基于Legion仿真軟件的地鐵車站設計優化

李耿旭，耿 浩，王九州，朱小軍

（天津市政工程設計研究總院有限公司 全自動運行技術研究中心，天津 300092）

地鐵換乘站一般具有客流量大、客流流線復雜的特點。由于行人運動的復雜性，在換乘車站設計時，采用定量計算設備、設施能力的方法一般較難預測行人實際運動過程中可能產生的沖突點。通過客流仿真模擬的方法可以更為真實地找出車站中的沖突點，有助于優化車站設計。Legion軟件是一款功能齊全、效果良好的行人仿真軟件。吳海燕等[1]使用軟件對北京地鐵呼家樓站進行客流仿真，分析了該站客流密度較大區域的形成原因及改進策略。朱文熙[2]研究了地鐵換乘站服務設施特點及服務規律，確定了基于Legion軟件的地鐵換乘站服務設施配置評價指標體系并以蘇州地鐵石湖東路站為例進行了相關研究。王九州等[3]對地鐵客流仿真應用進行了介紹并通過天津地鐵6號線設計實例說明了客流仿真驗證地鐵換乘方式等方面設計的合理性。目前Legion軟件較多用于研究換乘站換乘方式優化，缺少對車站整體客流的分析研究。本文使用Legion軟件對天津地鐵8號線土城站進行客流仿真，綜合車站站廳層、站臺層及換乘通道處的客流密度數據，分析該站行人活動區域內客流密度過大的部分區域，以優化設計方案。

1 工程概況

天津地鐵8號線土城站與既有地鐵1號線通道換乘，遠期預留與規劃Z1線通道換乘條件；共3層，地下一層為站廳層，地下二層為設備層，地下三層為站臺層。在初步設計方案中，車站設有3組出入口、2個換乘通道。見圖1。

圖1 土城站初步設計方案

2 行人仿真分析

2.1 行人仿真軟件及流程

目前已有多種行人仿真軟件，如Legion、Steps、AnyLogic等。Legion軟件基于智能體理論進行行人交通行為特征建模，提出“代價最小”的理論模型，對行人與環境、行人與行人間的交互作用進行描述[4]。

Legion軟件主要包括Model Builder及Simulator兩部分。在仿真分析過程中，將車站的方案設計圖導入Model Builder，設置站內各設施、設備的相關參數，輸入客流數據，建立仿真模型。使用Simulator可對建立的模型進行仿真模擬，記錄仿真數據，通過輸出不同的圖形、圖表體現仿真結果。通過分析輸出數據，結合各類指標可分析車站設計的不足。

2.2 仿真評價指標

1）客流密度。在實際設計過程中，采用Legion軟件輸出的平均客流密度圖尋找車站設計方案的瓶頸。客流密度圖采用目前國際上較為通用Fruin服務水平標準，見表1。

表1 服務水平分級 人/m2

2）高密度持續時間。以2人/m2作為高密度的臨界值，高密度持續時間統計高峰小時車站內最大密度超過2人/m2的區域以及持續時間。

3）側站臺人流密度、站臺下車乘客疏散時間是對站臺能力進行評價的指標。在仿真模擬中，側站臺人流密度是一個變化值，一般情況下會隨列車的到達與出發呈規律性的波動。參考北京地方標準DB 11/995—2013《城市軌道交通工程設計規范》的評價指標，側站臺人流密度為1.33～2.5人/m2；站臺下車乘客疏散時間用相對列車到達間隔的疏散時間來衡量，以站臺上下車乘客人數變化予以體現。本次模擬中，以列車到達間隔時間作為標準，前一趟列車的乘客在下一趟列車到達前全部撤離站臺。

2.3 建模

依據天津地鐵8號線一期工程客流預測數據，選擇遠期早高峰1 h進行模擬。早高峰1 h的中間20 min作為超高峰，該車站的超高峰系數為1.25。

以8號線車站的各出入口、8號線與1號線的換乘通道和8號線的列車為客流的生成與消失點建立OD客流矩陣。行人活動區域有站廳層與站臺層，因此只建立這兩層的仿真模型。

2.4 仿真結果

不包括樓扶梯區域，站廳層的平均客流密度基本處于1.076人/m2以下，整體可接受；但在2號換乘通道與站廳的連接轉角處，有較大區域平均客流密度超過了1.076人/m2，可能會造成換乘通道內的客流流線不流暢。見圖2。

圖2 土城站設計方案平均密度

2號換乘通道與站廳的連接轉角處客流密度超過2人/m2的時間達到了15 min以上，因此認為有產生客流擁堵的可能性。見圖3。

圖3 土城站設計方案高密度持續時間

分析側站臺人流密度數據，上下行雙側站臺人流密度最高不超過0.9人/m2，站臺的客流密度滿足相關指標要求，同時通過扶梯的統計數據看出，站臺上的乘客均在下一趟列車到達之前全部撤離站臺，表明站臺的能力可滿足要求。

3 設計方案優化及仿真

3.1 優化方案

分析初步設計方案的仿真結果，結合工程實際情況，重點對站廳層方案進行優化。

分析2號換乘通道轉角處產生較大客流密度的原因：通過D出入口進出站及通過2號換乘通道與既有1號線換乘的客流均需通過此處的樓扶梯，客流量相對較大；同時此處上下行扶梯相鄰布置，上下行的客流流線在此轉角處聚集交叉。

針對此處客流密度較大情況，調整樓扶梯布置方式，將兩個扶梯分開，樓梯布置在兩個扶梯中間，減少扶梯上下行客流的聚集。將原設計方案中的人工售票及進站檢票閘機調整至遠離樓扶梯口的位置，避免進站客流與換乘客流直接在樓扶梯口處產生交叉。對換乘通道的轉角處進行切角處理，使此處的客流流線更加順暢。客流易在上行扶梯口處產生高密度，其原因是乘客在出扶梯后會直接在扶梯口處選擇路徑，因此在扶梯口處增加欄桿引導乘客，使其出扶梯后繼續往前移動。見圖4。

圖4 土城站優化后設計方案

3.2 優化方案仿真

對優化后方案進行仿真模擬。2號換乘通道與站廳的連接轉角處客流密度＜1.076人/m2，說明采取的優化措施有效。見圖5。

圖5 土城站優化后方案平均密度

2號換乘通道與站廳的連接轉角處超過2人/m2的時間不超過15 min，是可接受的。見圖6。

圖6 土城站優化后方案高密度持續時間

綜上所述，對設計方案的優化能夠滿足需求，客流流線更加順暢，提高服務水平。

4 結語

本文僅對8號線車站進行模擬，不包括既有1號線車站部分，后期研究可考慮將1號線車站也納入到仿真模型中，不僅可以分析新線開通后對已運營線路客流組織情況的影響，還可以對整個車站的客流情況進行分析，有助于設計的整體考慮。