基于anylogic的閘機扇門角度設計與通行能力研究

扈煥容 全佳 張海波

摘? 要：傳統閘機物理結構的設計依舊是限制閘機單位時間人流通過的重要因素;尤其是適用于地鐵這種大客流量集散地點，物理結構在通過能力和通過體驗方面都存在障礙。設計一種新型閘機，采用斜向內合式閉合方式通過使閘門和機箱的夾角為銳角，大大節約了閘擺開合時間，同時解決現有的擺閘結構限制了在有限空間內可安裝的閘機數量的問題。利用anylogic軟件建立模型，以地鐵進站為例對比新型閘機與傳統閘機通過速率以及優化效果，結果表明，該閘機能顯著提高通過率，可緩解高峰時期地鐵進站壓力。

關鍵詞：城市軌道交通;斜向內合式;擺閘;anylogic;通過效率

1.閘機總體方案設計

1.1 斜向內合式閘機簡述

斜向內合式閘機設計目的在于解決現有的擺閘結構限制了在有限空間內可安裝的閘機數量的問題，提供了斜向內合式閉合方式，使閘門和機箱的夾角為銳角，大大節約了閘擺開合時間，同時增大了有限空間內可安放閘機的數量。

斜向內合式閘機是用來控制乘客進出車站，開合距離短，技術要求低、建造成本低的新式閘機。針對地鐵常用的擺閘，進行優化改良，對閘機閘門閉合角度進行調整，較小的閉合角度大大節約了閘擺開合時間，同時增大了有限空間內可安放閘機的數量。斜向閉合方式使閘機規模以及拓展功能更具有靈活性設計，減小閘擺的開合角度，特殊的傳動方式同時可以實現閘機的雙向通行，節約了控制系統的設置，并簡化擺門傳動裝置，大大節約閘機制造成本。本閘機即具有優于翼閘的閉合速度，又具有擺閘的成本優勢。圖1.1是斜向內合式閘機俯視透視圖。

1.2閘機創新

1、傳動方式采用鏈式軸動方式，傳動方式簡單、造價成本極低。斜向內合式閘機減弱了控制系統的復雜度，并簡化擺門傳動裝置，降低了成本。

2、通過設置擋桿和活動擋塊，靈活地控制了閘機通道的寬度。方便了在有限空間內增加或者減少閘機的臺數，使得空間中的閘機數量可以按照其對應的人流量來合理調控。

3、通過使閘門和機箱的夾角為銳角，大大節約了閘擺開合時間，同時增大了有限空間內可安放閘機的數量。

4、斜向內合式的打開方式，增加了閘擺的抗破壞性，且只需使用一套傳動系統，就可實現雙向通行，并且因為相對的兩個閘門閉合路徑朝著不同的兩個方向，且行人右手邊閘門的閉合方向始終和行人行走的方向相同大大的降低了閘機打到行人的概率。

2閘機通過能力研究

2.1 模型設計

2.1.1 仿真模型的構建

建立行人仿真模型及環境建模，直接調用any logic模型庫中Subway Entrance Hall模型，地鐵站廳層模型如圖2.2。綠色箭頭表示進站乘車流線和出站乘客流線，行人從A、B兩入口進入，設置行人流線隨機從1號閘機組或2號閘機組進站，閘機組1設置4臺進站閘機，閘機組2設置2臺進站閘機3臺出站閘機通道寬度均為1米;根據此進站邏輯，利用行人庫模塊繪制行人進站邏輯圖，如圖2.2所示。在1號閘機口設置Vac人數統計，用于統計單位時間內經過閘機組1的人數。

2.1.2 評價指標的設計

如2.2.1所述斜向內合式閘機相較于傳統的擺閘90度的閉合角度只有60度，根據簡單公式f=ω/θ，角速度ω相同的情況下60度的閉合角度斜向閉合方式比傳統擺閘擺動頻率f高約2/3（取0.6）。為測定閘機通行能力，采用服務水平評價指標。設定行人從A口進站，通過閘機組1由非付費區進入付費區，在閘機組1處設置的Vac人數統計作為閘機通行能力的評價指標統計單位時間通過閘機組1的人數;對比運用斜向內合式閘機前后通過閘機組1的人數情況。

斜向內合式閘機具有可靈活地控制了閘機通道的寬度，方便了在有限空間內增加或者減少閘機的臺數的特點。閘機組2兩臺閘機通道寬度為2米，應用斜向內合式閘機可改變通道寬度可移動的特點，可將通道寬度縮小為0.65米，在相同面積內可設置三臺閘機。但是閘機通道的減小會在一定程度上影響乘客的通過效率，利用any logic軟件行人“心理-行為”的設計特點可直觀的體現出該效果。因此選用密度類評價指標來測評閘機在單位面積內的通過能力。利用any logic軟件行人庫中提供Pedestrian Density Map模塊，可以直接觀察到所選取仿真區域內的密度隨時間的變化情況。對閘機組2進行行人平均密度測評，以便于對斜向內合式閘機使用效能做出評價。

2.1.3 參數設定

根據上述構建的場景模型，需設定的參數以模型參數和行人參數為主，其中行人參數根據軌道交通站內運動行人描述，包括行人數量和行人路徑選擇等參數設置。模型參數是地鐵車站設備具體參數包括閘機通過能力、服務時間、通道通行能力等;模型結果詳見下表3.2。

3仿真結果與優化分析

3.1 閘機組1通行能力結果分析

模型設置VAC人數用于統計單位時間通過閘機組1的人數，受站廳長度、乘客走行距離、乘客走行時間的影響，乘客從A口入站模擬時間為36秒時，閘站組1才開始有乘客通過。為較少站廳長度等因素對仿真數據的影響，截取模擬時間100-200秒時間段，統計通過閘機組1的乘客人數，仿真10次輸出結果圖3.1。只計算通過閘機閉合時間不考慮乘客減速、刷卡等時間的情況下，如圖3.1所示設置斜向內合式閘機后的閘機組1的單位時間內通過人數8.8人明顯高于傳統閘機通過人數6人。由此可見，在單位面積內設置相同閘機數，只考慮扇門閉合的情況下斜向內合式閘機相較于傳統閘機的通過速度提升接近46.7%。

3.2 閘機組2通行優化效果分析

乘客從B口進入車站站廳層，經過閘機組2進入車站付費區;通過Pedestion Density Map模塊，直接地觀察仿真區域地密度隨時間的變化情況。如圖3.2、3.3所示發現仿真時間為100秒時閘機組2處出現明顯的乘客排隊情況，當仿真時間進行到300秒時車站內出現明顯擁堵情況。

如圖3.3所示，在閘機組2改進原有方案設置斜向內合式閘機，同時縮小通道寬度，增加一臺閘機后，當乘客到達時間到達速率相同的情況下當仿真進行到500秒后閘機口也不會有乘客排隊滯留情況的產生;通道通過效率有明顯提高。

4結論

斜向內合式閘機，包括機箱和閘門，其特征在于，閘門設置于機箱上，閘門閉合時和機箱之間形成的角度為銳角，機箱內設有旋轉立柱，閘門固定于旋轉立柱上，旋轉立柱下端設有驅動電機，旋轉立柱上端設有外殼，旋轉立柱的上部嵌入外殼內，外殼內設有旋轉角度調節環，旋轉角度調節環和旋轉立柱同軸設置，旋轉角度調節環上設有固定擋塊和活動擋塊，旋轉立柱上部設有垂直于旋轉立柱的擋桿，擋桿一端固定于旋轉立柱上，其另一端設置于固定擋塊和活動擋塊之間，活動擋塊和檔桿接觸的面上設有行程開關，通過設置擋桿和活動擋塊，靈活地控制了閘機通道的寬度，使得空間中的閘機數量可以按照其對應的人流量來合理調控。

將閘機應用于軌道交通系統中，通過AnyLogic仿真可明顯對比出，閘機扇門閉合速度快的優勢可提高地鐵乘客進出站的通行能力。同時配合通過閉合角度的調整，減少通道寬度后增加單位面積內的閘機設置臺數的優點，可緩解大客流情況下城市軌道交通站廳層的排隊滯留問題。

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