武昌客运站乘客流线优化仿真研究

赵 亮

(中国铁路武汉局集团有限公司武昌车站，武汉 430062)

铁路运输面向对象分为旅客和货物，其中随着高速铁路建设的快速推进，旅客运输已经成为铁路运输业的主要组成部分，如何保证旅客在车站及列车上的安全便利，使其能够舒适地到达目的地，是铁路旅客运输面临的主要问题。长期以来，铁路客运因其安全、速度、运量等诸多方面的优势而备受运输市场青睐，但与此同时带来的庞大客流也引起了人群拥挤、设施服务不完善等一系列问题。

我国铁路客运站的建设可分为3 个阶段，各阶段针对当时的社会、经济条件，产生了不同类型的客流流线特征，如表1 所示。

表1 我国铁路客运站发展阶段Tab.1 Passenger station development stage in China

可见根据旅客出行的需求，尽量减轻旅客的疲劳，营造舒适、方便的候车及上下车条件，提供良好的服务管理等，是大型铁路客运站客流组织的核心问题。作为一座城市的交通形象，大型客运站将城市与城市连接在一起，而候车大厅是大型客运站旅客人数最为聚集且停留时间较长的地方，所以对客流进行合理的流线分配、避免作业现场的拥堵和混乱将直接影响客运作业的效率和服务水平，具有重要的研究意义。

1 大型铁路客运站旅客流线优化理论

1.1 大型铁路客运站旅客流线分析

旅客流线是指旅客及其所携带的行李物品在客运站内进行流动的线路[1]。旅客流线是铁路客运站整体布局优化的重要依据，对于整个客运站来说是不可或缺的。铁路车站的旅客流线系统包括标识、节点、通道和功能区，可以按照不同标准对其进行划分，如图1 所示。

图1 客运站流线分类Fig.1 category of streamline in passenger stations

铁路大型客运站的流线具有涉及面广、系统性强、客流量大、阶段性高峰明显、客流集散时间集中、结构复杂等特点，由于铁路大型客运站的乘客以普通进站乘客为主，一般遵循进展购票（取票）、行李托运及物品购买、进站候车检票上车的流程，同时根据行为需求的差异，在全过程中，部分环节可以省略，典型的旅客进展流程如图2 所示，其中虚线部分为可选项。

图2 普通旅客进站流线Fig.2 entrance streamline of ordinary passenger

在客流组织过程中，旅客流线布置是否合理，直接影响旅客进站候车过程中的安全性、便捷性和舒适性，一般来说，旅客站内流线的组织工作应遵循如下原则[2]。

1）尽量避免不同流线之间的相互干扰。

2）通过优化组织，尽量缩短旅客在站内的走行距离，从而降低拥挤度，避免流线迂回。

3）考虑出站客流集中性特点，尽量设置多的出站口，便利出站旅客疏散、减少拥挤。

4）流线应考虑其便利性，过程简洁明了并提供足够的引导信息。

5）合理规划检票资源，避免不同车次检票作业的相互干扰。

1.2 大型铁路客运站旅客流线优化方法

1）交叉点优化法

大型铁路客运站内的客流交叉是由旅客在客运站内的活动产生的，旅客在站内点与点之间的流动形成了不同的滤镜，当某两种（或多种）客流在客运站内发生流动是，在某一个区域内可能存在客流交叉的地点，被称为该区域内的可能交叉点[3]。对客流而言，交叉点的形式多种多样，从而引起交叉点布局的不规范特征，对于由客流流线引起的交叉点，可以采用如表2 所示的办法进行消除。

表2 减少客流交叉点方法及途径Tab.2 Methods and ways to reduce intersections of passenger streamline

2）流线进程优化法

通过对流线上的设备属性进行改变，从而对流线进行优化，主要可以通过提高车流、人流的行走速度，包括提高流速法、引导法等，各方法的特点如表3 所示。

表3 流线设备优化方法及途径Tab.3 Methods and ways of passenger streamline equipment optimization

3）调整设备属性法

调整流线上的设备基础属性，如数量、运行速度等，减少局部客流的流线停留时间，增加客流的运动速度，主要有增加设备数量法、调整电扶梯的运行速度等措施。

2 大型铁路客运站旅客流线动态仿真和评价方法

2.1 系统仿真概论

人类对于复杂系统的理解和分析思维十分有限，根据西蒙的研究[4]，他认为人的理性受到自身认知能力的限制，是有限度的（the principle of bounded rationality），与复杂的现实世界相比，人类所拥有的对于IR 题的思考和解决能力远远不能满足实际需要。为了应对复杂的现实环境，学者们进行了大量常识，提出了诸如试错、线性规划、动态规划、排队论、决策论等各种数学模型和方法[5-6]，但面对复杂的实际问题时均存在一定的局限性。近年来计算机技术、网络技术、图形图像技术、信息处理技术的发展，使得计算机仿真技术逐渐成熟，并在多个领域得到广泛应用。通过对系统的抽象建模，调整各类参数，可以对系统的行为有一个更加全面、深刻的理解，同时可以对各种策略可能带来的影响进行虚拟，从而对各类问题对策的提出提供信息支持。

2.2 仿真软件选取

在构建仿真平台时，需针对仿真需求选择一款合适的仿真软件。目前市面上的主流仿真软件主要包括Vissim、Simwalk、Arena、Flexsim 等，上述软件的基本功能非常相似，进过比选，最终选择AnyLogic 软件对大写铁路客运站的旅客流线进行动态仿真，与其他软件相比，Vissim 具有专门用于行人仿真的数据库，能够提供物理层面建模支持，精确刻画行人和运输流程，具备从“物理空间”到“数据空间”的多维数据处理分析能力，对个体个性差异，如每个对象的大小、加减速能力、视野范围等进行个性描述，同时能够对仿真物理环境，如墙壁、障碍物、楼梯的空间位置，系统运行规则，如驾驶规则、优先次序等进行考虑，在公路、交通枢纽、地铁站等交通系统仿真领域应用更广泛，并且具备能力计算功能，便于对不同交通优化管理算法进行对比分析，以求解标志牌的最优设置地点。

2.3 建模过程

考虑大型铁路客运站站内的旅客分布以及流线的布置特点，结合在站旅客流量，以及根据统计数据得出的到达规律，根据行人行走路线、售票口服务时间分布等要素，进行系统的仿真建模。设定参数，生成模拟环境对客流进行模拟，根据所求得的相关数据进行分析、评价和再调整，然后重复仿真分析过程，直到得到满意结果，其流程如图3 所示。

图3 AnyLogic建模仿真流程图Fig.3 Flow diagram of AnyLogic Modeling and simulating

3 实例验证

3.1 武昌站简介

以武昌站为例进行客流流线仿真。武昌站隶属于中国铁路武汉局集团有限公司，为武汉三大特等站之一，是武汉铁路枢纽规划中“四主两辅”客站布局的“四主”之一，始建于1917 年，2008 年完成改造投入使用，建筑面积4.9 万m2，最多可同时容纳8 000 人，设有9 座站台。武昌站经过改造后，客流流线基本实现立体交叉，其中进站客流（包括步行、地铁、公交车和长途车到达车站的旅客），可经由各种竖向交通到达站台层高架平台，经多个检票口进入车站中央大厅（同时部分旅客可直接在地面层选择快速进站通道进站）。在车辆流线方面，出租车和社会车辆可直达车站的高架下客平台，旅客在下客平台下车后，经由检票口进入中央大厅。中央大厅的流线分流方面，旅客可在中央大厅根据乘车候车室分配信息，选择进入对应的候车室，在此候车等待进入站台。出站客流方面，旅客可在站台下车后经由电梯或楼梯下行至出站大厅，在出站后经由架空层出站广场，根据不同交通方式的集散信息（地铁、公交车、长途汽车、出租车上客点、社会车停车场等），迅速疏散离站。

3.2 客流流线组织评价指标

客流流线组织方案的绩效可以通过旅客流线的流畅性和效率进行评价。旅客流线流畅性评价各流线是否存在滞留，体现在平均排队长度、最大排队长度和总排队人数等指标；效率则主要体现在流线中每个个体的平均延误时间、停止时间和停止次数等指标。

1）平均排队长度

是指当旅客在车站内进行购票、安检、换乘时由于客流量大、行走速度慢造成的排队和拥挤情况时，出现排队时站内监测点之前的旅客队列长度[7]。其计算方法为：

公式（1）中，Li表示在站内每条主要客流流线上，所存在队列的排队长度； n 表示在站内存在的主要客流流线的数量。

2）最大排队长度Ul2

是指单位时间内，站内主要客流流线上最大排队长度的平均值，其绝对值越大说明站内的乘客排队现象越严重[8]。其计算方法为：

公式（2）中，Lmaxi表示站内每条主要客流流线上，乘客排队的最大长度；n 表示在站内的主要客流流线数量。

3）平均逗留时间V

是指一段时间内，对某条客流流线上经过的所有乘客，其所花费的时间平均值，用以衡量乘客走行的顺畅度。其计算方法为：

公式（3）中，Vi为站内某条主要客流流线上，具体乘客的逗留时间；n 表示具的体客流流线上，对应的乘客数量。

3.3 建模仿真及结果分析

根据武昌站客流流线图及主要进站、出站客流流向流量数据，给予AnyLogic 对武昌站客流流线进行建模仿真。得到各入口客流流线停留时间、主要安检口平均排队长度等仿真结果如图4，5 所示。

图4 入口客流流线停留时间仿真结果Fig.4 Simulation results for dwell time of passenger streamline at entrance

图5 主要安检口平均排队长度仿真结果Fig.5 Simulation results of average queue length at main security checkpoints

根据仿真结果可知，乘客流线在购票和安检环节存在瓶颈。针对这一问题，采取如下方案对其进行缓解：1）增加安检机数量，具体措施为在进站处增加两台安检机；2）对安检设施及人员进行扩充，增强引导，具体措施为每两个安检机增加一名安检工作人员，增设无行李快速通道。对改进后的方案再次进行仿真实验，得到数据，如图6、7 所示：

从上述数据可以看出，通过对乘客流线进行优化，进站乘客的流线瓶颈得到了改善，同时安检处的排队长度也得到了优化。

图6 改进后入口客流流线停留时间仿真结果Fig.6 Simulation results of dwell time entrance passenger streamline after improvement

图7 改进后主要安检口平均排队长度仿真结果Fig.7 The simulation results of average queue length of main security checkpoints after improvement

4 结束语

根据客流流线特征，分析不同类型流线的特点并提出改进客流流线组织的方案，采用仿真软件对大型客运站复杂流线进行仿真研究，以武昌站为实例，针对仿真结果采取客流流线改进优化措施，验证了所提出的方案的有效性。该方法可对大型客运站客流流线组织提供借鉴。