行人仿真模拟在地铁车站设计中的应用

朱 嬿 晨

(1.同济大学，上海 200092； 2.上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235)



行人仿真模拟在地铁车站设计中的应用

朱 嬿 晨1,2

(1.同济大学，上海 200092； 2.上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235)

以1号线人民广场站为例，利用Legion行人仿真软件，对高峰小时客流进行了仿真分析，根据人民广场站的实际需求，标定行人行为参数，并在此基础上，建立Legion仿真模型，分析了仿真过程中可能存在的拥挤问题和安全隐患，从而提出相应的改善措施和优化方案，为今后人民广场站项目改造时的设计方案提出合理有效的建议。

行人仿真软件，地铁，客流，车站

0 引言

近年来，人们越来越多的寻求行人仿真软件的辅助，希望通过行人仿真的计算对地铁车站进行分析、评估、优化，并提出切实可行的意见。由于Legion软件的易用性以及它能够智能地、较为真实地模拟人的移动、超越、拥堵、移动速度调整等，因而被业内认为是目前最好、最有效的行人仿真与分析工具。

本文以1号线人民广场站为研究背景，采用Legion仿真软件，对人民广场站早高峰时期的客流进行仿真分析，并且提出相对的车站改善优化方案，为之后的人民广场站项目改造时的设计方案提供借鉴和参考。

1 行人仿真技术发展及应用

1.1 国内外的行人仿真技术发展

国外在20世纪70年代的时候，就对行人交通仿真技术开始了研究，Henderson(1971)[1]用流体力学模型研究并分析了行人交通。在90年代的时候，学者Helbing(1992)[2]提出了“社会力”模型。在20世纪末得到了广泛的开发与应用。国外已经开发和应用的行人仿真软件有PAXPORT，NOMAD，BuildingEXODUS，Steps，Anylogic，Legion等。这些软件主要是用于建筑物，机场，地铁或火灾情况下的紧急疏散等方面。

Legion行人仿真软件最早的原型是“VegAS”人员疏散仿真系统，这个系统是由英国Warwick大学的一个研究小组研究发明的。随后Legion国际公司(Legion International, Ltd.)对“VegAS”进行投资，并召集了大批的物理学专家、数学专家、计算机专家等，花费数年开发出了Legion行人仿真软件。目前，Legion行人仿真软件被认为是业内最有效的、功能最强大的、模拟最精确的仿真分析系统之一，其仿真技术得到了非常好的效果和充分的认可。

该软件在各种大型场馆疏散及地铁车站规划中均进行了使用，例如2000年的悉尼奥运会场馆，2004年雅典奥运会场馆，2008年北京奥运会场馆，中国香港地铁规划以及纽约地铁规划，这些场馆及地铁的仿真分析均收到了良好的效果。

1.2 行人仿真技术的应用意义

在以往的车站建筑设计中，设计者往往难以将交通流线、客流组织方案与车站设计紧密结合。因为传统的设计对行人实际需求的考虑往往是处于静态的，无法切实的体会到乘客在车站内行走的空间感受，无法精确的发现乘客在行走过程中的互相干扰和对冲情况，也无法更直观和有效的对车站的空间使用率进行合理有效的评价。而行人仿真软件最大的优势就是在于可以通过计算机模拟对行人的行走路径和行走空间的使用作出直观的评价，并对设计方案的结果作出预测，进而优化设计方案，得到最合理的建筑设计方案。因此，在地铁车站设计中，进行行人仿真模拟计算是十分有必要的。

2 1号线人民广场站的建筑布局及客流

2.1 建筑布局及仿真范围

人民广场站位于上海市黄浦区人民广场，是轨道交通三条线的换乘站，三条线分别是1号线、2号线和8号线。三条线均为地下岛式站台，其中8号线站台与1号线站台为平行关系。

图1为1号线人民广场站的站厅站台建筑布局图，其中椭圆区域表示不同的换乘客流的走向。1号线人民广场站一共有4组楼扶梯，高峰期间，扶梯均为向上走行。

此次仿真模拟拟取人民广场站1号线的站厅层和站台层进行仿真模拟，时间段为早高峰时间段内的8:00～9:00。

2.2 客流数据

根据票务中心提供的数据，发现早上8:00～9:00时段内的客流量最大，见表1。

表1 1号线、2号线、8号线客流量结算结果 人/h

2.3 Legion行人仿真软件的参数标定

早高峰时间内的乘客大部分为上班的通勤客流。一般通勤客流对所乘坐的车站的站内环境都比较熟悉，因此他们的走行步速也会比非通勤客流快一些，且大都会选择最短路径前进，为此本次仿真做如下假设：

1)本次仿真中的行人步速主要采用中国人通勤时的速度。

2)本次仿真根据通勤的中国人的行走特征来对个体进行有关参数设定。

3)根据对现场的调研，扶梯的速度按GB 50157—2013地铁设计规范[3]中的0.65 m/s来设定。

3 1号线人民广场站仿真分析

3.1 仿真分析结果

图2为仿真结果总图，图中的小圆点代表来往各条线的客流。从图3中可以发现，大部分上下客流在楼扶梯处拥堵，有对冲的现象，详见图3中的圆形区域。

根据仿真分析结果可知：

1)站厅站台内的整体客流密度较密集，存在一些较明显的拥堵状况。

2)站厅的平均密度主要集中在0.308 人/m2～0.718 人/m2的范围内，少部分超过1.076 人/m2的主要是集中在楼扶梯口处。

3)站台的平均密度大部分在高于2.153 人/m2的范围内，甚至最高密度有到10 人/m2的瞬间。

3.2 存在的问题及建议

从仿真结果可知，1号线人民广场站主要的拥堵点和瓶颈点在楼扶梯处和站台区域，这两处较容易造成拥堵的情况，若客流不能够及时疏散光，则会对站台和站厅造成较大的影响，甚至对车站运营和乘客安全造成危险。

因此，建议在之后的改造项目中，在可行的情况下，对楼扶梯进行改造，增加通过能力，使乘客快速到达站厅层和站台层，避免在楼扶梯口处的拥堵。并且可以采取增加栏杆隔离的措施，更好的引导客流。

4 结语

地铁交通作为现代城市居民主要出行的交通工具，也会使得车站内的客流量越来越多。引入行人仿真技术必将是一个势不可挡的趋势。运用行人仿真软件对地铁车站客流进行仿真模拟研究，能达到帮助优化和改善地铁车站的建设的目的，为地铁的发展提供更好的作用。

[1] Henderson L. F. On the Fluid Mechanics of Human Crowd Motion[J].Transportation Research,1974(8):509-515.

[2] Helbing D. Self-Organization Phenomena in Pedestrian Dynamics [C].Godon and Breach, London, U.K. : F. Schweitzer, ed，1997.

[3] GB 50157—2013，地铁设计规范[S].

Application research of pedestrian simulation in the design of metro

Zhu Yanchen1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.ShanghaiAcademyofTunnelEngineeringRailTransitDesign,Shanghai200235,China)

This paper uses the Legion software to simulate the step-by-step movement of pedestrian in People’s Square station(Line One), and analyzes the related important parameters by actual data. The paper also tries to find the congestion and hidden danger in the process of simulation, and propose the improvement measures and optimization schemes, try to put forward the reasonable suggestions for the future reconstruction of the People’s Square station.

pedestrian simulation software, metro, passenger flow, station

1009-6825(2016)05-0007-02

2015-12-08

朱嬿晨(1985- )，女，在读工程硕士，助理工程师

U231.4

A