大型高速鐵路客運站客運設施配置仿真優(yōu)化

馬語佳, 馬 駟，謝冰如

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，成都 610031；2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 線路站場設計研究處，武漢 430061）

大型高速鐵路客運站客運設施配置仿真優(yōu)化

馬語佳1, 馬 駟1，謝冰如2

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，成都 610031；2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 線路站場設計研究處，武漢 430061）

通過研究高速鐵路客運站客運設施配置與旅客在候車廳內(nèi)活動的相互影響和相互作用，建立基于Anylogic仿真軟件的成都東站高架層候車廳環(huán)境仿真模型，統(tǒng)計客運設備服務參數(shù)并進行仿真參數(shù)設定，模擬成都東站高峰時段旅客候車過程，分析仿真結果和行人密度圖，發(fā)現(xiàn)由于候車空間進深較短，兩側檢票口排隊旅客阻礙進入候車廳旅客流線而產(chǎn)生擁堵。針對此問題，提出改變排隊隊形并配合座椅調(diào)整的優(yōu)化方案，對比分析優(yōu)化后行人密度圖發(fā)現(xiàn)，主通道沖突點數(shù)下降為零，平均排隊時間縮短78 s，驗證了調(diào)整措施的可行性。

高速鐵路客運站；客運設施；Anylogic仿真

隨著高速鐵路客運站的建設，客運服務水平不斷提升，大量新型客運服務設備投入使用。目前，我國高速鐵路客運新站候車廳多采用集中式布局，如成都東站、北京南站、上海虹橋站、鄭州東站等，其候車廳中央為主要流線通道，主通道兩側為檢票口和候車座椅，旅客四面進站。集中式布局的優(yōu)點在于候車空間內(nèi)部功能劃分明確，檢票口位置明顯，易于識別，但候車空間進深較短，容易出現(xiàn)兩側檢票口排隊旅客阻礙進入候車廳旅客流線的現(xiàn)象，產(chǎn)生擁堵[1～2]。現(xiàn)有的分析研究主要提供了靜態(tài)情況下客流預測和能力計算的辦法[3]，但由經(jīng)驗公式匡算所得數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)旅客波動性，不能預估在不同擁堵情況下，旅客對候車廳各種服務設施設備的運用、旅客行為與候車設施配置之間的關聯(lián)、制約旅客候車廳內(nèi)活動的瓶頸，給出有效消除瓶頸以及優(yōu)化布局的方法。

因此，為體現(xiàn)動態(tài)因素對旅客行為的影響，易化評價和優(yōu)化過程，本文通過計算機仿真軟件對成都東站高架層候車廳進行仿真模擬，分析仿真結果，提出解決上述問題的優(yōu)化方案，為實際運營管理和未來車站規(guī)劃設計提供參考。

1 仿真實現(xiàn)方法

1.1 仿真模型選擇

本文主要采用連續(xù)型微觀社會力模型進行仿真，此模型可以給出真實的行人蹤跡。行人受到目標吸引產(chǎn)生自驅(qū)動力，在移動過程中為了避免與其他行人和障礙物碰撞沖突，將會產(chǎn)生相互排斥力，提升了行人個體的智能化水平，使個體具備思考和反應能力，體現(xiàn)了行人之間以及行人與環(huán)境之間的相互關聯(lián)，具體表示為以下3種作用力[4～6]。

1.1.1 自驅(qū)力

主觀意識對個體行為的影響可化為個體所受自己施加的“社會力”，體現(xiàn)了行人以渴望的速度移動到目的地的動機。運動學方程如下：

1.1.2 行人間的作用力

指試圖與其他行人保持一定距離所施加的“力”。行人加減速和方向變化方程如下：

1.1.3 行人與障礙物之間的作用力

障礙物對人的影響類似于人與人之間的作用。社會力方程如下：

1.2 仿真軟件與仿真過程

通過對各仿真軟件的運用領域、應用程度、技術成熟度和獲得途徑等因素的綜合考量，最終選擇Anylogic Professional 7.1.2 作為軟件仿真平臺。

Anylogic軟件中基于社會力模型建立的行人庫，是專門用于仿真“真實”環(huán)境中的行人行為的高級庫。行人庫支持創(chuàng)建行人建筑（如候車廳，檢票閘機等）或道路（其中具有大量行人）；也支持創(chuàng)建彈性模型，可以對基本和高級統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行收集，通過可視化所模擬的過程，形象化地驗證和展示所構建的模型[7]。通過仿真收集不同區(qū)域的行人密度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以評估服務模塊在預設的負載下是否具有可接受的性能表現(xiàn)。在模型中，行人在連續(xù)時空中移動，并對不同類型的障礙物和服務模塊（墻壁，服務設施等）以及其他行人作出反應。借助于行人庫中已有的模塊，進行區(qū)別化設定，使仿真模型更加貼近需求，從而進行更精準的測量和優(yōu)化，直觀找出模型中的瓶頸所在。具體仿真過程如圖1所示。

圖1 Anylogic仿真流程圖

2 仿真實例分析

2.1 成都東站候車廳設施設備

成都東站候車廳主要分為站臺層候車廳與高架層候車廳，其中高架層候車廳為主要候車廳，其建筑面積達5.7萬m2。本文研究對象是成都東站高架層候車廳，高架層有東、南、北3個進站口（南北進站口未啟用），西面是與站臺層進站口相銜接的扶梯通道。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，目前成都東站僅開放東、西兩個進站口，故僅有來自東、西兩個方向的進入候車廳旅客。大部分到達旅客會根據(jù)電子屏幕顯示檢票口選擇到對應的候車區(qū)域就坐或在檢票口排隊等待，在候車過程中部分旅客會使用到服務臺、衛(wèi)生間、飲水處、手機充電站等，并可能進入候車廳內(nèi)的各類商鋪。候車廳進站檢票口正常情況下將提前 15～20 min 開啟，候車旅客依次排隊檢票上車。故候車廳內(nèi)客流主要有進站客流和排隊檢票客流，如圖2所示。

圖2 成都東站候車廳旅客流線示意圖

由圖2可見，集中式布局的成都東站高架層候車廳的候車空間進深較短，當客流較大時，分別從A、B檢票口排隊檢票的旅客容易堵塞主要通道，出現(xiàn)兩側檢票口排隊旅客阻礙進入候車廳旅客流線的現(xiàn)象。

2.2 仿真參數(shù)

2.2.1 安檢服務參數(shù)

成都東站每一個進站口的安檢儀與人工安檢口的布置方式為：1個安檢儀連接3個人工安檢口。而旅客通過安檢儀后到達每一個人工安檢口的概率相同，所以在分析安檢系統(tǒng)服務能力時可以把子系統(tǒng)間的串聯(lián)關系轉(zhuǎn)變成人工安檢口之間的并聯(lián)關系。整個安檢系統(tǒng)的服務能力C總計算公式如下：

其中，t安檢儀表示通過安檢儀時間（min），t等待表示排隊等待人工安檢時間（min），t人工安檢表示人工安檢時間（min），m表示人工安檢口的個數(shù)，n表示進站口數(shù)目。經(jīng)調(diào)查，安檢儀的單位服務能力為26 人/臺·min，人工安檢口單位服務能力為8 人/臺·min，排隊等待時間約為0.04 min，計算可得，整個安檢系統(tǒng)的服務能力為60 人/min。

2.2.2 候車服務參數(shù)

旅客到達東站后，憑個人身份證和車票即可進入候車大廳，候車大廳內(nèi)融合了預留售票處、檢票口、服務臺以及一定的座席等，在計算候車面積S候車時，需在總面積S總的基礎上扣除這些設施所占面積S其他設施，其中令商業(yè)區(qū)的有效候車面積為實際面積乘以系數(shù)0.6。

最后得出總候車面積為41 851 m2。

2.2.3 檢票設備的服務參數(shù)

成都東站的檢票通道分為人工檢票通道以及自動檢票閘機通道，經(jīng)過調(diào)研，自動檢票閘機通道和人工檢票通道的單位時間服務能力分別為10.4 人/min和27.9 人/min。

2.3 仿真結果

仿真時段取6:00～9:00，這一時段為出發(fā)旅客的到站高峰時段，共有13列始發(fā)列車，其中12列動車組列車，1列快速列車，無通過列車。得到圖 3所示仿真結果。

圖3 檢票過程沖突視圖及行人密度圖

通過仿真，可見旅客在進入候車廳到檢票開始之前的候車過程行人密度較低，旅客活動基本暢通，而在候車結束開始排隊檢票時，由于兩側檢票口距離較小，而旅客隊伍較長，占用中間過道情況嚴重，導致排隊旅客與其他走行旅客發(fā)生交叉沖突，每增加一列檢票列車增加10個沖突點，造成擁堵，既影響檢票服務秩序，增加檢票旅客的耗費時間，又影響旅客進站速度和候車廳內(nèi)其他旅客的正常活動秩序，因此在優(yōu)化時應適當調(diào)整。

2.4 仿真優(yōu)化

針對進站仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題，對現(xiàn)狀作出調(diào)整，對進站高峰時段，即6:00～9:00時段再次仿真，調(diào)整如圖4所示：（1）通過現(xiàn)場人員組織或隔離設備，將隊伍形狀由現(xiàn)狀中的直線型改為折線型，減少檢票排隊旅客與候車廳內(nèi)其他活動旅客的交叉干擾；（2）將檢票口兩側的候車座椅區(qū)進行合并，原左右座椅區(qū)分別向中間移動2.5 m，形成7 m寬的集中座椅區(qū)，為折線形排隊提供空間，從而減少對主通道的占用。

圖4 座椅及排隊調(diào)整方案

經(jīng)過調(diào)整后，再次對進站過程在6:00～9:00之間進行仿真，得到的仿真結果截圖如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后候車廳視圖

對比兩次仿真候車廳的視圖圖3和圖5可以看出，圖3中中間通道的紅色重度擁擠區(qū)域在圖5中已經(jīng)消失，調(diào)整后的中間通道主要呈現(xiàn)藍綠色，表明行人密度不高，通行基本順暢，避免了擁堵，候車廳檢票沖突情況已有明顯改善。

選取檢票排隊時間作為指標衡量方案優(yōu)化情況，如圖6所示，優(yōu)化前由于進站客流和對側排隊旅客的相互干擾，在模型運行相同時間條件下，優(yōu)化前檢票排隊時間分布主要集中在50～400 s，平均排隊時間為180 s；優(yōu)化后檢票排隊時間分布主要集中在25～300 s，平均排隊時間為102 s。可見通過對排隊秩序和空間以及隊伍線型的調(diào)整，避免了排隊旅客與候車廳內(nèi)其他活動旅客的交叉沖突，檢票排隊旅客檢票時間縮短了78 s，進一步驗證了優(yōu)化方案可行。

圖6 優(yōu)化前后檢票時間對比

3 結束語

本文應用Anylogic仿真軟件對成都東站高架層候車廳進行仿真，建立旅客候車流程模型，模擬成都東站早高峰時段運行情況，憑借仿真結果和輸出的行人密度圖發(fā)現(xiàn)檢票排隊旅客與進站旅客在主通道發(fā)生交叉沖突造成主通道擁堵的問題，提出優(yōu)化方案，并對優(yōu)化方案進行再次仿真，仿真結果表明，通過行人密度圖可直觀地發(fā)現(xiàn)主通道擁堵程度降低，檢票排隊時間縮短，進一步驗證了優(yōu)化方案的可行性。

參考文獻：

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[7]曹 潔，劉黎明，趙 宏.鐵路客運站客流組織的仿真與優(yōu)化[J].計算機工程與應用，2014（12）：237-241.

責任編輯 楊琍明

Simulation Optimization for passenger transport facilities in large-scale high-speed railway passenger station

MA Yujia1, MA Si1, XIE Bingru2
( 1.School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2.Track Alignment & Station Yard Design & Research Dept., China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.Ltd., Wuhan 430061, China )

Through the study of the interaction between passenger transportation facilities in passenger station of high speed railway and passengers in the waiting hall, based on Anylogic simulation software, elevated waiting hall environment simulation model for Chengdu East Railway Station was established.The model was used to count the parameters of passenger equipment, set the simulation parameters, simulate passenger waiting process in Chengdu East Railway Station during peak hours.The simulation results and pedestrian density map analysis showed that due to the short depth of waiting hall, the wicket passengers in line on both sides impeded the passenger fow access to the waiting hall, and caused traffc congestions.To solve this problem, an optimization scheme of changing line formation combined with the adjustment of the seat was put forward.By comparison and analysis of the optimized pedestrian density map, it was found that main channel confict points drop to zero, and the average queue time shortened about 72 seconds, which verifed the feasibility of adjustment measures.

high-speed railway passenger station; passenger transport facilities; Anylogic simulation

U291.61∶TP39

A

2015-06-09

馬語佳 ，在讀碩士研究生；馬 駟，副教授。

1005-8451（2016）03-0012-05