基于Legion仿真软件的地铁车站设计优化

李耿旭，耿 浩，王九州，朱小军

（天津市政工程设计研究总院有限公司 全自动运行技术研究中心，天津 300092）

地铁换乘站一般具有客流量大、客流流线复杂的特点。由于行人运动的复杂性，在换乘车站设计时，采用定量计算设备、设施能力的方法一般较难预测行人实际运动过程中可能产生的冲突点。通过客流仿真模拟的方法可以更为真实地找出车站中的冲突点，有助于优化车站设计。Legion软件是一款功能齐全、效果良好的行人仿真软件。吴海燕等[1]使用软件对北京地铁呼家楼站进行客流仿真，分析了该站客流密度较大区域的形成原因及改进策略。朱文熙[2]研究了地铁换乘站服务设施特点及服务规律，确定了基于Legion软件的地铁换乘站服务设施配置评价指标体系并以苏州地铁石湖东路站为例进行了相关研究。王九州等[3]对地铁客流仿真应用进行了介绍并通过天津地铁6号线设计实例说明了客流仿真验证地铁换乘方式等方面设计的合理性。目前Legion软件较多用于研究换乘站换乘方式优化，缺少对车站整体客流的分析研究。本文使用Legion软件对天津地铁8号线土城站进行客流仿真，综合车站站厅层、站台层及换乘通道处的客流密度数据，分析该站行人活动区域内客流密度过大的部分区域，以优化设计方案。

1 工程概况

天津地铁8号线土城站与既有地铁1号线通道换乘，远期预留与规划Z1线通道换乘条件；共3层，地下一层为站厅层，地下二层为设备层，地下三层为站台层。在初步设计方案中，车站设有3组出入口、2个换乘通道。见图1。

图1 土城站初步设计方案

2 行人仿真分析

2.1 行人仿真软件及流程

目前已有多种行人仿真软件，如Legion、Steps、AnyLogic等。Legion软件基于智能体理论进行行人交通行为特征建模，提出“代价最小”的理论模型，对行人与环境、行人与行人间的交互作用进行描述[4]。

Legion软件主要包括Model Builder及Simulator两部分。在仿真分析过程中，将车站的方案设计图导入Model Builder，设置站内各设施、设备的相关参数，输入客流数据，建立仿真模型。使用Simulator可对建立的模型进行仿真模拟，记录仿真数据，通过输出不同的图形、图表体现仿真结果。通过分析输出数据，结合各类指标可分析车站设计的不足。

2.2 仿真评价指标

1）客流密度。在实际设计过程中，采用Legion软件输出的平均客流密度图寻找车站设计方案的瓶颈。客流密度图采用目前国际上较为通用Fruin服务水平标准，见表1。

表1 服务水平分级 人/m2

2）高密度持续时间。以2人/m2作为高密度的临界值，高密度持续时间统计高峰小时车站内最大密度超过2人/m2的区域以及持续时间。

3）侧站台人流密度、站台下车乘客疏散时间是对站台能力进行评价的指标。在仿真模拟中，侧站台人流密度是一个变化值，一般情况下会随列车的到达与出发呈规律性的波动。参考北京地方标准DB 11/995—2013《城市轨道交通工程设计规范》的评价指标，侧站台人流密度为1.33～2.5人/m2；站台下车乘客疏散时间用相对列车到达间隔的疏散时间来衡量，以站台上下车乘客人数变化予以体现。本次模拟中，以列车到达间隔时间作为标准，前一趟列车的乘客在下一趟列车到达前全部撤离站台。

2.3 建模

依据天津地铁8号线一期工程客流预测数据，选择远期早高峰1 h进行模拟。早高峰1 h的中间20 min作为超高峰，该车站的超高峰系数为1.25。

以8号线车站的各出入口、8号线与1号线的换乘通道和8号线的列车为客流的生成与消失点建立OD客流矩阵。行人活动区域有站厅层与站台层，因此只建立这两层的仿真模型。

2.4 仿真结果

不包括楼扶梯区域，站厅层的平均客流密度基本处于1.076人/m2以下，整体可接受；但在2号换乘通道与站厅的连接转角处，有较大区域平均客流密度超过了1.076人/m2，可能会造成换乘通道内的客流流线不流畅。见图2。

图2 土城站设计方案平均密度

2号换乘通道与站厅的连接转角处客流密度超过2人/m2的时间达到了15 min以上，因此认为有产生客流拥堵的可能性。见图3。

图3 土城站设计方案高密度持续时间

分析侧站台人流密度数据，上下行双侧站台人流密度最高不超过0.9人/m2，站台的客流密度满足相关指标要求，同时通过扶梯的统计数据看出，站台上的乘客均在下一趟列车到达之前全部撤离站台，表明站台的能力可满足要求。

3 设计方案优化及仿真

3.1 优化方案

分析初步设计方案的仿真结果，结合工程实际情况，重点对站厅层方案进行优化。

分析2号换乘通道转角处产生较大客流密度的原因：通过D出入口进出站及通过2号换乘通道与既有1号线换乘的客流均需通过此处的楼扶梯，客流量相对较大；同时此处上下行扶梯相邻布置，上下行的客流流线在此转角处聚集交叉。

针对此处客流密度较大情况，调整楼扶梯布置方式，将两个扶梯分开，楼梯布置在两个扶梯中间，减少扶梯上下行客流的聚集。将原设计方案中的人工售票及进站检票闸机调整至远离楼扶梯口的位置，避免进站客流与换乘客流直接在楼扶梯口处产生交叉。对换乘通道的转角处进行切角处理，使此处的客流流线更加顺畅。客流易在上行扶梯口处产生高密度，其原因是乘客在出扶梯后会直接在扶梯口处选择路径，因此在扶梯口处增加栏杆引导乘客，使其出扶梯后继续往前移动。见图4。

图4 土城站优化后设计方案

3.2 优化方案仿真

对优化后方案进行仿真模拟。2号换乘通道与站厅的连接转角处客流密度＜1.076人/m2，说明采取的优化措施有效。见图5。

图5 土城站优化后方案平均密度

2号换乘通道与站厅的连接转角处超过2人/m2的时间不超过15 min，是可接受的。见图6。

图6 土城站优化后方案高密度持续时间

综上所述，对设计方案的优化能够满足需求，客流流线更加顺畅，提高服务水平。

4 结语

本文仅对8号线车站进行模拟，不包括既有1号线车站部分，后期研究可考虑将1号线车站也纳入到仿真模型中，不仅可以分析新线开通后对已运营线路客流组织情况的影响，还可以对整个车站的客流情况进行分析，有助于设计的整体考虑。