基于AnyLogic的人流增多地铁站系统再优化

李建华， 陈 伟， 陈祥儒

(西安科技大学机械工程学院， 西安 710054)

城市地铁已发展成为人们日常出行的重要方式，具有运量大、安全、准时等优点，符合了中国绿色发展理念，节省土地、减少噪声干扰、节约能源、降低污染[1]。地铁在城市交通中发挥了不可替代的作用。20世纪50年代，中外学者开始研究行人交通流理论至今，已涉及多个方面。赵锐等[2]应用Pathfinder对化工厂区的人员的应急疏散进行了研究；张蒙等[3]分析了楼梯间堆积的杂物对高层住宅建筑人群疏散的影响程度。对于地铁行人流研究，Li等[4]利用 Simulex 软件对岛式地铁站应急疏散进行仿真，研究了疏散中瓶颈位置对于人员的影响；梅艳兰等[5]探索了密集人群下地铁站内各部分设施设备的应急疏散能力；王春雪等[6]在对不同时段的人流特性进行分析的基础上研究了平峰、低峰、高峰时段的人流疏散的不同；胡丽娟等[7]基于NetLogo对地铁车站人流紧急疏散进行了仿真研究，得出了人群疏散速度与地铁出口数量与出口宽度的线性关系；冯诚等[8]研究了行人的组合模型，采用了移动差计算法优化了元胞自动机(CA)模型，更加真实地模拟了疏散情况下行人流动情况；王雪鑫等[9]运用AnyLogic仿真软件对兰州西站内部设施与标识改善前后做了仿真对比研究。

目前对于地铁疏散研究多集中在某一地铁站或地铁换乘站原本内部的人流疏散问题，探索人流疏散优化模型，以及人流疏散速度与内部设施的关系，而对人流增多原因及内外部协同优化较少。Keywords1具体来说，由于内、外部原因引起的客流较之前增多的地铁站，其内部设施及外部规划已不能满足现今需求，呈现出了一种相对拥挤的状态。针对这一问题，在分析地铁站人流增多原因的基础上，运用AnyLogic软件仿真结合因果分析法快速直观发现问题，在内外部改善基础上，着重对瓶颈处进行优化，以提升地铁站的服务能力。

1 人流增多地铁站再优化研究

1.1 人流增多现象

对于人流增多的地铁站来说，表现出了一种明显的共同特征，即人流的集聚效应。随着地铁站内、外部环境的变化，当下的人流量与站内布局规划出现了不匹配的现象，区域人流拥堵、进出站时间长、设备利用率不均、乘客满意度低、工作人员过度劳累等情况，同时也存在了更大的安全隐患。

图1 地铁拥堵原因分析Fig.1 Analysis of causes of subway congestion

1.2 人流增多的原因分析

(1)地铁运量大、安全、准时、方便、快捷的特点，满足了更多人日常出行的需要，也促进了地铁沿线房地产业的发展，吸引了更多地铁附近的常住人口。中外城市容积率规划经验表明,换乘站地铁周边地区的容积率比一般站高[10]。文献[11]提出只有大规模扩建地铁,将人口分散到地广人稀的外围各区,才是应对城市化挑战的根本之策。

(2)地铁沿线及以地铁站为中心的商业圈的发展，是一种将应用场景资源优势作为一种商业战略资源，实现了轨道交通与互联网经济相结合的发展方式[12]，这种交融发展促进经济发展的同时，吸引了大量地铁客流的出现，这也是地铁站人流增多的重要原因。

(3)地铁线路的规划及持续扩建，使得地铁线路交织更加紧密，便利吸纳更多人流的同时，随之而来的是换乘站数量的增加。换乘点的出现，不仅成为一个较多人流的关注点，也使得其他站点增加了部分换乘人流。

(4)节假日、高峰假期出行人数的猛增。地铁站在设计之初也考虑了人流较多的情况，但在实际中会出现更多的突发情况。

(5)地铁与其他公共交通的接驳。地铁由于其在城市中的独特地位，地铁出口有与公交站牌的对接，而现在更多的城市会尽可能实现地铁与火车站、高铁站和机场的对接。一些城市虽然实现了对接，但也出现了人流增多，超出承载能力的情况。地铁应以一线多发展，实现舒适、便捷的交通出行为目标，构建相互交流、相互接驳、互补的综合大交通体系[13]。

1.3 优化思维导图

对于地铁站产生拥堵的可能原因，运用工业工程中的5M(manpower：人力、machine：机器、material：材料、method：方法、measurement：环境)知识，将地铁产生拥堵的可能原因分为行人、设施设备、环境、列车和管理五大方面，使用因果图形式进行细分，便于在对地铁站优化时快速直观发现导致拥堵的关键原因[14]，如图1所示。

1.4 再优化原则

地铁站作为人员转乘的中介点，其科学性、合理性显得尤为重要，要与人流的流动流畅衔接，使人流达到的快速、有序疏散。但对于地铁内部的再优化而言，就提出更高的要求及更多的限制条件[15-17]。

(1)可操作性原则。在原有地铁建设的基础上再改造，就要有可操作、可实现性。

(2)经济性原则。在一定的成本把控范围内。

(3)安全性原则。以地铁安全保障为第一，注意改善的力度和范围。

(4)功能合适性原则。以具体的优化目的来进行相应的改进。

(5)显著性原则。所做的优化应具有显著性，使行人沿着进出站流很好地利用优化设施。

2 地铁站实例选取

数据显示，2019年西安地铁二号线日人流量最大，曾达117.55×104人次，同时考虑中国大量客流短时间内聚散的特殊国情，选取西安地铁二号线运动公园站为例进行仿真优化分析，运动公园地铁站从内外部环境均符合所要研究的人流增多地铁站的特征。

2.1 运动公园站内外部环境描述

运动公园站由于临近西铜高速入口的独特位置，使得在运动公园D口出处，客运站设置了小型补客点，会有较多前往咸阳、铜川、泾阳、三原、高陵、榆林、延安等地的乘客选择在此换乘长途汽车，同时由于各城市的旅游开发也吸引了较多出游人流。相对来看，D口有大量人流出站，A口有大量人流进站，B口和C口则人流进出站较少，两侧的不均衡，也是对运动公园地铁站进行仿真优化研究的必要性。

另外，运动公园地铁站位于西安地铁二号线，是乘坐地铁前往西安北客站必经的一站，与北客站仅相隔一站，同时随着西安地铁的不断建设，运动公园的前一站行政中心站成为了地铁二号与地铁四号的换乘站，这无疑给运动公园站增加了相对的客流。

运用AnyLogic行人库的仿真技术，对运动公园站进行了全尺寸实验仿真，A、D口由左侧进站，B、C口由右侧进站。站厅层平面图如图2所示。

图2 站厅层布局Fig.2 Station floor layout

2.2 人流特性分析

人流是地铁站活动的主体，对其特性的研究存在必要性。因为该地铁站周末存在较大人流的集散，采取了定点拍摄的方法对该地铁站某周天下午17：30—18：30高峰时段各部分人流活动及特性进行分析，如图3所示。同时，分析两侧人流各部分特性差值的大小，可以得出不同特性对人流进出站的影响，为改善方向提供方向。

图3 人流特性折线图Fig.3 Flow characteristics line chart

由图3分析可知，两侧较大差值的原因：一是进站人流的较大不均衡；二是大件行李的携带延缓了进站流程；三是由于两侧人员性质的不同，A、D侧乘客迟疑度高，逗留时间较长。

3 AnyLogic仿真建模

3.1 模型建立

以进出站流线构建完整的行为逻辑，对应环境建模，结合数据的收集与分析，设定各部分选择比例，该站进出站流线如图4所示。设定仿真软件模拟真实时间30 min后停止，得到如图5所示的站厅层客流密度图。

3.2 问题分析

由综合收集的数据和客流密度图，可以明显看出，其A、D左侧存在较多拥堵点，如图5所示。主要原因是：

(1)由于外部环境A、D侧进出站人数远远大于B、C侧。

(2)一台安检设备无法满足当前客流时的使用。

(3)线路的设置不合理，不能使无包乘客快速进站。

(4)存在大量交汇、交叉、对冲客流，增强了碰撞，加剧了非收费区整体的拥堵混乱状况。

3.3 改善措施

就地铁外部环境来说，与客运站进行沟通，使一部分客车通过地铁中心的十字路口，在B口下放乘客，为A口的进站高压分流一部分乘客。

图4 进站流线图Fig.4 Inbound streamline diagram

①为通道区域；②为安检处；③为出口闸机处图5 站厅层客流密度Fig.5 Passenger station density

内部环境来看：A、D侧通道处，考虑移除临时售票台，对A口出站人流使用连续隔离栏引导到A侧通道处，A口出站人员顺人流出站，而D口出站人员与A口进站人员同向导向，减少流线的交叉[18]。A、D安检处，增加一台安检设备，考虑人流特性，将其设置为较低的输送带，并对无包区域进行明显标识[19]。对于扶梯出口处与闸机出口处的拥堵，则在提前使用语音提示乘客提前打开二维码，前往客运站补客点的乘客请从D口出站，减轻出口闸机处的的拥堵，减少不熟悉乘客的迟疑。

4 优化仿真对比

在汲取以上优化建议的基础上，结合了现场空间位置和固定设施的布置，输入优化后的仿真数据，运行30 min，最终得到优化后的人流密度图，如图6所示。

图6 优化后站厅层客流密度Fig.6 Optimized passenger station density

由图6站厅层客流密度可以看出，整体人流密度得到降低，各瓶颈处都得到缓解。 A、D侧优化前后安检与出口闸机队长如图7、图8所示，整体两侧进出站及安检耗时分析对比如表1所示。

对于A、D瓶颈侧，由图7、图8可以看出，安检队长与出口闸机队长明显缩短，由表1得出其服务时长分别缩短了4.08 min和4.48 min。在均衡两侧人流的基础上B、C侧设备利用率得到提升，服务时长没有明显变化。

图7 改善前后A、D侧安检队长Fig.7 Improve the front and rear A and D side security inspection captains

图8 改善前后A、D侧出口闸机队长Fig.8 Improve the front and rear A and D side exit gate captains

表1 改善前后进出站与安检耗时对比

5 结论

研究了现今人流增多的地铁站，运用工业工程思路提出切实可行的思路导图。以西安地铁二号线运动公园站为例，综合对人流特性分析的结果，从地铁站内、外两方面进行了改进，提出了实际优化意见，之后进行了优化前后仿真对比，直观展现出优化的效果。而优化思路图、优化原则及其中一些具体的优化意见具有共用特性。对于其他建设较早，随着周围发展及换乘站设置而引起人流增多的地铁站同样适用。地铁作为现今城市交通的重要工具，对地铁站的优化改善具有重要的现实意义。