周邊設(shè)施和可換乘的交通工具。

（2）優(yōu)化閘機(jī)設(shè)置，標(biāo)明刷身份證的位置，同時(shí)增加值守人員，提高過(guò)閘效率。

7 結(jié)語(yǔ)

利用AnyLogic 仿真軟件，仿真分析昆明站南廣場(chǎng)的客流組織，包括仿真建模、仿真運(yùn)行、仿真環(huán)境分析和仿真結(jié)果輸出分析。

通過(guò)對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進(jìn)站廳的瓶頸在于“換乘流線1”和“進(jìn)站流線”，提出相應(yīng)的對(duì)策，解決瓶頸問(wèn)題。

通過(guò)進(jìn)行仿真分析，為昆明站南廣場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)管理提供決策支持，不斷提高流線的通過(guò)能力和設(shè)備的利用率。