长安大学公路学院：西安市小寨地铁换乘站内部流线的仿真与优化研究

西安市小寨地铁换乘站内部流线的仿真与优化研究 王剑坡,张娜 (长安大学公路学院,西安,710064) 摘要:城市轨道交通换乘站是基于两祭及其以上轨道交通线路在该站点均设置客流集散点而 形成的。换乘站作为多条线路的交汇点,起着重要的客流疏导作用。同时,换乘站点的 布局及客流流线的设计将直接影响着换乘站的使用效率和服务水平。本研究通过对西安 地铁2、3号线的换乘站点小寨站的客流进行硏究,明确该换乘站内客流流线组织存在 的冲突与缺陷。同时,结合 Any logic交通仿真建模对存在的问题进行改善,进而给出 切实可行的改进措施,实现换乘站服务水平的提高。 关镳词:轨道交通换乘站;小寨站;客流流线组织;Aη yogic交通仿真 中图分类号:U231+.41 Simulation and optimization of the passenger streamline of Xiao-Zhai Subway Interchange station in Xi'an WANG Jian-Po, ZHANG Na Highway College of Chang'an University, Xi'an710064) Abstract: The transfer station of rail transit is a passenger flow distribution point set on the basis of two or more track traffic lines. The transfer station, as the intersection point of multiple lines, plays an important role in dredging the passer ger mlow At the same time, the layout of the transfer station and the design of the passenger flow line will directly affect the efficiency and service level of the transfer station. In this study, we studied the passenger flow in Xiaozhai transfer station of Xi'an metro ine 2 and line 3 clarified the conflicts and defects in the organization of passenger flow lines. Though combining with Anylogic traffic simulation modeling, the existing problems are improved and the practical improvement measures are given. Thus, the service level of the transfer station is improved Keywords: the transfer station of rail transit; Xiaozhai station; organization of passenger flow, Anylogic traffic simulation 、研究背景" 城市交通量的持续增长使得更多的满足条件的大型城市开始投入城市轨道交通的建设 同时单一的城轨线的运能和效率的提升存在明显的制约,因此建设城市轨道交通线网成为了 进一步提升城轨运营效率的可行途径。我国城市轨道交通的建设已连续快速发展10年以上 截至2017年上半年,中国内地已有31个城市开通运营城市轨道交通,运营总里程共3965 公里。21座城市拥有2条及以上城轨交通线路,轨道交通网络化运营已成趋势。轨道交通 换乘站作为两条及其两条以上线路的交汇节点,起着客流疏导与换乘的重要作用,是城市轨 道交通网络的重要中枢神经关节,因此作为大型客流集散枢纽换乘站的设计是非常重要的 目前我国的大型城市如北京、上海、深圳、天津、广州逐渐发展形成以轨道交通为网络 的城市公共交通系统,伴随线路的増多,线路交叉的可能性越来越大,换乘站应运而生。但 通讯作者:张娜,长安大学公路学院研究生,邮箱2774890542@qcom,Tel:17789135658通讯地址 西安市南二环中段长安大学本部,邮编:710064

西安市小寨地铁换乘站内部流线的仿真与优化研究 王剑坡，张娜 1 （长安大学公路学院，西安，710064） 摘要：城市轨道交通换乘站是基于两条及其以上轨道交通线路在该站点均设置客流集散点而 形成的。换乘站作为多条线路的交汇点，起着重要的客流疏导作用。同时，换乘站点的 布局及客流流线的设计将直接影响着换乘站的使用效率和服务水平。本研究通过对西安 地铁 2、3 号线的换乘站点小寨站的客流进行研究，明确该换乘站内客流流线组织存在 的冲突与缺陷。同时，结合 Anylogic 交通仿真建模对存在的问题进行改善，进而给出 切实可行的改进措施，实现换乘站服务水平的提高。 关键词：轨道交通换乘站；小寨站；客流流线组织；Anylogic 交通仿真 中图分类号：U231+.41 Simulation and Optimization of the Passenger Streamline of Xiao-Zhai Subway Interchange Station in Xi 'an WANG Jian-po, ZHANG Na (Highway College of Chang' an University,Xi’an710064） Abstract: The transfer station of rail transit is a passenger flow distribution point set on the basis of two or more track traffic lines. The transfer station, as the intersection point of multiple lines, plays an important role in dredging the passenger flow. At the same time, the layout of the transfer station and the design of the passenger flow line will directly affect the efficiency and service level of the transfer station. In this study, we studied the passenger flow in Xiaozhai transfer station of Xi'an Metro Line 2 and Line 3, Clarified the conflicts and defects in the organization of passenger flow lines. Though combining with Anylogic traffic simulation modeling, the existing problems are improved and the practical improvement measures are given. Thus, the service level of the transfer station is improved. Keywords: the transfer station of rail transit; Xiaozhai station; organization of passenger flow; Anylogic traffic simulation 一、研究背景[1、2] 城市交通量的持续增长使得更多的满足条件的大型城市开始投入城市轨道交通的建设， 同时单一的城轨线的运能和效率的提升存在明显的制约，因此建设城市轨道交通线网成为了 进一步提升城轨运营效率的可行途径。我国城市轨道交通的建设已连续快速发展 10 年以上， 截至 2017 年上半年，中国内地已有 31 个城市开通运营城市轨道交通，运营总里程共 3965 公里。21 座城市拥有 2 条及以上城轨交通线路，轨道交通网络化运营已成趋势。轨道交通 换乘站作为两条及其两条以上线路的交汇节点，起着客流疏导与换乘的重要作用，是城市轨 道交通网络的重要中枢神经关节，因此作为大型客流集散枢纽换乘站的设计是非常重要的。 目前我国的大型城市如北京、上海、深圳、天津、广州逐渐发展形成以轨道交通为网络 的城市公共交通系统，伴随线路的增多，线路交叉的可能性越来越大，换乘站应运而生。但 1 通讯作者：张娜，长安大学公路学院研究生，邮箱:2774890542@qq.com，Tel：17789135658 通讯地址： 西安市南二环中段长安大学本部，邮编：710064

是轨道交通线路建设缺乏整体性、系统性周密规划,使得换乘站问题越来越突出,具体表现 在换乘站成为部分站点的后期改扩建,使得该换乘站的功能设计受到复杂环境的制约:;部分 换乘站换乘通道较多,换乘距离较长,换乘不便利:换乘站的客流组织与设计预期差异较大 规模不匹配,车站服务设施的使用效率不均衡;轨道交通线网规划不够稳定,造成换乘车站 与预留条件的较大差异,影响了换乘方案实施的完善性。由此可知,优化设计换乘站成为轨 道交通建设中亟待重视的问题 二、换乘站区位特点与站内概况分析 (一)换乘站区位特点及布局方式 西安小寨地铁站,位于长安中路,地处小寨商圈,作为小寨西路、小寨东路、长安路交 叉口,贯通南北客流主线,地理位置优越。2011年下半年西安地铁2号线通车,2号线是贯 穿市区南北中轴线的核心线路,作为西安地铁首条运营线路,也是客流量最大、最为重要的 线路。2号线经过5年的运营与客流培育,在客流的承载量上已经发展比较成熟。2016年 11月西安地铁3号线开通运营,作为西安的第3条轨道线路,是轨道交通线网规划的骨架 网线,线路呈西南至东北走向,跨度大,客流资源巨大。西安小寨站作为2号线和3号线的 换乘站,显然成为了一个大型的客流枢纽点,除了站内换乘客流量大外,进出站客流量也很 大,对于如此大的客流量,需要如何组织车站内乘客的乘车与换乘,实现流线顺畅,显然是 一个亟待解决的问题。 小寨换乘站主体呈“T”字型结构布置,分为三层,地下一层为站厅层,地下二层为2 号线站台层,地下三层为3号线站台层,两条线的站台通过垂直换乘楼梯进行连接。车站设 置有6个出入口供乘客进出。其中,A口位于小寨十字西北角,周边包含开米广场、百盛等 购物商场。B口位于小寨十字西南角,紧邻陕西省军区军人服务社。C口位于小寨十字以南, 长安中路路东,靠近车站F口,宜品生活馆,建设银行在此周围。D口位于小寨十字东北角 与赛格国际购物中心紧邻,周边包含海港城、金莎国际等购物广场,靠近车站E口。E口位 于小寨十字以东,小寨东路路北,与赛格购物商城相通,靠近车站D口。F口位于小寨十字 东南角,周边包含国贸、华旗等购物商城及雁塔区人民政府,靠近车站C口。为使乘客更加 便捷乘坐地铁,您可根据乘坐线路不同选择不同出入口,实现便捷乘车。一般的,乘坐2 号线的乘客,可通过A、B、C、D口进站,到达站厅层后,通过安检下楼坐车。乘坐3号线 的乘客,可通过EF口进站,通过安检,直接下楼乘车。在负一的站厅层为方便乘客乘车 换乘,共设置有6个扶楼梯出入口,乘客可以根据具体情况选择出入口进行乘车换乘。车站 内部整体空间布局见图1

是轨道交通线路建设缺乏整体性、系统性周密规划，使得换乘站问题越来越突出，具体表现 在换乘站成为部分站点的后期改扩建，使得该换乘站的功能设计受到复杂环境的制约；部分 换乘站换乘通道较多，换乘距离较长，换乘不便利；换乘站的客流组织与设计预期差异较大， 规模不匹配，车站服务设施的使用效率不均衡；轨道交通线网规划不够稳定，造成换乘车站 与预留条件的较大差异，影响了换乘方案实施的完善性。由此可知，优化设计换乘站成为轨 道交通建设中亟待重视的问题。 二、换乘站区位特点与站内概况分析 （一）换乘站区位特点及布局方式 西安小寨地铁站，位于长安中路，地处小寨商圈，作为小寨西路、小寨东路、长安路交 叉口，贯通南北客流主线，地理位置优越。2011 年下半年西安地铁 2 号线通车，2 号线是贯 穿市区南北中轴线的核心线路，作为西安地铁首条运营线路，也是客流量最大、最为重要的 线路。2 号线经过 5 年的运营与客流培育，在客流的承载量上已经发展比较成熟。2016 年 11 月西安地铁 3 号线开通运营，作为西安的第 3 条轨道线路，是轨道交通线网规划的骨架 网线，线路呈西南至东北走向，跨度大，客流资源巨大。西安小寨站作为 2 号线和 3 号线的 换乘站，显然成为了一个大型的客流枢纽点，除了站内换乘客流量大外，进出站客流量也很 大，对于如此大的客流量，需要如何组织车站内乘客的乘车与换乘，实现流线顺畅，显然是 一个亟待解决的问题。 小寨换乘站主体呈“T”字型结构布置，分为三层，地下一层为站厅层，地下二层为 2 号线站台层，地下三层为 3 号线站台层，两条线的站台通过垂直换乘楼梯进行连接。车站设 置有 6 个出入口供乘客进出。其中，A 口位于小寨十字西北角，周边包含开米广场、百盛等 购物商场。B 口位于小寨十字西南角，紧邻陕西省军区军人服务社。C 口位于小寨十字以南， 长安中路路东，靠近车站 F 口，宜品生活馆，建设银行在此周围。D 口位于小寨十字东北角， 与赛格国际购物中心紧邻，周边包含海港城、金莎国际等购物广场，靠近车站 E 口。E 口位 于小寨十字以东，小寨东路路北，与赛格购物商城相通，靠近车站 D 口。F 口位于小寨十字 东南角，周边包含国贸、华旗等购物商城及雁塔区人民政府，靠近车站 C 口。为使乘客更加 便捷乘坐地铁，您可根据乘坐线路不同选择不同出入口，实现便捷乘车。一般的，乘坐 2 号线的乘客，可通过 A、B、C、D 口进站，到达站厅层后，通过安检下楼坐车。乘坐 3 号线 的乘客，可通过 EF 口进站，通过安检，直接下楼乘车。在负一的站厅层为方便乘客乘车、 换乘，共设置有 6 个扶楼梯出入口，乘客可以根据具体情况选择出入口进行乘车换乘。车站 内部整体空间布局见图 1

B s 图1车站内部空间布局图 (二)换乘站内部流线组织 在3号线通车前,小寨站仅作为地铁2号线上一个客流量较大的停靠站,同时作为商业 性的小寨用地性质,客流的吸引量已经很可观。随之3号线的开通,使得小寨站从基本的停 靠站转换为大型的客流接驳换乘站,如此在性质层面上的改变,显而易见的使小寨站的“小” 的缺陷暴露出来,事实上问题主要体现在小寨站并非有一个整体的进出站客流组织设计,使 得客流组织在一定程度上有缺陷。可以认识到小寨站的客流组织流线见下图2

图 1 车站内部空间布局图 （二）换乘站内部流线组织 在 3 号线通车前，小寨站仅作为地铁 2 号线上一个客流量较大的停靠站，同时作为商业 性的小寨用地性质，客流的吸引量已经很可观。随之 3 号线的开通，使得小寨站从基本的停 靠站转换为大型的客流接驳换乘站，如此在性质层面上的改变，显而易见的使小寨站的“小” 的缺陷暴露出来，事实上问题主要体现在小寨站并非有一个整体的进出站客流组织设计，使 得客流组织在一定程度上有缺陷。可以认识到小寨站的客流组织流线见下图 2

图到 进适线 一一一一出重 a负一层现状客流组织流线图 b负二层现状客流组织渣线图 是L= TI c负三层现状客流组织流线图 图2客流组织流线图

图 2 客流组织流线图

三、换乘站微观仿真设计原理 (一)仿真樸型的选取和特点队.n nylogic仿真的行人模块是基于社会力模型为基础进行开发的,可以仿真复杂的行人 流行为,对换乘站内大量的行人流换乘特点和行为特征可从细节上进行模拟。本文采用 AnyLogic微观交通仿真软件,对地铁换乘站内的行人流进行模拟。 本研究利用 AnyLogic仿真平台实现换乘站内人流的行为路径微观模拟,,以社会力模型 为基础构建的行人流自组织现象。(1)模拟地铁六个进出口行人的离散随机到达,不同进出 口的行人选择倾向不同,进而各个进出口的服务特征不同,人流的自组织现象体现在根据进 出口的地理位置条件,形成模拟人流通道的个数和通道的曲直不同:(2)换乘站站厅层的模 拟环境建模,站厅层的基础设施包括各进口的安检、售票口、检票进站闸机及其相应的人流 队列服务,仿真环境的搭建为仿真行为建模提供基础应用平台。人流的自组织现象在行为建 模上主要表现在行人进站后的行为选择模式,有着自主目的性的购票行为(自助或人工)或 者乘坐具体线路(2号线或3号线)的选择行为;或是呈现行人流自主动态组合式的行为, 其源自行人内部的社会心理作用和行人间的相互作用,使得行人流趋向于以一种阻力最小、 速度适中、伤害最小,最合理的、惯性的行走方式或者是队列方式行进。依据社会力行人行 为选择原理,可以有效地进行行人等待判断,在模拟中构建乘客的选择与排队服务模型;(3) 该硏究的“T”型换乘站主要结合两种换乘方式:“站台——楼扶梯一一站台”“站台—一扶 梯——站厅——楼扶梯—一站台”,显然,该三层的轨道交通换乘站换乘通道的模拟需要搭 建楼梯行人流模块,鉴于换乘客流的产生与消散的实质来自于地铁2、3号线列车的运营时 刻表,因此换乘客流的组队结伴行进客流特征明显:同时在仿真换乘客流时为了与现实情况 逼真需要进行一些适当的假设和技巧,从而达到我们希望的仿真效果 换乘站的仿真模拟系统包括静态和动态两方面的平台搭建,静态主要指各种基础设施 动态包括行人进出站、换乘及列车的到发时刻。 Any Logic具有可支持模拟列车进出站的轨 道库模块,通过给换乘站的不同线路上的列车创建一个运行时刻表,可以有效模拟列车进出 站时刻产生客流的周期性生成与消散,这样可以对岛式站台的列车动态模型具有直观、动态 的可视化仿真效果 (二)仿真建模的实施过程 1.站厅层建模 小寨地铁换乘站负一层的站厅层提供该站点的客流沉降,作为重要的客流集散区域,站 厅的服务水平直接影响着换乘站的规模与运营状态。负一的站厅层客流来自六个进出口,进 出站客流经过安检、买票、闸机、进入扶楼梯流程来组织在站厅层的行人流线。首先需要对 站厅层进行仿真环境搭建,通过向 Any Logic导入站厅层的 Autocad平面图,根据平面图包 括的具体要素进行基础设施建模,建模元素见表1:绘制客流通道,依据客流流线的分类对 站厅层的客流通道进行有效构建,最终站厅层仿真模型见图3a。 表1负一层模型搭建元素

三、换乘站微观仿真设计原理 （一）仿真模型的选取和特点[3、4、5、6、7] AnyLogic 仿真的行人模块是基于社会力模型为基础进行开发的，可以仿真复杂的行人 流行为，对换乘站内大量的行人流换乘特点和行为特征可从细节上进行模拟。本文采用 AnyLogic 微观交通仿真软件，对地铁换乘站内的行人流进行模拟。 本研究利用 AnyLogic 仿真平台实现换乘站内人流的行为路径微观模拟，.以社会力模型 为基础构建的行人流自组织现象。（1）模拟地铁六个进出口行人的离散随机到达，不同进出 口的行人选择倾向不同，进而各个进出口的服务特征不同，人流的自组织现象体现在根据进 出口的地理位置条件，形成模拟人流通道的个数和通道的曲直不同；（2）换乘站站厅层的模 拟环境建模，站厅层的基础设施包括各进口的安检、售票口、检票进站闸机及其相应的人流 队列服务，仿真环境的搭建为仿真行为建模提供基础应用平台。人流的自组织现象在行为建 模上主要表现在行人进站后的行为选择模式，有着自主目的性的购票行为（自助或人工）或 者乘坐具体线路（2 号线或 3 号线）的选择行为；或是呈现行人流自主动态组合式的行为， 其源自行人内部的社会心理作用和行人间的相互作用，使得行人流趋向于以一种阻力最小、 速度适中、伤害最小，最合理的、惯性的行走方式或者是队列方式行进。依据社会力行人行 为选择原理，可以有效地进行行人等待判断，在模拟中构建乘客的选择与排队服务模型；（3） 该研究的“T”型换乘站主要结合两种换乘方式：“站台——楼扶梯——站台”、“站台——扶 梯——站厅——楼扶梯——站台”，显然，该三层的轨道交通换乘站换乘通道的模拟需要搭 建楼梯行人流模块，鉴于换乘客流的产生与消散的实质来自于地铁 2、3 号线列车的运营时 刻表，因此换乘客流的组队结伴行进客流特征明显；同时在仿真换乘客流时为了与现实情况 逼真需要进行一些适当的假设和技巧，从而达到我们希望的仿真效果； 换乘站的仿真模拟系统包括静态和动态两方面的平台搭建，静态主要指各种基础设施， 动态包括行人进出站、换乘及列车的到发时刻。AnyLogic 具有可支持模拟列车进出站的轨 道库模块，通过给换乘站的不同线路上的列车创建一个运行时刻表，可以有效模拟列车进出 站时刻产生客流的周期性生成与消散，这样可以对岛式站台的列车动态模型具有直观、动态 的可视化仿真效果。 （二）仿真建模的实施过程[8、9、10] 1.站厅层建模 小寨地铁换乘站负一层的站厅层提供该站点的客流沉降，作为重要的客流集散区域，站 厅的服务水平直接影响着换乘站的规模与运营状态。负一的站厅层客流来自六个进出口，进 出站客流经过安检、买票、闸机、进入扶楼梯流程来组织在站厅层的行人流线。首先需要对 站厅层进行仿真环境搭建，通过向 AnyLogic 导入站厅层的 Autocad 平面图，根据平面图包 括的具体要素进行基础设施建模，建模元素见表 1；绘制客流通道，依据客流流线的分类对 站厅层的客流通道进行有效构建，最终站厅层仿真模型见图 3 a。 表 1 负一层模型搭建元素