基于MassMotion的城市轨道交通车站交通组织优化仿真研究

穆礼彬 吴改选

摘 要：城市轨道交通是城市公共交通的重要组成部分，有效缓解了地面交通拥堵的现状。由于轨道站内存在流线交叉等问题，高峰时期极易出现交通拥堵现象，因此对车站的交通组织进行优化显得很有必要。本文分析了MassMotion仿真平台的特点及仿真实现的具体步骤，确定了可用的评价指标，并总结了轨道站交通组织优化的基本方法。运用优化方法中的空间分离优化，以重庆轨道交通两路口站为研究对象，结合单日高峰时间段17：30-19：30的实际客流情况，利用MassMotion仿真软件实现了两路口站的物理设施和乘客运行动态的模拟重现，依据平均密度等指标评价交通组织现状，发现车站系统存在的問题，提出优化方案，并评价优化后的效果。通过文中提出的方案进行交通组织优化后，站厅站台交通拥堵得到一定缓解。

关键词：城市轨道交通车站;行人仿真;交通组织优化;MassMotion软件

0 引言

城市轨道交通是一种快捷、舒适、大运量的交通方式。而轨道交通车站作为城市轨道交通运营的重要运营节点，是乘客完成城市内部出行的主要场所，与旅客有关的进出站服务、站内的流线引导，都是在轨道交通车站内完成的[1]。因此，做好轨道车站交通组织优化，有利于提高车站的工作效率，缓解高峰期车站内部的交通拥堵现象。

目前城市轨道交通车站交通组织优化的研究主要采用两种手段。一是基于传统的预测方法进行流线预测，如周楠、殷守革利用时间序列理论对乘客在站厅内的分形规则进行分析， 再基于随机均衡的客流动态分配完成流向轨道交通车站组织的策略[2];陈慧等人从系统动力学角度出发研究车站客流控制策略优化方法，对车站客流流动及控制进行研究，引入客流控制系数，构建车站客流控制模型[3]。二是基于仿真软件平台的使用进行预测，如傅志妍等人基于 Anylogic 软件平台，提出行人自组织行为、行李携带状况和服务与等待过程模拟的实现方法，并对重庆轨道交通南坪站进行仿真建模，寻找车站系统的瓶颈点并提出改进措施[4];李景瑞基于行人交通特性、轨道交通换乘车站建筑结构以及高峰时段客流特点，结合大型换乘车站实际运营情况，提出分区换乘的大客流疏运组织方法，提出并建立了基于LEGION仿真技术的高峰时段大客流疏运组织仿真模型[5] ;高龙、缪立新等人以北京地铁四号线北京南站为例，运用Vissim仿真软件搭建站台客流集散仿真环境，探讨了高峰时段内基于不同发车间隔和不同上下行时间差的站台客流集散变化规律[6]。

综合上述学者的研究可看出，轨道交通车站的交通优化组织仿真已成为车站优化研究的热点。但学者既有的研究大多仅呈现出不同客流在宏观或微观的控制方案下的效果，缺乏建立车站中联合行人运动微观模型和空间宏观的模型。因此，本文选用物理环境真实且功能齐全的MassMotion仿真软件，通过对轨道交通两路口站进行实地调查，模拟乘客行为;基于仿真指标对轨道站交通组织现状进行评价，并提出优化方案。

1 MassMotion仿真平台简述

1.1 仿真软件对比分析

目前与MassMotion仿真平台方面有关的研究较少，国外主要是对该软件的简要介绍、功能验证和评估网格建立[7];国内利用MassMotion进行客流仿真分析，得出在轨道交通环境中，行人行为受客观环境因素的影响。

该模拟软件采用宏观与微观相结合的模型模拟疏散过程。在交通流动态仿真中，微观模型能更接近现实世界中单个旅客的行为特征，更准确的反映空间内高密度旅客的交通流线。通过仿真软件的对比，不难发现，MassMotion软件相较于其他仿真软件更能够解决多事件多路径下复杂流线交叉的问题，其原理常应用于社会力模型，最终呈现出三维动画图像。但其研究成果偏少，只适用于简单的建筑模型。城市轨道交通车站交通组织优化仿真的对象通常涉及到站内的建筑设施布置，同时需要模拟出不同环境下站内人员流动的流线问题，根据动态流向最终确定站内的疏散过程，在交通流动态仿真中更接近现实世界地去描述旅客的行为特征，是一种处理城市轨道交通车站人员流线组织优化的办法。

1.2 MassMotion仿真平台特点分析

MassMotion是一种基于代理的高级行人模拟和人群分析软件，具有强大的统计分析功能和离散事件仿真功能，应用范围非常广泛。

MassMotion中使用的3D环境可以在软件中直接创建或者从行业标准CAD和BIM工具导入，再在scene里建筑内部环境，通过设置组件的属性，可以使它们达到与仿真对象在真实场景中所具有的功能。使用activities中的事件发生工具，输入根据计划时间在其位置中的每个活动区域随机生成的旅客代理的数量，可以执行建筑元素和活动之间的关联过程。

1.3 仿真建模步骤

MassMotion项目的建模过程主要有三个阶段：创建场景和代理、运行模型和数据分析。其仿真实现流程。

2 轨道车站交通组织优化方法

轨道车站的交通组织优化需要从整体线网与车站设施布局的角度分析，并通过改进站内流线布局与站外路线调度等交通组织方式措施来增加轨道车站通行能力，以改善组织秩序。

交通优化方案和交通措施的制定主要通过模拟仿真以说明方案的必要性、可行性和有效性。基本的优化方法有以下几种：

2.1 交通分离组织优化

轨道站内有不同种类、不同流向的交通流混合在一起，易产生交叉冲突。主要通过空间分离和时间分离处理人流冲突。

2.1.1 空间分离

通过对行人流线组织的优化，减少交通流的交叉冲突。常见的方法是设置导向线、导流栏杆等。

2.1.2 时间分离

轨道站的时间分离主要靠列车到发时间的安排，将不同人流的行动时间错开。可以通过编排更加合理的列车到发时刻表等实现。

2.2 交通信息组织优化

交通信息的基本要求是及时、有效、准确和全面。需要对轨道站的引导标志进行优化，使其更加准确、全面。

2.3 潮汐交通组织优化

潮汐交通组织，是指在不同的时间段变换某些路段的流线方向和流线种类。需要对现状客流、交通组织方式进行分析，找到更合理的潮汐交通组织。

3 现状分析

3.1 重庆轨道交通两路口站概况

两路口站位于重庆市渝中区两路口长江一路、中山三路交汇处，北接两路口环道，南邻菜园坝大桥、菜园坝火车站。该站于2011年7月28日投入使用，是重庆地铁1号线，重庆单轨3号线的一座重要换乘车站，同时也是重庆轨道交通日均换乘客流量最大的车站。

车站共有三层，负一层为站厅层，乘客在此完成购票、安检、进出站;负二层为地铁1号线的站台层，负三层为单轨3号线的站台层，站台类型均为岛式站台，主要功能是完成乘客上下车作业。

3.2 两路口站现状流线分析

两路口站乘客流线可以分为三类：进站流线、出站流线和换乘流线。

3.3 两路口站基础数据分析

现状调查的主要内容是站厅站台层的物理参数，以及主要设施设备的位置和数量，还有进出站、换乘的乘客流量、乘客流线等。

3.3.1 站厅站台层的物理参数

现场测得了站厅站台层的长度和宽度、三个楼层之间的高度及主要设施设备的位置和数量。

3.3.2 晚高峰小时客流量

调查车站晚高峰小时的客流量主要是为构建行人事件时设置不同流线和不同区域的“agent total”提供依据。高峰小时客流量大小决定了站台最大的客流量承载能力，研究此环境下的客流量能够为最复杂的组织流线优化提供重要的依据。详细数据见表3.1。

3.3.3 列车到发时间

为设置“vehicle”对象里的车门开闭时间，需调查各站台各方向的列车到发时刻，以此来控制乘客的上下车行为。根据调查得出，乘客的安检比例为70%，购票比例为20%。乘客在车站的平均走行速度约为1.45 m/s。

4 仿真模型建立

4.1 现状交通组织仿真建模

在进行车站优化方案前需用MassMotion软件运行出当前状况下两路口站的交通组织效果，通过环境建模、创建行人事件、创建车辆事件以及对应的参数设置，分别得到两路口站仿真开始后0 s、2 min、30 min现状交通组织仿真结果如下：

通过分析两路口站的现状仿真结果可知，站厅层北侧通往3号线站台的楼梯口存在进出流线交叉，引起小面积拥堵;南侧楼梯口的大部分乘客会选择最短路径导致南北侧楼梯口客流分布不均。具体表现为3号线站台左侧楼梯平均密度小于右侧，同时右侧楼梯口的流线交叉复杂，拥堵情况严重。1号线站台的中间楼梯处人流过于集中，形成了站内的交通拥堵。

4.2 优化建模

现针对以上问题，基于站内交通组织的空间分离、潮汐交通组织等优化原则和优化方法，首先对旅客的逻辑流线进行设置，设置好行人逻辑流线图后，对两路口站的站台站厅作出如下优化方案：

4.2.1 站厅层

北侧楼梯处的导流栏杆增长至梯口处，完全隔离进出客流。西侧楼梯处的导流栏杆向东延长数米，南侧楼梯处增设导流栏杆，提高乘客前往北侧楼梯处的通行难度，以此引导乘客由西侧楼梯前往3号线站台。

4.2.2 1号线站台

在中间楼梯处增设长短不一的两个导流栏杆，实现进出站台的客流和从西侧换乘通道前往东侧车门的客流与出站台客流的分离;将中间楼梯设为高峰时期仅上行。右侧楼梯处增设两个导流栏杆。

4.2.3 3号线站台

右侧楼梯处增设“L”形导流栏杆，将扶梯全部设为在高峰时期仅上行。

4.3 效果评价

4.3.1 站厅层优化

由图4.6可以发现，增长北侧和西侧楼梯处的导流栏杆，在南侧楼梯处增设导流栏杆后，不仅分离了进出客流，还使西、北侧楼梯的人流分布均匀。

4.3.2 1号线与3号线站台优化

由图4.7可知，1号线站台两楼梯口处增加导流栏杆后，流线交叉减少，出站台的速率提高，交通拥堵情况得到进一步缓解;3号线站台右侧楼梯处的进站台区域部分客流导向了左侧楼梯通道;出站台区域由于增设了导流栏杆，减少了乘客冲突。

5 总结与改进

本文以重庆轨道交通具有代表性的换乘站点两路口站为研究对象，通过实地调查数据，利用MassMotion仿真软件模拟了两路口站的物理设施和乘客运行动态，依据平均密度等指标评价交通组织现状，发现车站存在的问题，提出优化方案，并分析优化前后的交通组织，发现MassMotion仿真软件能较好地实现微观行人运动的模拟，建立的模型能够推广到其它对应的换乘车站中，为轨道集团提供有效的车站流线组织优化方案。

但根据实际情况可知，旅客的换乘路径往往是不一致的，站内的流线还对乘客的心理进行摸查，并结合旅客的便捷性、准时性等影响站内路径选择行为的心理因素，从中建立乘客的路径选择模型，在MassMotion仿真软件中设置好对应的选择参数。同时本文仅研究了工作日晚高峰小时段车站的仿真模拟情况，具有一定的局限性，应当分析工作日一整天的三個高峰时段：早高峰时段（07： 30-08： 30）、午高峰时段 （12： 30-13： 30）及晚高峰时段（18： 30-19： 30）客流量的值，根据最高峰时段的客流量制定相应的仿真模型与优化方案。希望以上提出的问题在接下来的研究中得以完善。

参考文献：

[1]陈坚.城市轨道交通概论[M].长沙：中南大学出版社，2014.

[2]周楠，殷守革.基于时间序列的轨道交通客流动态分配仿真[J].计算机仿真，2020，37（1）：105-108+238.

[3]陈慧，汪波，朱江斌.基于系统动力学的城市轨道交通车站客流控制仿真与优化[J].大连交通大学学报，2020，41（5）：1-7.

[4]傅志妍，陈坚，李武，等.城市轨道交通车站乘客聚散行为仿真及优化[J].铁道运输与经济，2018（2）：100-104+ 110.

[5]李景瑞.基于LEGION仿真技术的城市轨道交通换乘车站大客流疏运组织研究[D].华北科技学院，2020.

[6]高龙，缪立新，徐忠平，等.城市轨道交通车站站台客流集散模型与仿真[J].城市轨道交通研究，2019，22（12）：105-109+113.

[7]Marin Dubroca-Voisina，Bachar Kabalana，Fabien Leurent.On pedestrian traffic management in railway stations：simulation needs and model assessment[J]. Transportation Research Procedia，2019（37）：3-10.