北京地铁13#线西直门站站台客流仿真

王贤琛，黄凯

(1.北京交通大学交通运输学院，北京　100044；2.西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都　610031)



北京地铁13#线西直门站站台客流仿真

王贤琛1，黄凯2

(1.北京交通大学交通运输学院，北京100044；2.西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都610031)

客流量大、乘客密集是地铁车站的主要特征，为确保乘客人身安全，提高站台服务水平，以北京地铁13#线西直门站为例，在对车站客流特性调查的基础上，运用Anylogic仿真软件对站台乘客流向进行模拟仿真，并通过相关评价指标对站台服务水平进行评价。根据仿真结果，得出该站台当前存在的不足，并提出改进方案。

城市轨道交通；地铁站台；客流；站台服务水平；Anylogic；仿真

城市轨道交通作为城市的运输大动脉，承担着城市主要的客运量，车站不仅是整个城市轨道交通网络的节点，更是集散客流的主要场所[1]。车站一般都与地面交通有大量的换乘，客流量大、人流密集是地铁车站的主要特征。城市轨道交通车站的主要服务设施大致包括通道、扶梯(楼梯)、大厅、售票窗口及自动售票机、闸机、站台等。通过一定的计算方法可以计算出这些设施的服务能力，但是在实际运营中这些设施相互制约，加上行人的选择各异等，这些因素影响着整个车站系统的运行能力和水平[2]。特别是随着近年来城市化进程的加快，城市人口急剧上升，原有的地铁车站是否能满足日益增加的客流需求，需要对站台的服务能力做相应的评估[3]。

北京地铁西直门站是一个大型换乘车站，2#线、13#线和4#线汇聚于此，也是13#线的西端终点站。13#线连通海淀区北部与朝阳区北部，并连通回龙观住宅区，客流密度较大。13#线西直门站为典型的岛式站台，存在着站台上乘客拥挤等问题，本文以13#线西直门站为仿真环境，运用Anylogic仿真软件，模拟进站客流及从2#线和4#线换乘到13#线的客流，分析乘客在站台上的行为选择及现行13#线西直门站存在的问题，并提出改进意见。

1　13#线西直门站台

图1　地铁西直门站立体结构图

13#线西直门站为地上3层高架车站，为一岛两侧两线站台，由2#线、4#线路转乘13#线(始发)的旅客上到第3层中间的岛式站台，而由13#线(终到)到来的旅客则在第3层两侧的站台下车出站或换乘，地上二层为站厅层，地面首层为出入口。13#线车站站台通过连续通道连接位于地下一层的换乘大厅，再与2#线、4#线车站由换乘通道相连[4-5]。西直门站立体结构图如图1所示。

本文仿真只针对13#线西直门站上车客流，客流来源包括南进站口的进站客流1、北进站口的进站客流2、南侧换乘客流1、北侧换乘客流2。

站台的服务水平受站台的布置形式、折返形式、客流强度、设施设备布置等的影响[6]。

2　西直门地铁站台仿真

对上车客流进行仿真，仿真环境为供乘客上车的岛式站台。进站口有2个，如图1中①、②所示，分别位于南侧和北侧。

Anylogic是一款应用广泛的对离散、连续和混合系统建模和仿真的工具[7]。利用Anylogic实现地铁车站设备设施的建模，通过设计不同的仿真场景和设置不同的参数，对乘客在车站内的行为进行仿真，研究车站设备设施的利用情况并进行分析评估，为城市交通车站的优化提供支持。首先输入原始客流强度，通过数据得出反应站台服务的评价指标。然后加大客流强度，分析制约站台服务的瓶颈，提出改进建议。

2.1乘客进入站台流程

乘客分别通过南、北侧的进口①、②进入西直门车站，走行过程如图2所示。

图2　乘客进入西直门站台流程

通过客流调查统计数据，并进行spss分析，确定南侧进站客流到达服从参数为15.18的poisson分布，南侧进站旅客中携带行李乘客的比例为76.7%；北侧进站客流服从参数为24.00的poisson分布，携带行李乘客的比例为74.7%。

由站内随机抽取200人做为样本，对其年龄进行统计。将30岁作为青年和中年人的分界点， 60岁作为中年和老年人的分界点。根据统计得出地铁站内乘客年龄的分布情况，其中绝大多数为青年和中年，分别占70%和26%，老年人仅占4%。

2.2车门选择模型

乘客进入13#线岛式站台后，需要选择在合适的车门处等候上车。由于站台为一较宽的空间，车门较多，乘客对车门的选择规律是乘客站台行为分析的关键。

1)乘客选择。乘客到达站台时，不可能立即获知每一个车门位置的等候人数，而是选择并沿着站台某一方向步行，根据已步行的距离和当前车门等候人数等因素选择在当前车门停留或继续前进，直到停留为止[8]。

2)实际调查。地铁车站站台长100 m以上，设置了多个楼梯、座椅、柱子等设施设备，在客流高峰几乎每1 s都会有多个行人抵达并沿站台行走，无论是人工记录或视频拍摄都难以有效记录站台各车门等候行人的数量。

图3　乘客对车门的选择过程

基于以上分析，得出乘客实际选择车门的流程如图3所示。

运用效用最大化理论，设定留在当前车门处上车的效用为Vs，继续前进的效用为Vg，车门选择logit模型的相对效用函数为：

Vs-Vg=-1.91+0.344D+2Nx-1.89Nd，

式中：D为当前车门距离起点(楼梯出口)的距离；Nx为下一车门处等待乘客数；Nd为当前车门处等待乘客数。

乘客车门选择如图4所示。乘客由图1中的楼梯出口1、2进入站台，出口1处乘客走行方向如图5所示[9-14]。

图4　车门选择示意图　　　　　　　　　　　　　　　图5　乘客出楼梯口后方向的选择

调查发现：乘客选择图5东侧的概率与选择西侧的概率相等；而选择南侧与北侧的概率不相等，即图5乘客选择向北(②、④方向)和向南(①、③方向)的概率不一样，乘客选择向南的概率约为0.4，选择向北的概率为0.6。导致这种结果有2个原因：一是乘客出电梯时朝向站台中部，乘客倾向于保持原有的行走方向；二是由于图5中往方向①、③的空间较小，乘客不愿意前往空间较小的车门处等待上车。

通过以上数据的输入，基于Anylogic对西直门地铁13#线站台客流进行仿真，如图6所示。

图6　系统仿真界面

3　站台评价及仿真结果

3.1站台评价

对于站台服务水平的评价，目前还没有具体的评价体系。车站站台乘客的状况及限流的客流量临界点一般依据主观判断，缺少明确、统一的管理标准，不利于车站及时采取相关措施。因此建立明确的评价体系，对车站站台的服务水平等级进行评价，以便在车站的客流动态管理中及时掌握车站的运营安全状态，依据站台对乘客的服务水平等级判断车站限流的时机与限流的等级[14-17]。关于排队及等候区的服务水平等级如表1所示[16-22]。

表1　站台的服务水平标准

3.213#线西直门站站台存在的问题

根据13#线的客流密度，得出站台的服务水平为B级，对于北京这样一个人口众多的城市而言，13#西直门站的服务水平基本满足乘客的需求，但这并不代表13#线西直门站的站台设计完全合理。在仿真过程中可以发现，乘客在楼梯口处的车门处容易拥堵，这是由于楼梯口位于站台平面以内，极大地压缩了该处车门区域的面积，使得该车门处的空间狭小，当乘客经过此区域时，很容易发生拥堵的情况。如图7圈示区域所示。

图7　狭窄区域出现拥堵

13#线西直门站为终点站，折返方式为站前折返，即折返线设置于车站前端。从乘客的角度来说，站前折返车时容易产生疑惑。调研过程中发现这种疑惑性体现在2个方面：

1)在一般车站，乘客进入站台后在选择等车时都是依据站台上的指示标识，根据标识的方向选择在站台的一侧等候上车，西直门站这种从岛式站台两侧皆可上车的情形非常容易迷惑乘客；

2)乘客选定等车侧后，如果另一侧的车辆先到站台，那么很少有乘客会选择换到另一边上车，只有极少部分对本车站特别熟悉的乘客会选择换到站台另一侧上车。这就造成了乘客等车时间的增加，同时也使得运力浪费和站台拥挤。

13#线西直门站应尽快采取措施弥补这种不足，比如可以通过广播的形式通知乘客，避免在车辆到站后站台另一侧的乘客继续等待。

3.3各车门排队人数仿真结果

在仿真模块中设置输出语句，得出48个车门处的高峰平均排队人数表如表2所示。

表2　高峰时段各车门排队人数

据统计总站台人数为847人，实测结果站台人数为860人，仿真结果与实际测值偏差较小，认为仿真效果较好。站台面积为1 004 m2，算得密度为1.18 m2/人。

4　结论

1)13#西直门站的设计能够满足当前乘客的需求，并且能够达到令乘客基本满意的服务水平。

2)13#线西直门站站台的不足：

①楼梯口位于站台平面以内，使得该车门处的空间狭小，当乘客经过此区域时，很容易发生拥堵的情况。

②站前折返的折返方式增加乘客的出行时间，当站台一侧的车辆到站时，站台另一侧的乘客不会换到车辆到站的一侧上车，造成乘客等车时间的增加，同时也使得运力浪费和站台拥挤。

3)应当改进13#线西直门站站台和楼梯的接驳方式，同时更好地解决站台两侧均可上车带来的弊端。

[1]唐春林,江峰.城市轨道交通混合交路运营模式研究[J].铁路运输与经济,2015,37(3):84-88.

TANG Chunlin，JINAG Feng.Study on mixed routing operation mode of urban rail transit[J].Railway Transport and Economy，2015，37(3)：84-88.

[2]魏凌瑶，甄澄.地铁车站服务水平分级探析[J].江西建材，2015，2(24)：222-223.

WEI Lingyao, ZHEN Cheng.Analysis of service level classification of subway station[J].Jiangxi Building Materials,2015，2(24)：222-223.

[3]吴贤国，刘梦洁.地铁车站人群集散能力瓶颈风险评价[J].铁道标准设计,2016，60(2)：130-135.

WU Xianguo，LIU Mengjie.Risk analysis of bottleneck in gathering and distributing of subway station[J].Railway Standard Design,2016，60(2)：130-135.

[4]许华静,龙芳.基于Anylogc的南昌市区域物流与区域经济系统仿真研究[J].科技经济市场，2014(1)：33-35.

XU Huajing, LONG Fang.Simulation research on regional logistics and regional economic system of Nanchang city based on Anylogic[J].Science and Technology Economic Market, 2014(1)：33-35.

[5]何流，卢静.基于双重Logit模型的地铁站台车门选择模型[C]//新型城镇化与交通发展——2013年中国城市交通规划年会暨第27次学术研讨会论文集.北京:中国城市规划学会城市交通规划学术委员会，2014：1-7.

HE Liu, LU Jing.Model of subway platform door selection based on double logit model[C]//The New Urbanization and Transportation Development——The Annual Meeting and the Twenty-seventh Symposium on 2013 China City Traffic Planning.Beijing:China Urban Planning Society Urban Traffic Planning Academic Committee, 2014：1-7.

[6]毕艳祥，蒋顺章.城市轨道交通车站站台空间服务水平指标体系探讨[J].城市轨道交通研究，2013，16(10)：7-8.

BI Yanxiang，JIANG Shunzhang.On the indicator system of rail transit station platform space service[J].Urban Mass Transit，2013，16(10)：7-8.

[7]杨亦慧,李海鹰.考虑信效度的地铁车站通道服务水平研究[J].交通运输系统工程与信息，2016，16(2)：212-218.

YANG Yihui, LI Haiying.LOS of pedestrian perception for corridor in subway station considering the reliability and validity[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2016，16(2)：212-218.

[8]Kittelson & Associates, Parsons Brinckerhoff, KFH Group, et al.Transit capacity and quality of service manual[M].3 edition.Washington, DC: Transportation Research Board, 2013.

[9]曹守华，袁振洲，张驰清，等.基于乘客感知的城市轨道交通通道服务水平划分[J].交通运输系统工程与信息，2009，9(2)：99-104.

CAO Shouhua, YUAN Zhenzhou, ZHANG Chiqing, et al.LOS classification for urban rail transit passages based on passengers perception[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2009， 9(2)：99-104.

[10]JODIE Y S L, WILLIAN H K L.Levels of service for stairway in hongkong underground stations[J].Journal of Transportation Engineering, 2003，129(2)：196-202.

[11]赵琳，边扬，荣建，等.基于有序Logistic回归的城市人行道服务水平研究[J].交通运输系统工程与信息，2014，14(4)：131-138.

ZHAO Lin, BIAN Yang, RONG Jian ,et al.Pedestrian LOS of urban sidewalks based on orderly logistic regression[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2014，14(4)： 131-138.

[12]MARKSJO P G G A B.A micro-simulation model for pedestrian flows[J].Mathematics and Computers in Simulation,1985, 27(2)：95-105.

[13]VICTOR J, BLUE J L A.Emergent fundamental pedestrian flows from cellular automata micro-simulation[J].Transportation Research Record,1998，1644：29-36.

[14]MAXWELL R R.Time-transfer simulation model[J].Mathematics and Computers in Simulation，1989，31(2)：66-69.

[15]张琦，韩宝明，李得伟.地铁枢纽站台的乘客行为仿真模型[J].交通运输系统工程与信息，2007，19(22)：5120-5124.ZHANG Qi, HAN Baoming, LI Dewei.Modeling and simulation of passenger behavior in platform of MTR stations[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology，2007, 19(22)：5120-5124.

[16]KLÜPFEL H.A cellular automaton model for crowd movement and egress simulation[D].Germany: Duisburg-Essen University, 2003.

[17]DIJKSTRA J, TIMMERMANS H.Towards a multi-agent model for visualizing simulated user behavior to support the assessment of design performance[J].Automation in Construction (S0926-5805), 2002, 11(2)：135-145.

[18]李得伟, 韩宝明, 张琦.基于动态博弈的行人交通微观仿真模型[J].系统仿真学报, 2007, 19(11)：2590-2593.

LI Dewei， HAN Baoming, ZHANG Qi.Modeling and simulation of microscopic pedestrian using game theory[J].Journal of System Simulation, 2007, 19(11)：2590-2593.

[19]李庆丰, 王兆安, 杨建国.用于估计信号交叉口行人延误的微观仿真系统[J].系统仿真学报, 2005, 17(9)：2244-2246.

LI Qingfeng, WANG Zhaoan, YANG Jianguo.Microsimulation system for estimating pedestrian delays at signalized intersections[J].Journal of System Simulation, 2005, 17(9)：2244-2246.

[20]LAM W H K, LEEJ Y S, CHEUNG C Y.A study of the bi-directional pedestrian flow characteristics at Hong Kong signalized crosswalk facilities[J].Transportation (S0499-4488), 2002, 29(2)：169-192.

[21]罗敏，周劲松.城市轨道交通站台屏蔽门系统安全控制设计与验证研究[J].城市轨道交通研究，2015，18(3):13-16，20.

LUO Min，ZHOU Jinsong.Design and verification of safety control for screen door system of Urban Rail Transit[J].Research on Urban Rail Transit，2015，18(3):13-16，20.

[22]沈景炎.乘客动态分布与站台宽度的研究[J].城市轨道交通研究，2011，1(1)：21-25.

SHEN Jingyan.Study on the dynamic distribution of passengers and the width of the platform[J].Research on Urban Rail Transit, 2011，1(1)：21-25.

(责任编辑：杨秀红)

Simulation of Passengers Flow at Xizhimen Station of Beijing Metro Line 13

WANGXianchen1,HUANGKai2

(1.SchoolofTrafficandTransportation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China; 2.SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031，China)

Large flow and overcrowding of passengers are the main characteristics of the subway station. To ensure passenger security and improve service level, Xizhimen station of Beijing Subway Line 13 is taken as an example to simulate the behaviors of the passengers at the platform and to evaluate the services of the platform through the relevant evaluation index by Anylogic simulation software based on the investigation of the characteristics of passenger flow at this station.The simulation results show the existing problems of the station and the improvement plans are put forward.

urban railway transit; subway station; passenger flow; station service level; Anylogic; stimulation

2016-06-24

王贤琛(1994—)，男，土家族，湖北宜昌人，硕士研究生，主要研究方向为交通运输规划与管理，E-mail: 543877490@qq.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2016.03.008

U291.6

A

1672-0032(2016)03-0043-07