基于AnyLogic的城市轨道交通车站设施布局仿真与优化研究

谭彬彬

摘 要：城市轨道交通车站是城市轨道交通网络的关键节点。车站内服务设施的布局直接影响乘客流线的选择，是缓解站内拥堵的重要因素。本文分析了不同服务设施布局下的客流冲突。基于AnyLogic构建不同设施布局模型模拟客流，总结不同设施布局的优缺点。根据西安地铁2号线小寨站布局，模拟了某工作日的低峰期客流。针对乘客密度图的瓶颈所在，提出优化方案并再次建模仿真，并提出了缓解车站拥堵的建设性建议。

关键词：城市轨道交通 车站设施布局 仿真 AnyLogic

1 引言

关于城市轨道交通车站设施布局优化的文献较多。这些模型主要利用元胞自动机模型和社会力模型来描述不同设施的乘客分布，优化设施布局方案。例如，张[1]针对城市轨道交通车站服务设施的集散特点，建立了一套LOS评价体系。这套评价体系创造性地从乘客和运营商两个方面设置了具体的评价指标。张[2]定义了城市轨道交通车站“集散能力瓶颈”的概念，并对瓶颈进行了详细分类，并找出了相应的识别方法。钟和纪[3]利用蜂窝的概念对城市轨道交通车站的车站环境和乘客行为进行建模，研究了乘客与车站服务设施之间的关系。

本文基于 AnyLogic 模拟车站内的乘客行为，并根据不同设施布局下的乘客密度图识别客流瓶颈。针对设计缺陷进一步提出优化方案，并应用仿真程序验证了优化方案的有效性。

2 乘客服务设施布局特点

本节从单一或组合设施的角度，分析客运服务设施的布局。

2.1 单一服务设施的布局

自动检票机的布局如图1所示。即I.“两边进，中间出”型，II.“中间进两边出”型，III.“长边排列”型和IV.“短边排列”型。对于布局I，进站乘客从站厅两侧进站，出站乘客从站厅中间出站。这种布局内部没有冲突和相互干扰。此外，进站闸机向付费区凹陷，客流空间较丰富。出站闸机集中布置，乘客选择更多。II的布局与I正好相反。对于布局III，进出站闸机沿站厅长边依次排列。这种闸机排列最为集中。乘客很容易找到检票口。此外，闸机的通行方向可根据进出站客流的相对量进行调整。对于布局IV，进出站闸机沿站厅短边对称布置。因此很容易设置信息导向标志。但是，非付费区域未连接，不能用作地下通道。

2.2 组合服务设施一体化布局

本节主要论述安检设施、售票设施和自动检票口的整体组合布局。布局分为四种类型，如图2所示。“顺列型”将安检设施、售票设施和检票设施沿直线布置。进出站流线基本平行，有效隔离客流。但当客流量较大时，排队取票的乘客会干扰直接进站的乘客。“并列型”是安检设施、售票设施和检票设施分别位于三条平行线上。这种布局允许乘客在安检之后或之前购买机票。因此，安检设施与售票设施之间的客流交叉严重。与“顺列型”相比，排队取票的乘客对直接進站的乘客影响较小。“垂直型”是指其中一个或两个设施同时垂直于其余设施。进站客流根据是否购票在出入口通道附近分流，减少碰撞和冲突。“三角型”，即安检设施、售票设施和检票设施呈三角形布局。安检后，一部分乘客到自动售票机处购票，另一部分乘客到检票机处检票，减少进出站乘客之间的干扰。

3 城市轨道交通车站设施布局仿真与评价

本节主要采用软件对城市轨道交通车站内一些典型设施布局的优缺点进行仿真评价，找出客流的关键瓶颈。分析的目的是为后期的复杂案例研究提供基础的理论支持。

3.1 AnyLogic的仿真原理和过程

具体建模分析过程包括：

● 根据车站布局对环境进行建模。

● 使用流程图根据进站和出站流线对乘客行为进行建模。

● 设置流量参数。

● 开始仿真，输出行人密度图。

● 分析行人密度图的红点，找出客流瓶颈。

3.2 组合服务设施布局仿真与评价

进出站客流量为每小时1000人次。安检设施服务时间统一设置为2-3秒。售票机1-2分钟，自动检票机1-2秒。仿真得到的长期乘客密度图如图3所示。

“顺列型”布局中的客流高密度点一般沿进站流线分布，在安检设施、售票机和进站闸机附近形成高密度区域。这种布置形式较为简单，在城市轨道交通车站中较为常见。“并列型”布局的客流瓶颈主要集中在进出站闸机附近，自动售票机前的客流密度较高。即使是没有服务设施的地区，也显示出一定的人流密度。因为乘客可以选择多种路线。“垂直型”和“并列型”布局是极其相似的。只是改变安检设施的方向。不过该布局规定了安检和购票的先后顺序。所以进站流线比前者更顺畅。三角形布局最差，客流密度高的区域最大。

4 实际案例的仿真和优化

本文选择位于西安市小寨商圈的小寨地铁站作为优化目标。小寨地铁站是西安地铁2、3号线的换乘站。该站为三层地下车站，有六个出入口。

现有设施布局简介：
2号线站厅是典型的“中间进，两侧出”的形式。

A、D通道各配备一台安检设备，B、C通道共用一台安检设备。车站大厅北面有八台自动售票机。售票亭设置在对面。北面的安检设施、售票机、进出站闸机整体布局呈典型的三角型。在南面，是典型的顺列型。北有6个进站闸机，南有5个出站闸机。两侧各有7个出站闸机。3号线的站厅比较特别。首先，自动售票机、安检设施和进站闸机的整体布局是一种特殊的垂直型。北面有7个出站闸机。中间有4个进站闸机。在南面，有7个闸机。安检设施设置为前一后一。售票机位于车站中央。售票亭与它们垂直。

当前设施布局的仿真和评估：首先将CAD背景图导入AnyLogic软件，为车站环境建模提供基础支持。环境建模结果如图5所示，然后建立乘客行为逻辑流程图如图6所示，结束建模过程。客流数据以实际调查为准。从仿真模型中得到未来一小时的乘客密度图，如图7所示。

从上图可以看出，2号线站厅主要客流瓶颈集中在A、D通道自动售票机前和进站闸机，以及B通道附近。3号线站厅主要客流瓶颈集中在E通道附近的安检设施、进出站闸机。

优化设施布局的仿真与评价：为与自动售票机保持较远距离，A、D通道附近安检设施将移至出入口方向，避免客流过度集中，降低客流密度。同时取消A、D通道之间的铁马，这里的铁马是为了将乘客与过街乘客隔开。然后，在通道A和D附近的进站闸机处增加一列闸机。由于进站闸机与扶梯入口之间的距离难以改变，无法降低扶梯入口前的客流密度。此外，面向B、C通道的安检设施分开设置，不再像以前那样共用一台安检设备。同时，拆除铁马。

F通道附近的安检设备将短距离移动至站厅，与出入口保持较远距离。然后在最近的进站闸机处增加两列，取消西边的进站闸机。改变闸机的通过方向，使它们成为出站闸机。同样，在实际中也不可能改变自动扶梯与进站闸机之间的相对距离。最后，优化设施布局后的小寨站模拟客流密度图如图8所示。从图中可以看出，客流密度略有下降。优化设施布局有效缓解了站厅拥堵。

5 结论

本文通过行人仿真软件AnyLogic的仿真评价，探讨城市轨道交通不同设施布局的适用性、优缺点。以西安地铁小寨站为例进行布局优化。未来的研究可以涉及微观的乘客行为选择模型，使研究更加深入和细致。

参考文献：

[1]张盛.城市轨道交通地下车站行人设施规模和布局评价方法研究[D].北京交通大学，2011.

[2]张庆瑜.城市轨道交通车站设施设备布局优化方法研究[D].北京交通大学，2016.

[3]钟圳伟，纪庆革.考虑行人相对速度的改进社会力模型的验证与评估[J].计算机科学，2020，47（02）：88-94.

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